Úvodní slovo. Obsah. Tak šťastné a veselé za celý autorský tým přeje NoMiR. Návštěvnost www K7 podle TOPlistu

Úvodní slovo

Obsah

Jsou tu vysněné vánoce. Všichni se těšíme, že si trochu odpočineme a pořádně se najíme. Toto období je více než jin8 vhodné k bilancování. Co se stalo s fakultním časopisem K7 za tento rok? Co se s ním bude dít dále? Hlavním milníkem bylo samo založení časopisu. První číslo vyšlo na konci dubna a podle ohlasů na TUNI akademickou obec zaujalo. Následovala další letošní čísla, ve kterých se časopis postupně vyvíjel. Přibyly populární články, fejetony a šroubárna přechází na jednodušší otázky. Konečně i K7 má originální komiks. Ono není zrovna lehké z ničeho vybudovat něco a to platí nejen o časopisech. Ale vraťme se k druhé otázce. Většina z Vás si všimla, že časopis K7 byl založen s úmyslem usnadnit a nastartovat publikační činnost doktorandů a studentů Fakulty mechatroniky. A odborné články jsou největším problémem. Doktorandi přistupují k psaní do K7 s nedůvěrou. Většina článků navíc vypadá jako příspěvek na nějakou konferenci. Ale časopis je o něčem jiném. Pokusme se všichni společně vytvořit z K7 skutečný časopis. Vaše články čtou studenti FM a doktorandi zaměření na jiné obory. Největší službu těmto čtenářům uděláte, pokud Váš článek bude jednoduchý a srozumitelný! Tím ale nemyslím, že zbudou jen články banální a nezajímavé! Hodnota článku je přeci vyjádřena pouze a jedině tím, kolik lidí si ho přečte a kolik z nich zaujme. Včera jsem se dozvěděl od jednoho Našeho profesora, že články v K7 nejsou žádnou publikací. Jenže kolik lidí si přečetlo příspěvky z konference ECMS, kterou FM také pořádá? Jak snadno lze dohledat podle citace článek ze zmíněné konference, a jak snadno lze nalézt článek z K7? Jak často chodí Naši studenti do knihovny? Kolik času tráví studiem materiálů z internetu?

První děkan FM: Prof. Ing. Jiří Zelenka, DrSc. (Jan Tichý, Jaroslav Nosek)

2

Operace NAMOL: Fáze I. – přesun dokumentů na KES

4

Zářivky (Veronika Šolcová)

5

Operace NAMOL: Fáze II. – seznámení s obsahem dokumentu

8

Tak šťastné a veselé za celý autorský tým přeje NoMiR

Rezenze: Ladislav Szántó: Maxwellovy rovnice a jejich názorné odvození 9 KES vyvíjí novou učební pomůcku

9

Matematické operace v FPGA obvodech (Petr Došek)

11

Operace NAMOL: Fáze III. – KES pochlebuje novému vedení

16

Twofish přehledně (Monika Matušková)

17

Operace NAMOL: Fáze IV. – protiopatření proti bodu 2

21

Letem světem s EasyJetem

22

Dívka čtvrtletí – Jana

23

Šroubárna, aneb mechatronický kviz

36

Operace NAMOL: Fáze V. – něco shnilého je na KESu

38

Krása žen ve Francii

39

Operace NAMOL: Fáze VI. – psychické dopady

40

Komiks: Bzuk & Bzik

41

Laboratoř inteligentních robotů na mechatronice (Václav Záda, Monika Matušková, Tomáš Pluhař) 43 Informace o průběhu soutěže o logo FM

44

Kulturní koutek: Hamlet

45

HV generátor

46

Vaříme s drátem

48

Kalendář 2005

49

Výsledky šroubárny

51

K^7 vědecko populární časopis TU v Liberci

Návštěvnost www K7 podle TOPlistu

Ročník: I, Číslo: 4/2004, Vychází: 4× ročně, Datum vydání: 17. 12. 2004, Šéfredaktor: Ing. Monika Matušková, tel.: 485 353 641, Redaktor: Ing. Miroslav Novák, Ph.D., tel.: 485 353 290, Redakční rada: Ing. Jan Václavík, Ing. Tomáš Mikolanda, Ing. Jiří Jelínek, Grafická úrava: Ing. Miroslav Novák, Ph.D., Příští číslo vyjde: 23. 3. 2005, Uzávěrka čísla 1/05: 2. 3. 2005, Vydává: TU v Liberci – FM, Adresa redakce: K7 – KEL, Hálkova 6, 461 17 Liberec, tel.: 485 353 290, e-mail: [email protected], http://k7.vslib.cz, Distribuce: www stránka http://k7.vslib.cz, Registrace: ISSN 1214-7370 Přetisk povolen pouze se souhlasem redakce. Za původnost a správnost příspěvku odpovídá autor.

1

TUL, FM

První děkan FM: Prof. Ing. Jiří Zelenka, DrSc.

První děkan FM: Prof. Ing. Jiří Zelenka, DrSc. *15. 6.1926 – †19. 9. 2001 Prof. RNDr. Jan Tichý, CSc. Profesora Jiřího Zelenku jsem znal půl století. Mohu však o něm mluvit, jako jeho velmi blízký přítel, do roku 1969 a potom zase od roku 1990. V létech 1969 až 1990 jsem byl v politickém exilu ve Švýcarsku. Po „Sametové revoluci“ mohu opět na naší školu jezdit. Mám dvoje státní občanství. Jednak Československa a po jeho rozdělení České republiky a Švýcarska.

Začátek mého přátelství s Jirkou Zelenkou spadá do padesátých let. Tehdy se Jirka Zelenka krátce po mém příchodu na školu v Liberci nějak dozvěděl, že se pokouším pracovat v oboru piezoelektřiny. Obrátil se na mne s nějakým dotazem, konkrétní dotaz si dnes již nepamatuji, a navrhl spolupráci. Pracoval tehdy ve vývojovém oddělení Výzkumného ústavu elektrotechnické keramiky v Hradci Králové v bývalé Pilnáčkově továrně na Pospíšilově třídě. Jeho pracoviště několikráte změnilo název a organizaci, které příslušelo. Podstata a náplň jeho práce se však nezměnila. Jednou to byla například Tesla a podléhala Tesle Lanškroun. Hradec Králové je nedaleko mého rodiště Opatovic n.L. a během Druhé světové války a ještě jeden rok po válce jsem tam studoval a maturoval. Během času získal Jiří Zelenka další nové spolupracovníky. Nejprve nastoupil kolega Pavlovec a později kolega Suchánek. Spolupráce s Jirkou Zelenkou byla velice plodná. Společně jsme měřili náhradní schéma piezoelektrických rezonátorů z rozladění rezonanční frekvence dvěma nestejnými sériově připojenými kapacitami a jeho teplotní závislost. Měřicí zařízení měli v Hradci Králové podstatně lepší než naše katedra fyziky. Chodili jsme spolu na

oběd do blízké restaurace a Jiří Zelenka mě vždy vyprovázel k vlaku do Liberce. Postupně se spřátelily i naše rodiny. V Liberci jsme v úzké spolupráci pořádali dvě několikadenní konference o piezoelektřině. Nepamatuji se přesně kdy a na naší škole to nebylo lehké zjistit. Pravděpodobně to bylo v šedesátých letech. Zahraniční hosté byli výhradně z Východní, to znamená komunistické, Evropy. První konference se účastnil sovětský akademik Šubnikov. Konferenci jsem zahajoval v dnešní budově A v tehdejší posluchárně A6. Druhá konference byla podstatně větší. Účastnilo se jí také výrazně více zahraničních návštěvníků. Přijeli z tehdejšího Sovětského svazu, tehdejší Německé demokratické republiky a Maďarska. Přijel také profesor Petržílka. Konference se mimo jiné též účastnili kolegové Fousek, Janovec a Kroupa. Konferenci jsem zahájil už v posluchárně E9. Třetí den odpoledne se uskutečnil třemi autobusy LIAZ výlet do Harrachova a na hřeben Krkonoš. Příspěvky přednesené na konferenci byly uveřejněny v Československém časopise pro fyziku. V nakladatelství Československé akademie věd jsme v roce 1960 uveřejnili obsáhlou česky psanou knihu o piezoelektřině „Piezoelektřina a její technické použití“. První teoretickou část jsme napsali prof. Petržilka, Jiří Zelenka, Ivan Šolc a já. Vzpomínám, jak jsme chodili se Jirkou Zelenkou za prof. Petržilkou do Břehové ulice. O vzájemné důvěře a přátelství svědčí, že nám navrhl tykání. Praktickou druhou část napsal prof. Slavík a kolega Oldřich Taraba. V květnu roku 1967 jsme dostali Zelenka, Tolman a já, všichni nestraníci za práce v oboru piezoelektřiny, státní cenu. Od konce padesátých let jsem usiloval o získání Jiřího Zelenky pro práci na naší škole. V roce 1968 se to konečně podařilo, Jiří Zelenka byl přijat na naší školu jako docent. Jiří Zelenka dostal v Liberci byt a nastoupil na tehdejší katedře elektrotechniky, kterou založil a až do svého odchodu do Brna vedl prof. Čadil. Více než rok po násilné okupaci Československa jsem odešel v září 1969 s celou svou rodinou do politického exilu nejprve do Rakouska a potom do Švýcarska.

K^7 vědecko populární časopis TU v Liberci 4/04 –- http://k7.vslib.cz

2

TUL, FM


Přátelství s Jirkou Zelenkou bylo na dvacet let násilně přerušeno. O piezoelektřině se za nechvalně známého rektora Čirliče na naší škole nesmělo vůbec mluvit. Jiří Zelenka to neměl lehké. Jiří Zelenka měl naší školu velmi rád. Osobně byl vždy velmi skromný. Byl vždy demokratického smýšlení. Z jeho vypravování vím, že byl komunistickým režimem různě šikanován. Další jeho vlastností byla velká loajalita. Po roce 1990 byl Jiří Zelenka nejprve prorektorem školy. Neměl žádnou zvláštní místnost. Úřadoval v místnosti paní Stránské. Jiří Zelenka byl od počátku až do své smrti členem Vědecké rady školy. Po jednom zasedání vznikla myšlenka založit novou fakultu „mechatroniky“. Naše škola, původně Vysoká škola strojní, později Vysoká škola strojní a textilní, se za rektora Kováře po roce 1990 rozrostla o čtyři nové fakulty. Postupně vznikly Fakulta hospodářská, Fakulta pedagogická, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií a Fakulta architektury. O založení fakulty „Mechatroniky a mezioborových inženýrských studií“ se Jiří Zelenka mimořádně zasloužil. Prosazoval a utvářel její zaměření. Byli jsme společně z pověření tehdejšího rektora Zdeňka Kováře, pokud se pamatuji, autem dvakráte v Brně. Akreditace fakulty „Mechatroniky a mezioborových inženýrských studií“ byla úspěšná. Jiří Zelenka se stal prvním děkanem nové fakulty. Rektor Kovář chtěl, aby jím zůstal trochu déle, ale prof. Zelenka vedl fakultu jen po minimální dobu. Nechtěl akademické hodnosti. Chtěl se věnovat především práci. Velmi vděčně vzpomínám, že mě prof. Zelenka navštívil ve Švýcarsku začátkem devadesátých let během mé nemoci. Kdykoli jsem přijel do Liberce, setkali jsme se s prof. Zelenkou v jeho nebo i mé kanceláři. Velmi intensivně jsme si povídali o nejrůznějších věcech. Měli jsme k sobě neomezenou důvěru. Většinou jsme chodili společně na zasedání VRŠ. Jiřího Zelenky jsem si vždy velmi vážil. Měl jsem ho upřímně rád. Velice rád jsem jezdil i do jeho bydliště v Týništi. Bylo dojemné, jak měla strach o zdraví Jiřího a jak o něj pečovala jeho manželka. Jiří v ní měl velkou podporu. Měl ji také v dětech Janě a Jirkovi. U Jany Zelenkovi v posledních létech dokonce bydleli.

Prof. Ing. Jiří Zelenka, DrSc. v datech: 1926 1953 1962 1955

Narozen v Týništi nad Orlicí Absolvoval FEL ČVUT Získal titul kandidát věd Pracuje v Tesle Hradec Králové na piezoelektrických rezonátorech

1962 ÚRE ČSAV Praha - CSc. 1965 Začíná pracovat na částečný úvazek na katedře elektrotechniky VŠST 1967 Habilitován na docenta 1969 Princeton University, USA 1970 Plný úvazek v Liberci, pověřen vedením katedry elektrotechniky 1980 Získává tilul DrSc na FEL ČVUT Praha 1986 Profesor v oboru radioelektronika, FEL ČVUT Praha 1989 Zvolen prorektorem pro vědu a výzkum a zahraniční styky VŠST Liberec 1990 Předává po 20 letech vedení katedry elektrotechniky 1995 První děkan Fakulty mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

Přínos Prof. Zelenky v oblasti piezoelektřiny: Koncepce, řešení a úspěšné řízení vědeckovýzkumných prací v oboru piezoelektrických prvků (PKJ, filtrů a převodníků). Piezoelektrické rezonátory s objemovými akustickými vlnami: − výpočty spektra kmitů tenké ohraničené destičky, − teplotní koeficienty kmitočtu a materiálových parametrů, − jevy druhého řádu i nelineární vlastnosti křemenných rezonátorů. Vysoce selektivní filtry – bilitický filtr, filtr s PAV. Převodníky s povrchovými akustickými vlnami. Ovlivnění skupinové rychlosti šíření PAV elektrickým polem. Miniaturizované piezoelektrické rezonátory, senzory a aktuátory. Nové přístupy k řízení piezoelektrických motorků s postupnou elastickou vlnou.

Vybrané publikace Prof. Zelenky: PetržílkaV., Slavík B., Taraba O., Tichý J., Zelenka J. Piezoelektřina a její použití. Nakladatelství ČSAV, Praha: 1960. Zelenka J. Piezoelektrické rezonátory a jejich použití. Academia, Praha: 1983. Zelenka J. Piezoelectric resonators and their applications. Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo:1986.


3

TUL, FM


Zelenka J. Piezoelektričeskie resonatory na objemnych i poverchnostnych volnach. Mir, Moskva: 1990.

Operace NAMOL

Bálek R., Košek M., Taraba O., Zelenka J. Povrchové akustické vlny. Academia, Praha: 1986.

Vážení čtenáři, tentokráte Vám přinášíme exkluzivní zpravodajství z Katedry elektroniky a zpracování signálů. Během několika posledních týdnů se naší redakci podařilo objevit šokující skutečnosti vysvětlující podivné chování některých členů katedry. Zjistili jsme, že jeden z členů, tajný agent D, zaútočil na Ministerstvo školství a přímo z kanceláře ministryně Buzkové odcizil tajný spis týkající se vysokého školství. Jde o „Nařízení pro Adaptaci napájení členů pedagogických sborů působících v zájmu vylepšování vědomostí Místního Obyvatelstva na Lokálních univerzitách na rozumnou míru“, zkráceně NAMOL. Našim redaktorům se sice nepodařilo získat kopii tajné zprávy, avšak bedlivým pozorováním několika členů katedry a za pomoci spekulativních metod se nám podařilo odhalit alespoň její hlavní body. Autor: MM

Vladař J., Zelenka J. Elektrotechnika a průmyslová elektronika. SNTL, Praha: 1988.

Výzkumné práce a granty na kterých se podílel Prof. Zelenka: RC-1/22/054-973-378 Studium kmitů piezoelektrických rezonátorů (1972-74) (Zelenka) Automatizace měření teplotní závislosti rezonančního kmitočtu standardních PKJ typu AT (1975-76) (Zelenka, Nosek, Müllerová, Werner) I-1-5/4 Výzkum elektromechanických vlastností piezoelektrických látek (Zelenka, Košek) Měření elastických a piezoelektrických vlastností piezoelektrických materiálů a parametrů piezoelektrických selektivních obvodů (1976-1980) (Zelenka, Košek, Nosek, Müllerová, Werner)

Fáze I. – přesun dokumentů na KES

III-3-1/3 Teorie lineárních mikroelektronických soustav (1973-76) (Zelenka, Košek, Slavík) III-7-6/05 Kompaktní elektrické filtry s objemovými a povrchovými vlnami (1977-89) (Zelenka, Košek, Slavík) I-2-3/06 Elastické nelineární vlastnosti piezoelektrických látek a jejich měření (1982-83, 1988-89) (Nosek).

Obr. 1: Tajný agent D před akcí

GAČR 102/94/1571 Piezoelektrické rezonátory s objemovou a povrchovou akustickou vlnou (1994-96) (Zelenka, Košek, Nosek). VS 9686 (1996-2000) CEZ: J11/98:242200002 Výzkumný záměr: Mikroelektromechanické systémy (1999-2004)

Dle podkladů: Prof. Ing. J. Noska, CSc.

Obr. 2: KES se neštítí ani raketového útoku


4

TUL, FM, KEL

Zářivky

Zářivky Veronika Šolcová

Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií, Katedra elektrotechniky, Hálkova 6, 461 17 Liberec Co to je zářivka? Jedná se o nízkotlaký skleněný válec vyplněný rtuťovými parami, jehož vnitřní strana je pokryta vrstvou luminoforu. Rtuťový nízkotlaký výboj, který vzniká v tomto válci, vydává silné krátkovlnné ultrafialové záření a to s účinností okolo 75 %, které se mění vrstvou luminoforu na viditelné světlo. Účinnost luminoforu je ovšem pouze 50%. V závislosti na typu zvoleného luminoforu lze dosáhnout různého spektrálního složení vyzařovaného světla. To je výhoda zářivek ve srovnání s žárovkami. Lze tak vyrobit nejen barevné zářivky, ale hlavně je možno volit teplotu chromatičnosti (barvu/teplotu světla) mnohem vyšší než je technicky možné u žárovky, kde by se roztavilo wolframové vlákno. Vyzařování světla je vyvolané vybuzením atomů plynné náplně zářivky v elektromagne-

tickém poli. Narazí-li volný elektron, urychlený elektrickým polem, na atom plynu, vystoupí jeho valenční elektron na vyšší energetickou hladinu do zakázaného pásma – atomy se „vybudí“. Na této hladině se ale elektron nemůže trvale udržet a vrací se na hladinu původní. Při návratu uvolňuje zpět přebytečnou energii v podobě světelného záření o určité vlnové délce. Odpor výboje klesá s rostoucím proudem. To znamená, že V-A charakteristika výboje v plynu má zápornou směrnici. Z tohoto důvodu nemůžeme výbojové zdroje připojovat přímo k elektrické síti, ale jen v sérii s předřadníkem. Předřadníkem může být rezistor (např. i vlákno žárovky zapojené do série s výbojkou) nebo tlumivka, popř. rozptylový transformátor. Nejčastěji se však používá tlumivka.

Obr. 1: Nízkotlaký výboj v zářivce, průběh spádu elektrického pole podél trubice

Zapalování zářivek Zářivky zapojené v sérii s tlumivkou se připojují na napětí 230 V/50 Hz. Toto síťové na-

pětí ovšem nestačí k zapálení výboje. Proto se před zapálením nažhavují elektrody zářivky nebo se k zápalu musí přivést na zářivky napětí větší jak 1 kV (tzv. studený zápal).


5

TUL, FM, KEL

Zářivky startu nikdy neblikne, ale vždy nastartuje na první pokus. Tím se prodlužuje i životnost zářivky.

Obr. 2: Doutnavkový startér zářivky

U svítidel se nejčastěji používá doutnavkový zapalovač – startér. Doutnavka startéru má dvě elektrody, jednu pevnou a druhou z bimetalu. Za studena se tyto elektrody nedotýkají. Po zapnutí vypínače je na elektrody zapalovače přivedeno plné síťové napětí, a protože jsou elektrody blízko sebe, dojde mezi nimi k doutnavému výboji. Tím se elektroda z bimetalu zahřeje a prohne, což zapříčiní spojení obou elektrod. Elektrodami začne procházet proud, který elektrody zářivky rozžhaví na teplotu kolem 800°C – dochází k termoemisi z vláken zářivky. Plynná náplň zářivky se díky tomu ionizuje.

Obr. 3: Standardní zapojení jednotrubicového zářivkového svítidla s indukčním předřadníkem Zatím se elektrody startéru ochladí, čímž dojde k jejich rozpojení. Tím dojde k přerušení proudu v předřazené sériově zapojené tlumivce, na které se tím indukuje napětí asi 500 V. Toto napětí se sčítá se síťovým napětím. Výsledný součet obou napětí na elektrodách zářivky zapálí výboj. Po zapálení výboje, tedy při normálním provozu zářivky, se síťové napětí rozdělí mezi trubici (cca 110 V) a tlumivku (120 V). Protože napětí na trubici je menší než zápalné napětí výboje doutnavkového startéru, startér již znovu nezapálí. Nezapálí-li zářivka na poprvé, celý postup se opakuje. K tomu dochází v případě, že kontakty doutnavkového startéru rozpojí obvod prochází-li v obvodu vláken a tlumivky zrovna střídavý proud okolím nuly. Indukované napětí na tlumivce je potom nedostatečné k zapálení výboje zářivky. Tuto nectnost lze odstranit použitím elektronického startéru. Použijeme-li jej, zářivka při

Obr. 4: Schéma jednoduchého elektronického startéru

Zářivky s klasickým indukčním předřadníkem Střídavý proud způsobuje, že zářivky svítí přerušovaně, jejich světelný tok kopíruje frekvenci sítě, tj. 50 Hz = dvě půlvlny s frekvencí 100 cyklů za vteřinu. Lidské oko toto běžně nevnímá, ale při osvětlení pohybující se součástky, jejíž pohyb je svázán s kmitočtem sítě, může nastat stroboskopický efekt. Jedná se o zdánlivé zastavení nebo o zdánlivou změnu rychlosti a směru pohybu součástky. Proto není možné osvětlovat tímto typem zářivek např. obráběcí stroje. Moderní zářivky s novou generací luminoforů mají stroboskopický efekt potlačený. Během periody síťového napětí dochází k poklesu intenzity světelného toku pouze 10 až 20 %. Další možností je použít DUO zapojení dvoutrubicového svítidla nebo napájet osvětlovací systém třífázovou sítí a jednotlivé zářivky ve svítidlech připojit na různé fáze.

Obr. 5: DUO zapojení. Do obvodu druhé zářivky je zapojen kondenzátor, který posouvá fázi proudu před proud v první zářivce.

K úplnému odstranění stroboskopického efektu dojde při použití elektronického předřadníku, který pracuje na kmitočtu 30 až 70 kHz.


6

TUL, FM, KEL Zářivky s elektronickým předřadníkem S vývojem zářivek schopných provozu při vysoké frekvenci se objevily nové možnosti předřadníků. Vysoká frekvence napájecího napětí umožňuje značně zmenšit hmotnost a rozměry tlumivek. Zvláště na předřadníky pro průmyslová svítidla jsou v některých směrech kladeny podstatně vyšší nároky než na předřadníky pro svítidla konvenční. V první řadě musí mít minimální tepelné ztráty a co nejmenší rozměry, musí být odolné proti rušení a napěťovým špičkám a velkou výhodou je, jsou-li vybaveny ochranami proti poruchám zářivkové trubice a proti přepětí. Použití elektroniky má dále za úkol stabilizovat parametry světelného zdroje.

Zářivky výši desítek wattů ohřívá předřadník, a tak se významně snižuje spolehlivost použitých elektronických součástek. Řešením je oddělení prostoru zářivky od prostoru předřadníku tepelně-izolační přepážkou, čímž se dosáhne snížení teploty elektronických součástek až o 20 °C. Přednosti zapojení s elektronickým předřadníkem vůči klasickému zapojení jsou následující: − téměř okamžitý start bez blikání (doba startu závisí na konstrukci předřadníku, lze objednat předřadníky s okamžitým startem), − větší měrný výkon (nižší příkon cca. o 10 %), − nižší ztráty v předřadníku, − prodloužená životnost zářivek, − odstranění flikru (konstantní svítivost i při poklesech napětí v síti), − odstranění stroboskopického efektu, − možnost stmívání (u smívatelných předřadníků).

Obr. 6: Elektronický předřadník pro 2 lineární zářivky 36 W Dalším velmi důležitým parametrem předřadníků je způsob nastartování výboje v zářivce. Optimálním řešením je tzv. řízený teplý start, při němž elektronika nejdříve nažhaví vlákna zářivky na optimální teplotu a pak impulsem zapálí výboj. Tento způsob startu je sice obvodově složitější, ale umožňuje dosáhnout života zářivky až 20 000 hodin. Obvodově podstatně jednodušší studený start zapaluje výboj pouze impulsem, což zkracuje životnost zářivek. Dalším klíčovým parametrem je celková tepelná bilance svítidla. Ztrátové teplo zářivky ve

Obr. 7: Závislost měrného výkonu zářivky na frekvenci napájení Elektronický předřadník obsahuje vstupní filtr pro odstranění zpětného rušení do sítě, usměrňovač, aktivní filtr pro kompenzaci účiníku = Power Factor Correction regulátor (PFC), elektronický střídač, RC předřadník a obvod pro zapálení zářivky.

Obr. 8: Princip elektronického předřadníku s aktivní kompenzací účiníku pro dvě zářivkové trubic


7

TUL, FM, KEL

Zářivky

Literatura [1] Poláček L. Power Factor Correction. [on-line] Elektrorevue. [cit. 6. 12. 2004] Dostupné na: http://www.elektrorevue.cz/clanky/02012 [2] Niesig P. Zářivky [on-line] [cit. 13. 12. 2004]. Dostupné na: http://www.elkovocepelik.cz/teorie/vybojky1.htm [3] Zářivkové trubice a jejich zapojení díl 1. [on-line] [cit. 13. 12. 2004] Dostupné na: http://www.aqualand.akvarium.cz/osvetleni.ph p?menu=42 [4] Světelné zdroje. [on-line] [cit. 13. 12. 2004] Dostupné na: http://www.sweb.cz/usporyvm/verejne_osvetle ni/svetelne_zdroje.htm [5] Černoch J. Místní osvětlení obráběcích strojů. [on-line] Světlo 4/2002. [cit. 13. 12. 2004] ISSN 1212-0812. Dostupné na: http://www.automa.cz/svetlo/2002/sv040210.h tm [6] Baxant P. Provozní vlastnosti osvětlovacích soustav s kompaktními zářivkami. [on-line] [cit. 13. 12. 2004] Dostupné na: http://www.msebrno.cz/MSE/pkart001.htm Obr.3: První setkání se spisem NAMOL

Operace NAMOL Fáze II. – seznámení s obsahem dokumentu

Prvním, kdo se seznámil s obsahem spisu NAMOL byl tajný agent D. Pečlivě ukryti za oknem jsme mohli pozorovat, jak útlý dokument formátu A4 o přibližně dvaceti stranách pročítá a byli jsme také svědky jeho nečekaného, prudkého záchvatu. V této fázi operace zřejmě vyšla najevo otřesná pravda o obsahu spisu. Poté, co se D vzpamatoval z šoku, neprodleně informoval ostatní členy katedry. Jejich následné podivné chování nám prozradilo mnohé o obsahu spisu NAMOL.

Obr.4: Otřesná pravda vychází najevo


Autor: MM 8

TUL, FM

Rezenze: Ladislav Szántó – Maxwellovy rovnice a jejich názorné odvození

Rezenze: Ladislav Szántó: Maxwellovy rovnice a jejich názorné odvození pro práci s výše uvedenými operátory. Poutavě je uvedeno také propojení Maxwellových rovnic s teorií relativity a použití teorie relativity k odvození Ampèrova zákona. V knize je samozřejmě vysvětleno chování elektromagnetického pole také v látkovém prostředí. Zřejmě z důvodu zjednodušení není ovšem detailně vysvětlen rozdíl mezi feromagneticky a paramagnetiky a tvar hysterezní smyčky. Vzhledem k zaměření knihy to, ale není na závadu. Výklad je díky tomu srozumitelnější. Jediné co mi v knize chybělo je uvedení faktu, že tvar a velikost hysterezní smyčky závisí na materiálu, ale to snad každý kdo bere tuto knihu do ruky jistě ví. Kniha je výbornou pomůckou pro studium předmětu „Teoretická elektortechnika“ a partií elektrostatiky, elektromagnetizmu a elektrodynamiky ve fyzice a řadě další předmětů. Na závěr si uveďme citaci a web nakladatelství, kde lze knihu objednat pokud nebude k dostání v knihkupectvích. Objednací číslo této publikace je 140523.

Maxwellovy rovnice jsou základem k řešení mnoha technických problémů a jsou proto obsaženy v úvodních statích mnoha knih a skript. Tato kniha je zaměřena výlučně na Maxwellovy rovnice a končí tam kde většina ostatních knih začíná. Tato příručka se zabývá odvozením a hlavně vysvětlením Maxwellových rovnic. Je určena pro studenty a bývalé studenty vysokých technických škol, kteří ze skript a přednášek nepochopili Maxwellovy rovnice. Výklad začíná od základních jednoduchých vztahů, které jsou vysvětlovány na jednoduchých pokusech. Jeden vztah je často vysvětlován a odvozován několika různými způsoby. Na rozdíl od mnoha skript kniha obsahuje mnohem více textu než rovnic. Vše je doplněno množstvím schematických obrázků. Podrobně jsou rozebrány a vysvětleny a na obrázcích znázorněny v Maxwellových rovnicích používané matematické operátory divergence, gradientu, rotace, nabla a Laplaceův operátor. V přílohách nalezneme dokonce i názorné a jednoduše vysvětlené opakování vektorového počtu a Gaussovy a Stokesovy věty, které jsou potřebné

[1] Szántó L. Maxwellovy rovnice. 1. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2003. 112 s. ISBN 80-7300-096-2 [2] http://shop.ben.cz/default.asp?kam=detail.asp? id=140523

KES vyvíjí novou učební pomůcku Signálová frakce katedry elektroniky a zpracování signálů, jenž se zabývá převážně zpracováním řeči, se nyní začala orientovat na pedagogiku. Jde o naprosto přirozené rozšíření softwarů pro výuku artikulace a správné fonetiky řeči rozpracovaných na této katedře. Tyto softwarové nástroje kontrolují plynulost a správnou výslovnost extrémně dlouhých, nesmyslných a jazyk lámajících vět. Takové věty nelze samozřejmě číst, neboť lidský mozek z velké části logicky analyzuje větu a často dochází k havárii či zacyklení. Nezbývá než se tyto věty naučit nazpaměť. Za tímto účelem vyvinul J. Ch. hardwarový prostředek pro Naučení Absolutně Tupých Lidí Uniformnímu Čtení s pracovní zkratkou NA-


9

TUL, FM

Rezenze: Ladislav Szántó – Maxwellovy rovnice a jejich názorné odvození

TLUČ. Zařízení je typickým produktem špičkového mechatronického mozku a syntetizuje nejmodernější poznatky z filozofie, psychologie, pedagogiky, medicíny, mechaniky, elektrotechniky a elektroniky. NATLUČ pracuje na principu elektronicky kontrolovaného růstu neuronových synapsí s neinvazivní zpětnou vazbou přes napětí mimických svalů a cukání lýtkového svalu.

dosažení limitní okamžiku, tj. kdy objekt začne prskat. Další kamera snímá obličej. Pokročilou analýzou obrazu z této kamery je rekonstruováno napětí mimických svalů. Z těchto svalových napětí určuje neuronová síť stav zapamatování daného faktu. Bohužel samotné mimické svaly nemají stoprocentní vypovídací schopnost. Za tímto účelem je akcelerometrem snímáno kmitání lýtkového svalu. Vyškolený operátor obsluhuje PC vybavené programem vyvinutým J. Ch., který zpracovává data z připojených senzorů a kamer. Program na PC rovněž zobrazuje pokyny pro učenou osobu na monitoru umístěném přesně do bodu, kde je střed zorného pole. Tento bod leží přibližně ve výšce prsou zkoumané osoby, neboť se jí během několika prvních minut uvolní týlové svaly a hlava poněkud poklesne.

Obr. 2: Bezbolestná výuka

Obr. 1: NATLUČ Základem je obyčejná židle upravená tak, aby bylo možno kontrolovat průchod proudových impulsů v cestě nohy-mícha-mozek. To je zajištěno přivedení regulovaného napětí 0 až 230 V do noh židle, bederní a týlové oblasti exponované osoby, jak můžete vidět na detailním obrázku 1. Židli doplňují dvě pevné zástěny plnící nečekaně mnoho funkcí. První funkcí je samozřejmě odstínění osoby od okolí a zvýšení jejího soustředění. Kromě toho sterilní barva bílého lamina navozuje atmosféru laboratorního prostředí a výrazně snižuje sebevědomí. Tím lze snadno dosáhnout naprosté poslušnosti objektu a není potřeba fyzicky silného operátora. Pravá boční stěna je snímána kamerou a ze změn odrazivosti povrchu je vyhodnocováno

Pracoviště v provozu s operátorem a autorem v jedné osobě J. Ch. je na obrázku 2. Vyučovaná osoba na obrázku je v dobrém stavu, jde totiž o snímek z prvních minut výuky. J. Ch. zaznamenal s NATLUČ výrazné úspěchy. Sice zatím pouze pro učení nesmyslně dlouhých a složitých vět pro obor zpracování řeči, ale nic teoreticky nebrání rozšíření této metody do dalších odvětví. Vždyť podobnost s matematikou, fyzikou a elektrotechnikou je velmi výrazná. Můžeme jenom doufat, že se najdou finance na výrobu a instalaci těchto zařízení do všech učeben FM. Mohlo by tak dojít k výraznému zvratu ve stylu výuky, kdy si studenti budou z přednášek skutečně odnášet znalosti. Doba studia se tak zkrátí z roků na měsíce a přibude absolventů s prokazatelnými znalostmi. Těšme se na lepší zítřky!


Autor: jBF 10

TUL, FM, KSI

Matematické operace v FPGA obvodech

Matematické operace v FPGA obvodech Petr Došek Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií, Katedra elektroniky a zpracování signálů, Hálkova 6, 461 17 Liberec, Tel.: 485 353 484, E-mail: [email protected]

Abstract: Při realizaci algoritmů jsou operace sčítání a násobení v FPGA obvodech nejčastější používanou operací. Příspěvek se zabývá těmito dvěma operacemi a jejich využitím v integrovaných obvodech. Porovnává vliv popisu struktury jednotlivých operací v FPGA obvodech. Přičemž se zabývá zpožděním těchto struktur, na které jsou kladeny velké nároky. Příspěvek ukazuje závislosti výpočtu na přesnosti a počtu bitů jednotlivých operandů. V neposlední řadě se zabývá velikostí zabrané plochy jednotlivými operacemi. Na závěr je uvedena úvaha pro jejich použití.

pracovat i v závislosti na počtu vstupních a výstupních bitů. Sčítání Úplné sčítačky se skládají ze sčítaček polovičních. Základní rozdíl mezi poloviční a úplnou sčítačkou je v tom, že poloviční sčítačka nebere při výpočtu zřetel na přenos z nižšího řádu. Poloviční sčítačka je obvod se dvěma vstupy a a b a dvěma výstupy s a cout. Lze jí také označit jako (2,2) HA. Chování takového obvodu je popsáno následujícími rovnicemi: c out = 2c out + s = a + b s = a⊕b c out = ab

Úvod Aritmetické operace ve velké míře používané v FPGA obvodech jsou sčítání a násobení. Bez těchto operací je nemyslitelné vytvořit jakýkoliv složitější integrovaný obvod. Z těchto operací se skládají všechny dostupné matematické operace a ne jen v FPGA obvodech, například filtry, FFT a DFT algoritmy, neuronové sítě a další.. Tento příspěvek pojednává i o realizaci těchto operací v FPGA obvodech z hlediska jejich rychlosti, náročnosti na plochu a náročnosti na výpočet. Jedním z hlavních požadavků na obvody je především zpoždění s jakým bude algoritmus

& ..logický součin

c ou t .....přenos do vyššího řádu s.....výstup (součet) a, b.....vstup

Různé zápisy struktury poloviční sčítačky jsou znázorněny na následujících obrázcích Obr. 1 a), b), c).


11

TUL, FM, KSI Sčítačky jsou jednobitové. Všechny následně popsané a graficky znázorněné poloviční sčítačky byly navrženy pomocí návrhového programu MAX+plus II verze 10.2. Dále byly simulovány a nakonec i zrealizovány na přípravku UP1 s FPGA obvodem Flex10K od firmy Altera. Jak je vidět z následujícího grafu, poloviční sčítačka, skládající se z dvou hradel XOR a AND je výrazně lepší než sčítačka složená z dvou hradel AND, hradla NOT a hradla OR. U první sčítačky obr.1b) se pohybujeme se zpožděním kolem 10ns. Když nastavíme vstupy na jejich maximální hodnotu, u druhé sčítačky obr.1c) vzroste zpoždění až na 44 ns. Je tedy zřejmé, že již při takto jednoduchých strukturách je velice znát vliv zpoždění jednotlivých hradel na dobu výpočtu. Podle těchto výsledků by každý návrhář volil sčítačku s menším zpožděním. Některé obvody neobsahují hradla XOR a proto musí návrhář volit sčítačku jinou.

Matematické operace v FPGA obvodech Součet zpoždění na jednotlivých hradlech poloviční sčítačky podle předpokladu narůstá s počtem bitů vstupních operandů. Nárůst není nějak výrazný a je téměř lineární. Hodnoty zpoždění v grafu zahrnují dva případy. Bílé sloupečky představují sčítačku bez optimalizace návrhu pro rychlost a druhé černé sloupečky představují poloviční sčítačku optimalizovanou pro rychlost. Takto malou strukturu lze s úspěchem optimalizovat. Optimalizace zvýší rychlost sčítačky v průměru o 2–3 ns.

Full Adder (FA) Nejpoužívanější sčítačkou v návrzích je sčítačka úplná. Úplná sčítačka je realizována pomocí dvou polovičních sčítaček a jednoho součtového hradla. Výsledek úplné sčítačky je tvořen součtem dvou vstupních vektorů a příznakového bitu z nižšího řádu. Výstupem je vektor a příznakový bit přetečení do vyššího řádu. Můžeme jí tedy popsat následujícími matematickými vztahy:

g = ab p = a⊕b c 0 = ab c1 = a + b s = a ⊕ b ⊕ cin = p ⊕ cin

Graf 1. Zpoždění jednobitové poloviční sčítačky

c out = ab + ac in + bc in = ab + (a ⊕ b)c in = g + pc in = pa + pc in = c in c 0 + c in c 1 g , p, c 0 , c 1 .......signály a, b......vstup, s......výstup, c out , c in ......přenos

Z matematického popisu lze vytvořit různé struktury sčítaček. Několik testovaných struktur je znázorněno na následujících obrázcích 2 a 3. Graf 3. Zpoždění vícebitového součtu v závislosti na počtu bitů vstupních vektorů


12

TUL, FM, KSI

Matematické operace v FPGA obvodech A A

&

B

A

G Cin

FA

Cout

B

B

Cout

HA

Cout

1

&

Cin

1

P

Cin

&

HA S

a]

XOR

S

S

c]

b] Obr 2. A

B

A

B

A

B

&

& Cout

1

1

1

Cout

& Cin

0

XOR

Cout

1

0

1

Cin

C0 C1

&

1 S

XOR S

S

c]

b] Obr 3.

Jak je patrné z obrázků, jednotlivé struktury mají stejné vstupy a výstupy ale liší se vnitřním zapojením. Velkým kritériem při volbě takové struktury je její velikost na ploše FPGA obvodu a rychlost, s jakou bude počítat. Proto se v praxi většinou volí kompromis mezi těmito kritérii. Pokud budeme uvažovat jednoduché sčítačky se 3 vstupy a 2 výstupy, pak u jednobitových vstupních vektorů se zpoždění sčítačky pohybuje od 40 do 55 ns pro FPGA od firmy Altera FLEX10K. Běžné velikosti vstupních a výstupních vektorů jsou 4, 8, 16, 24, 32 a 64 bitů. Pro tyto případy se zpoždění zvyšuje úměrně k velikosti vstupních vektorů. Testované příklady (m,k) – counter Porovnejme nyní dvě struktury úplné sčítačky uvedené na předchozím obrázku 4. Ze struktur lze určit, že čím víc bude vstupů, tím víc bude zapotřebí polovičních sčítaček a tím větší bude zpoždění. V grafu 3 je číselně porovnáno nejhorší možné zpoždění sčítaček. Nejhorší případ může nastat, pokud vstupy nastavíme na maximální možnou hodnotu. Například u 4 bitového vstupu je to hodnota F hexadecimálně. Sčítačka s využitím lineární struktury podle obrázku 4 a) má zpoždění kolem 412 ns, což je více než dvojnásobek hodnoty zpoždění oproti ostatním variantám FA.

A0

A1 A2 A3 A4 A5 A6

A0

A1 A2

A3

FA

FA

A6

A4 A5

FA

FA

FA

FA FA

S1

S2

FA S2

S0

Obr 4a)

S1

S0

Obr 4b)

Obr. 4 Lineární a stromová struktura Full Adder.

Linear vs. Tree 450 400 350 300

Zpoždění

a]

Cin

XOR

Tree structure

250

Linear structure

200

Serial structure

150 100 50 0 1111111 Vstupní bity

Graf 3.Zpoždění různých struktur FA struktuře Tree.


13

TUL, FM, KSI


Sériová sčítačka Struktura sériové FA je uvedena na obr. 5 a její zpoždění při výpočtu je uvedeno v grafu 3. Jak je patrné, je rychlejší než sčítačka typu Linear FA a pomalejší než sčítačka typu Tree FA. Ovšem její popis struktury je přehledný i při větších počtech bloků FA na rozdíl od rychlejší struktury Tree. An-1 Bn-1

A1

B1

A0

Aritmetické násobení Násobení nezáporných celých čísel je další nejpoužívanější matematickou operací hned po sčítání. Velmi často použité v různých funkcích, jako například v neuronové síti, FFT a dalších. Matematické vyjádření násobení nalezneme v následujících vztazích: n −1

n −1

n −1 n −1

i =0

j =0

i =0 j =0

P = A ⋅ B = ∑ a i 2 i ⋅ ∑ b j 2 j = ∑ ∑ a i bi 2 i + j

B0

A, B....n − bit operandy Cout

FA

FA Cn-1 C2

Sn-1

FA

Cin

C1 S1

S0

P....Součin je(2n) − bitové číslo bez znaménka

nebo (2n − 1) − bitové číslo se znaménkem

Obr 5.

Aritmetické sčítání K aritmetickému sčítání se v jazyce VHDL používá standardní knihovna ieee.std_logic_arith. Matematicky lze toto sčítání popsat následovně:

Násobení v binární soustavě se provádí stejným způsobem jako v soustavě desítkové. Každý bit musíme vynásobit s každým a pak je sečíst. Na tomto principu fungují násobičky v počítačích i v FPGA obvodech. Ne vždy je nutné používat násobičky se složitou strukturou. Pokud víme, že budeme násobit číslem 2i+j , znamená to pouze posuv o i+j míst. Některé principy jsou následně ukázány.

s =a+b Pokud se použije pro popis výpočtu sčítání již zmíněná knihovna, pak je pro nejzajímavější sledovat závislost zpoždění na počtu bitů vstupních vektorů a jak později uvidíme závislosti na počtu měnících se bitů na vstupu. Zpoždění FA s použitím aritmetického sčítání je mnohem menší než u logického sčítání. Pokud porovnáme sčítání n-bitových vektorů, pak se dostáváme do hodnot zpoždění uvedených v grafu 4.

Sekvenční (sériové) násobení Sekvenční násobička je násobička, která se skládá z bitové násobičky a sekvenční sčítačky. Násobení je prováděno po krocích. Prvním krokem je vynásobení dvou bitů a následně se tyto bity přičtou k obsahu akumulátoru. Kroky se provádí do té doby, dokud se nevynásobí nejvyšší bity. Princip je uveden na obr. 7. Tyto násobičky jsou díky sekvenčnosti pomalé. Délka výpočtu závisí na délce obou vstupních operandů.

X

Graf 4. Zpoždění vektorového aritmetického součtu Pokud bychom toto srovnali například se stromovou strukturou, tak zjistíme, že aritmetické sčítání je mnohem rychlejší než sčítání logické.


Adder

Acum

Obr 7.

14

TUL, FM, KSI


Násobení polem Tyto druhy násobiček pracují s polem jednobitových násobiček a sčítaček. Bity se současně vynásobí a sečtou. Princip na je obr. 8a) Tato sčítačka má výhodu paralelního přístupu vstupních bitů, které celou operaci násobení a sčítání urychluje. Každá násobička má jednu sčítačku, což výpočet zpomaluje.

použitých k vytvoření funkce logického součinu. Na obr. 9. je uveden logický součin dvou čtyřbitových vektorů. Výsledek je vypočítán pomocí pole.

Paralelní násobení Tento způsob násobení je uveden na obr. 8b) Jedná se o paralelní násobičku. Nejprve se paralelně vynásobí všechny bity a výsledky se sečtou pomocí vícebitové úplné sčítačky která má strukturu Tree. Tato násobička je ze všech uvedených násobiček nejrychlejší. V praxi se můžeme často setkat s různými jejími modifikacemi.

X

X

Adder

Graf 5: Vektorové násobení Zpoždění při tomto logickém součinu dosahuje hodnot až 700 ns. Tento nejhorší případ nastává, pokud nastavíme vstupní vektory na maximální hodnotu. Tato testovaná struktura je v praxi velice výhodná. Ještě lepší výsledky však měla struktura paralelní.

X

X

Adder

a0

X

X Adder

&

&

&

&

b0

b1

b2

b3

X

&

&

p0

Adder Tree

a1

X

Adder

HA

HA

&

HA

&

p1

Adder a2

&

FA

&

FA

&

FA

&

Adder p2

a]

b]

a3

Obr 8.

&

FA

&

FA

&

FA

&

p3

FA

Při násobení se setkáváme s větším zpožděním výpočtu než při sčítání. Může to být dvojnásobek, ale i více. Vše záleží na struktuře násobičky a počtu bitů vstupních operandů. Při sčítání dvou n-bitových čísel potřebujeme pro správný výsledek n+1 bitový výstup. Ovšem pro násobení dvou n-bitových čísel potřebujeme 2n-bitový výstup. Proto se zpoždění zdvojnásobí. V grafu 5. je uvedeno zpoždění při aritmetickém násobení n-bitových vstupních vektorů. Jak je patrné z grafu, každé zvětšení vstupního operandu se projeví nárůstem zpoždění v průměru o 10 ns. Těchto 10 ns zhruba odpovídá zpoždění hradel pro každý vstupní a výstupní bit. Toto platí pro násobení aritmetické. Při násobení pomocí zmíněných struktur se zpoždění při násobení výrazně zvětší v závislosti na počtu vstupních bitů vstupních operandů. Od nich se odvíjí i počet výstupních bitů. S tím souvisí i počet logických obvodů

p7

p6

FA p5

HA p4

Obr 9.

Závěr Z naměřených hodnot je patrné, že struktura jednotlivých funkcí má velký vliv na jejich celkové zpoždění. Velkou roli v těchto obvodech hrají i hazardy, které jsou převážně znatelné a sledovatelné u násobení. Testování bylo limitováno taktovací frekvencí použitého FPGA obvodu Flex10K od firmy Altera. Uvedené struktury polovičních sčítaček, úplných sčítaček a násobiček byly navrženy a otestovány pro tento FPGA obvod. Zpoždění ovlivňuje veškeré navrhované obvody. Kdybychom chtěli vytvořit strukturu, která by rychle násobila a sčítala, nejlépe by se ze zkoumaných násobiček a sčítaček hodily následující struktury: Sčítačka se strukturu stromovou a


15

TUL, FM, KSI


paralelní násobička. Obě struktury jsou velmi rychlé. Kdyby nás zajímala plocha na čipu, pak by se použila sériová sčítačka. Sice je pomalejší, ale nezabere hodně místa. Násobičku bychom vzhledem ke své velikosti volili jako násobičku sekvenční. Pokud by požadavky kladly nároky jak na plochu, tak na rychlost, musí se hledat kompromis mezi těmito variantami.

Reference [1] Zimmermann R. Computer Arithmetic: Principles, Architectures, and VLSI Design. 1999. [2] Salcic Z., Smailagic A. Digital systems design and prototyping. Second edition. Kluwer Academic Publishers: 2000. ISBN 0-7923-7920-9 [3] Pluháček A. Projektování logiky počítačů. Vydavatelství ČVUT, Praha: 2003. [4] Max + Plus®II VHDL: Programmable Logic Development System. [on-line] Altera Co. San Jose, 1996. Dostupné na www: http://www.altera.com

Operace NAMOL Fáze III. – KES pochlebuje novému vedení

Obr. 6: Agent D při familiérním pozdravu potenciálnímu vedení

Z následujících fotografií, které byly pořízeny většinou u příležitosti vstupu jednoho nejmenovaného kolegy z KES do místnosti, přímo vyplívá, že spis NAMOL obsahuje bod týkající se reorganizačních změn ve vedení KES. Všichni členové, včetně současného vedení, poslední dobou dávají najevo své sympatie absolutnímu outsiderovi.

Obr. 5: Jsou i tací, kteří nové vedení vítají velmi vstřícně

Obr. 7: Míra vyjadřující uznání autority tak jak ho to v mládí naučili Autor: MM


16

TUL, FM, KSI

Twofish přehledně

Twofish přehledně Monika Matušková

Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií, Katedra softwarového inženýrství, Hálkova 6, 461 17 Liberec, Tel.: 485 353 641, E-mail: [email protected] Abstrakt: Článek je věnován jednoduchému popisu blokové šifry Twofish, jež pochází od autora starší šifry Blowfish. Tato šifra postoupila do užšího výběru kandidátů na AES a přestože se neumístila na první pozici, je oblíbeným prostředkem zabezpečení dat.

Úvod Šifra Twofish částečně vychází z o čtyři roky staršího předchůdce stejného autora, z Blowfish. Největší podíl na jejím vzniku má Bruce Schneider, spoluzakladatel Counterpane Internet Security, který se kromě svého předešlého algoritmu nechal inspirovat i některými dalšími. V boji o nový šifrovací standard AES se Twofish umístil na skvělém třetím místě. Vytknuta mu byla přílišná složitost ztěžující implementaci a zdlouhavá příprava klíčů. Výkon ovlivňuje i změna módu, to ovšem není tak neobvyklé. Twofish si naopak dobře vede v oblasti úrovně zabezpečení, prostředků pro implementaci a rychlosti šifrování a dešifrování. Celkově jde o algoritmus s uspokojující bezpečností, průměrným výkonem a bezproblémovou implementací. Jedná se o 128 bitovou blokovou šifru s proměnnou délkou klíče – 128, 192, nebo 256 bitů. Možné je ovšem použít i libovolnou jinou délku klíče do 256 bitů. Doporučený počet rund je 16. Twofish patří k té velké skupině algoritmů, která využívá Feistelovo schéma. Odlišnosti od jeho čisté formy jsou zde nepatrné. Spočívají pouze ve dvou jednobitových rotacích, které přibyly v rundě. Při šifrování jsou používány operace jako rotace, sčítání 232, XOR, násobení v Galoisově tělese GF(28), S-boxy a pseudohadamardova transformace, kterou budeme označovat PHT. Zajímavé jsou S-boxy, které zajišťují nelineární substituci. Každý z S-boxů se skládá ze tří 8x8 S-boxů, viz obr.2, které vznikají z pevných 4x4 S-boxů, viz obr.1, a XORu podklíčů S0 a S1, jejichž tvorba bude popsána dále. S-boxy jsou

tedy závislé na klíči a to je pro šifrovací algoritmus velice neobvyklé. Všech 16 rund má stejnou strukturu. U první ani u poslední není vynechána, či přidána žádná operace. Každá runda obsahuje dva stejné bloky s S-boxy, přičemž blok se skládá ze čtyř Sboxů. To nám dá celkem osm S-boxů na jednu rundu. Dále v bloku nalezneme MDS matici a PHT. Vlastnímu šifrování předchází, stejně jako u Rijndaelu, ještě vstupní whitening, což je XOR tajného klíče na otevřený text. Po provedení všech šestnácti rund pak ještě následuje výstupní whitening. Co se týče implementace, existuje velká spousta různých řešení, které umožňují hledání optimálního vyvážení mezi využitými hardwarovými prostředky a časem šifrování. Ohromnou výhodou je, že Twofish nabízí nejlepší možnosti počítání klíčů "on-the-fly". To znamená, že lze efektivně počítat všechny klíče pro šifrování i dešifrování v libovolném okamžiku a dokonce i v libovolném pořadí. Tato metoda může značně ušetřit hardwarové prostředky. Otázka bezpečnosti je v případě Twofish poněkud komplikovanější. NIST sám v době výběru AES nepodrobil šifru podrobnější analýze – jak z hlediska implementace, tak bezpečnosti. Musel tedy důvěřovat tvůrcům a jejich výsledkům. Proto se lze pouze dočíst, že šifra zřejmě je velice bezpečná, ale že vyzdvihované originální S-boxy mohou ukrývat skuliny pro dosud neznámé způsoby útoku. Ze známých způsobů útoku byly popsány pouze takové, jež se svojí povahou blíží systematickému hledání. V jejich případě se šifra jevila jako bezpečná již od šesti rund a od osmi, pokud byl vynechám whitening.

Pseudoalgoritmus Twofish [1] V textu bude použito následující značení: r počet rund M klíč S, K podklíče


17

TUL, FM, KSI

Twofish přehledně

P volný text C zašifrovaný text >>> a, <<< a pravá a levá rotace o a bitů Bity, nebo bajty jsou značeny sestupně od nejvýznamnějšího.

Použité operace a) q permutace Jde o dvě permutace q0 a q1 využívající 4x4 bitové S-boxy t0 .. t3, které jsou pro každou z nich jiné.

q1

q0

Tabulka 1: S-boxy t0 t1 t2 t2 t0 t1 t2 t2

0 8 E B D 2 1 4 B

1 1 C A 7 8 E C 9

2 7 B 5 F B 2 7 5

3 D 8 E 4 D B 5 1

4 6 1 6 1 F 4 1 C

5 F 2 D 2 7 C 6 3

6 3 3 9 6 6 3 9 D

7 2 5 0 E E 7 A E

8 0 F C 9 3 6 0 6

9 B 4 8 B 1 D E 4

A 5 A F 3 9 A D 7

B 9 6 3 0 4 5 8 F

C E 7 2 8 0 F 2 2

D C 0 4 5 A 9 B 0

E A 9 7 C C 0 3 8

F 4 D 1 A 5 8 F A

Obr.1: q permutace a := vstup(0..3); b := vstup(4..7); a’ := t0(a XOR b); b’:=t1(a XOR (b >>>1) XOR [a’(0),0,0,0]); c := t2(a’ XOR b’) d:=t3(a’ XOR (b’>>>1) XOR [a’(0),0,0,0]); Vystup := c || d;

Na obr.1 můžete vidět vnitřní strukturu q permutace.

b) S-boxy S-boxy používají výše popsané q permutace a 32 bitové podklíče S0, S1 následujícím způsobem: AA := q0(vstup(0..7)) XOR S0(0..7); AB := q1(vstup(8..15)) XOR S0(8..15); AC := q0(vstup(16..23)) XOR S0(16..23); AD := q1(vstup(24..31)) XOR S0(24..31); BA := q0(AA) XOR S1(0..7); BB := q0(AB) XOR S1(8..15); BC := q1(AC) XOR S1(16..23); BD := q1(AD) XOR S1(23..31); //S-box 0 vystup(0..7) := q0(BA); vystup(8..15) := q0(BB); //S-box 1 vystup(16..23) := q1(BC); //S-box 2 vystup(24..31) := q1(BD); //S-box 3

Na obr.2 jsou S-boxy znázorněny graficky. Nemusím snad vysvětlovat, že q0, q1 jsou funkce realizující jednotlivé q permutace.

Obr.2: S-boxy

c) MDS MDS je zkratka pro Maximum Distance Separable matrix. Jde o matici 4x4 bajty, kterou násobíme 32 bitový vstup.


18

TUL, FM, KSI

Twofish přehledně ED := q1(DD) XOR M1(24..31); F := MDS(EA,EB,EC,ED) <<<8; K[2⋅i] := C + F; K[2⋅i+1] := (F + C) <<<9; end;

Tabulka 2: matice MDS 01 5B EF EF

EF EF 5B 01

5B EF 01 EF

5B 01 EF 5B

Na obr.3 je situace poněkud přehlednější.

To znamená, že provedeme vystupT = MDS ⋅ vstupT

Příprava klíče Ze 128-mi bitového klíče generujeme nejdříve dva 32 bitové podklíče S0 a S1 tak, že klíč rozdělíme na polovinu a vynásobíme jej maticí RS, která vypadá následovně: Tabulka 3: matice RS 01 A4 02 A4

A4 56 A1 55

55 82 FC 87

87 F3 C1 5A

5A 1E 47 58

58 C6 AE DB

DB 68 3D 9E

9E E5 19 03

To znamená, že provedeme S0T = RS ⋅ M0T S1T = RS ⋅ M2T ,

Obr.3: Příprava klíče

kde M0 = M(0 .. 63) M1 = M(64 .. 128)

Zbývající klíče Ki jsou generovány velice podobným způsobem, jakým se provádí šifrování. To umožňuje při hardwarové implementaci použít stejný funkční blok. Používáme S-boxy závislé na klíči M, který je tentokrát rozdělen na 32 bitové části. Velmi příjemné je, že podklíče Ki jsou generovány z klíče M pouze v závislosti na jejich indexových hodnotách, takže je lze počítat on-thefly. Celý proces lze zapsat asi takto: for i:=0 to 19 do begin AA := q0(2⋅i) XOR M2(0..7); AB := q1(2⋅i) XOR M2(8..15); AC := q0(2⋅i) XOR M2(16..23); AD := q1(2⋅i) XOR M2(23..31); BA := q0(AA) XOR M0(0..7); BB := q0(AB) XOR M0(8..15); BC := q1(AC) XOR M0(16..23); BD := q1(AD) XOR M0(24..31); C := MDS(BA,BB,BC,BD); DA := q0(2⋅i+1) XOR M3(0..7); DB := q1(2⋅i+1) XOR M3(8..15); DC := q0(2⋅i+1) XOR M3(16..23); DD := q1(2⋅i+1) XOR M3(24..31); EA := q0(DA) XOR M1(0..7); EB := q0(DB) XOR M1(8..15); EC := q1(DC) XOR M1(16..23);

Šifrování O šifrování jako takovém snad již bylo řečeno dost a tak se podívejme rovnou na to, jak by mohl vypadat jeho kód: //Vstupní whitening A := P(0..31) XOR K[0]; B := P(32..63) XOR K[1]; D := P(64..95) XOR K[2]; E := P(96..127) XOR K[3]; //Rundy for i:=0 to 15 do begin D := A; E := B; y1 := MDS(S-box(A)); y2 := MDS(S-box(B <<<8)); z1 := K[2⋅i+8] + (y1 + y2); z2 := K[2⋅i+9] + (y1 + 2⋅y2); A := D XOR z1 >>>1; B := (E <<<1) XOR z2; end; //Výstupní whitening C(0..31) := D XOR K4; C(32..63) := E XOR K5; C(64..95) := A XOR K6; C(96..128) := B XOR K7;

P je volný text, C je zašifrovaný text a K[i] jsou rundovní klíče. MDS a S-box jsou výše


19

TUL, FM, KSI

Twofish přehledně

popsané funkce. Na obr. 4 si opět můžete pro-

hlédnout, jak celá operace probíhá.

Obr.4: Šifrování

Dešifrování

Závěr

Dešifrování má tutéž strukturu jako šifrování. Liší se pouze v pozici a směru rotace. Sboxy, MDS, PHT a přičtení klíče tedy pro nás mohou zůstat jedním velkým blokem, který si označíme F. Pak šifrování vypadá jako na obr. 5 a dešifrování vidíme na obr.6. Jistě tušíte, jakou obrovskou výhodou takováto struktura může být pro hardwarové řešení.

Doufám, že informace zde uvedené vám pomohou udělat si představu o tom, jak šifra Twofish pracuje a jak náročná je na implementaci. Pokud jste se nenechali odradit stanoviskem NIST, který Twofish považuje za hodně komplikovaný, nezbývá mi než dát vám, jako tradičně, nějaká testovací data a popřát hodně štěstí při implementaci. Slibovaná testovací data jsou například na: http://www.securitytechnet.com/crypto/algorithm/block.html


20

TUL, FM, KSI

Twofish přehledně

Operace NAMOL Fáze IV. – protiopatření proti bodu 2 Před několika týdny otřásli akademickou půdou brutální a nelidské krádeže v pivovaru. Málokdo by typoval, že za těmito zločiny stojí gang KES, který se snaží vytvořit si železné zásoby na dobu, kdy vstoupí v platnost spis NAMOL a jeho další bod: „bude omezena konzumace alkoholu a halucinogenních látek na pracovištích“. Zatímco někteří členové se soustředili na zásobení alkoholickými nápoji, jiní neodolali pokušení v rukách pouličních prodejců a předzásobili se omamnými látkami pochybného původu. U mnohých z nich došlo následně k alergické rekci vlivem jejich požití. Obr.5: Šifrování

Obr. 8: Svijanský pivovar opět o sud lehčí

Obr.6: Dešifrování Obr. 9: Dvojice žen nabízí KESu drogy Literatura [1] Chodowiec P., Gaj K. Implementation of the Twofish Cipher Using FPGA Devices. Tecnical report, Electrical and Computer Engineering, George Mason University, 1999. [2] P. Doležal. AES (Advanced Encryption Standard) šifra pro třetí tisíciletí. [online] 2001. Dostupné na www: http://www.volny.cz/gumysh/Gumysh/AES/

Obr. 10: Alergická reakce na požitou látku Autor: MM


21

TUL, FM

Letem světem s EasyJetem

Letem světem s EasyJetem Tento článek píšu, abych se podělil o své zkušenosti z cest a abych lidi vyvedl z omylu, že jediným prodejcem letenek je GTS International, který sídlí v naší oblíbené menze. Když jsem se ocitl na tří měsíční stáži ve Francii, kam jsem dorazil autem s kolegy, musel jsem řešit otázku jak se dostanu zpět. Kolegové se vraceli zpět autem, bohužel beze mne, po 14 dnech. Společností, které nabízí pohodlné cestování vzduchem, je celá řada. Proč právě EasyJet? Asi mě uchvátily barvy společnosti a reklama, která mi téměř každý den létala nad hlavou při cestě do školy nebo ze školy.

Nedalo mi to a koukl jsem se na stránky EasyJetu. Ceny letenek mě skutečně pobavily. Byly nižší než by kdokoliv čekal. Neváhal jsem a hned jsem si rezervoval dvě letenky na den mého odletu z TOULOUSE do LONDÝNA a z LONDÝNA do PRAHY. Celková cena byla cca 130 € za obě. Pokud se rezervují letenky přes internet (www.easyjet.com), tak jsou nejlevnější. Rezervaci je možné provést i po telefonu nebo osobně na prodejním místě společnosti. Platbu lze provádět kreditní kartou. Pokud to člověk nedělá prvně, má vše zařízeno během 15 min. S letenkami se nikdo neobtěžuje. Dostanete je přímo při odbavení. Alespoň to tak psali. Když nastal den mého odjezdu, měl jsem možnost okusit služby EasyJetu na vlastní kůži. Letenku jsem skutečně obdržel při odbavení. Letadlo bylo krásné, nové, čisté. Psali, že to je Airbus 319. Také mělo vše důležité, aby mohlo létat. Musel jsem to zkontrolovat. Člověk nikdy neví, kde to ošidí, když je to tak levné.

Vznesli jsme se a letěli jsme jako šíp směrem k domovu. Angličtina, kterou mluvili mě přiváděla k šílenství. Nebylo tomu rozumět. Jediné co jsem rozuměl, bylo toto: „Nyní si můžete zakoupit něco k jídlu.“ Aha tak tady to je, prolétlo mi hlavou. Nepapá se “zdarma“ jako u jiných společností, které si nechají slušně za pohoštění zaplatit. Čekala mě dlouhá cesta, protože jsem přestupoval v Londýně, kde jsem musel 6 hodin čekat na další oranžovo-bíle letadlo. Koupil jsem si tedy kuřecí polévku za 3 €. Řekl bych, že byla celkem chutná. Nyní jsem věděl, kde společnost šetří. Pravda je, že mě to nijak nevadilo. Naštěstí se nekonalo žádné úsporné opatření ve vzduchu, které by omezovalo letu schopnost letadla. Například omezení toku paliva do motorů nebo vyhození batohů z letadla za účelem letadlo odlehčit. Musím konstatovat, že cesta byla příjemná a “levná“. Pokud se budete rozhodovat s jakou společností letět, vezměte v potaz, že existuje tato malá britská společnost, která nabízí pohodlí za rozumnou cenu. Hlavně pak pro lidi, kteří nemají možnost využít karet ISIC nebo ITIC. Přidávám tabulku která vystihuje hlavní body článku. A na závěr bych už jen podotkl, zkuste to taky! Bery

Hodnocení Pro:

nízká cena

dlná rezervace letenek pomenete letenku. Proti:

jednoduchá a pohonikdy doma neza-

jídlo s sebou, nebo koupit v letadle

ne vždy se podaří najít dobře navazující spoje → dlouhá doba čekání

omezené

destinace o přeložení zavazadel při přestupu se nestará společnost, ale Vy sami


22

TUL, FM

Dívka čtvrtletí

Dívka čtvrtletí Přinášíme Vám další exklusivní rozhovor s dívkou čtvrtletí. Tentokráte máte možnost shlédnout rozhovor po ICQ v původním znění a neupravený. Povšimněte si tvrdého boje, který se odehrál v pozadí. Bohužel musíme konstatovat, že naše nejmenovaná redaktorka z něj odešla s pouhými osmi body a o vlásek jí tedy unikl chutný pudink.

Melian (11:23) : ;-) Melian (11:23) : Nesmilim – aspon ne graficky. Jsem staromilec k7 (11:34) : Nejprve se našim čtenářům trochu představ. (Mě mimochodem taky.) Pověz nám co vlastně studuješ za obor a jakým rokem? (To druhé vím :o)))) Melian (11:35) : Na to první je odpověď přírodovědné inženýrství, na to druhé: pátým. Melian (11:35) : (Vědělas správně? ]:-) Oboduji Ti, cos uhodla.) ];-) k7 (11:36) : (věděla, děláš diplomku u Pepy, ... ale zajímá mě jakou) k7 (11:35) : A co tvoje diplomová práce, o čem bude? Už na ní pracuješ? Nebo snad máš hotovo? ;o) Melian (11:41) : ];-))))) Zatím pracuji – zrovna teď mám ve vedlejších plochách otevřené nějaké prográmky. Dělám diplomku (jak jsi správně uhodla) u Pepy Nováka, programuji model vedení tepla a (heh, teď se musím kouknout do papírů, zapomněla jsem přesné znění názvu a nechci mlžit) ];-) k7 (11:44) : Nějak ti to nahlížení trvá. A co si plánuješ po ukončení studia? Jaká je tvoje představa o budoucím povolání?

Jana Ehlerová Mechatronika 5. ročník Obor: Přírodovědné inženýrství Zástupkyně studentů v akademickém senátu fakulty

Melian (11:45) : Papíry se přede mnou schovávají. ];-) Po skončení bych chtěla pokračovat. Takže vlastně neskončím, když to dobře půjde. k7 (11:48) : :o) Tak si připiš další bod, protože to jsem také uhodla. A že to dobře půjde, o tom nepochybuji.

Melian (9:52) : a-hoj, jestli mas cas, tak muzem dat rec

k7 (11:49) : Jakou katedru sis vyhlédla? (zůstaneš u Pepy, co?)

Melian (11:23) : Tak jo, zkouška diakritiky: Raz, dva, tři

Melian (11:50) : Zatím si brousím zuby na katedru modelování, což vlastně není u Pepy. Ale ještě se možná budu rozhodovat.

k7 (11:23) : A klidně se na mě můžeš i smajlit, alespoň to bude takové žlutější.


23

TUL, FM k7 (11:52) : To tedy není pochyb o tom, že tě baví matematika. A tvé další záliby? Pozor! nemusí jít pouze o ty intelektuální :o) Melian (11:53) : Hudba – některá intelektuální a pak taky sem tam méně intelektuální. A hlavně dobrá. Taky historie, sci-fi, fantasy.

Dívka čtvrtletí k7 (12:44) : :o) Já měla zeleninku na másle a játra. Ne, že by nic jiného nebylo, ale já játra opravdu ráda. k7 (12:44) : Dokonce i Lososa jsem kvůli nim zavrhla.

k7 (11:56) : Trošku nám to rozveď (co a proč). Autory, oblíbenou knížku a oblíbené období. ;o) (Doufám, že pravěk.) :o)) Melian (11:58) : Mou nejoblíbenější historickou dobou je tohle léto. ];-) Ale historickou dobou, které se více věnuji je doba románská. Drsný středověk. Autory – těch je hodně: Tolkien, Sapkowski, Kadlečková. Rowlingová. k7 (12:00) : Smůla. Mám mínusový bod za ten pravěk. :o( Ale teď snad nějaký zase naberu. Já o tobě totiž vím, že hraješ na nějaký hudební nástroj. Zapomněla jsem bohužel na co. A nezpíváš také ve sboru? Melian (12:00) : Ve sboru nezpívám – jednou jsem to zkoušela, ale neuchytila jsem se. Tak jsem zatím sólová. ]:-). A taky hraji na zobcové flétny všech (běžně přístupných) velikostí. Melian (12:01) : (Uz jsem nasla jmeno diplomove prace: Modelovani dvoufazoveho systemu zavisleho na teplote. Hezke ne? Ale neni tam zadne cizi slovo.) k7 (12:02) : (Hezké, hezké. Alespoň je jasné už z názvu, co máš dělat.) k7 (12:02) : Vydržíš do půl? Zajdeme si na oběd a pak se budeme bavit třeba o jídle. ;o) k7 (12:27) : Už jsi nabaštěná? Melian (12:39) : Jojo, jsem zde. k7 (12:40) : A co jsi měla dobrého? Melian (12:42) : Dobrého nic moc, ]:-) ale jinak to byla nějaká knedlíkoidní hmota posypaná trochou špeku a na kraji se válelo zelí. Výsledek byl jedlý.

Melian (12:45) : Tak to s Tebou nesdílím. k7 (12:47) : A co sdílíš? Melian (12:48) : Teď si nejsem jistá... Máš ráda borůvkové jogurty? k7 (12:48) : Já sním všechno co se dá ukousnout a vypiju všechno co teče. Takže mi klidně můžeš říct co sdílíš nejraději ;o) Melian (12:50) : ]:-)))) Kuřecí minutky, banány, krupicovou kaši. Ale raději ne dohromady. ]:-) k7 (12:57) : Jezdíš na víkendy domů? A odkud vlastně jsi? Z daleka? Z daleka? Melian (12:59) : Jo, jo, zdaleka. Z nejkrásnějšího města – Krnova. Ale cesta je dlouhá, tak jezdím domů co 2-3 týdny. k7 (13:01) : Chceš se někdy vrátit do svého rodného kraje? Nebo zůstaneš v Liberci? Možnost č. 3 odstěhuješ se za někým ke komu tě srdce táhne... Melian (13:03) : To je pravda. ]:-) Teď si říkám, že bych nejradši zůstala v Liberci, ale kdo ví, jak se to všechno zvrhne. Na střední jsem si myslela, že zůstanu v Krnově, teď si myslím, že zůstanu v Liberci – kdo ví, k čemu dojdu v budoucnu. ]:-)


24

TUL, FM k7 (13:07) : :o) To by ukazovalo na to, že vážnou známost buď nemáš, nebo ji máš v Liberci. Tak se přiznej jak to je, ať vím, jestli tě nabízet svým perspektivním, inteligentním a nezadaným kamarádům. Melian (13:07) : Nenabízet, mám žárlivého spolubydlícího. ]:-) k7 (13:08) : :o) No jo, no. Smůla. Čtenáři se budou muset spokojit pouze se slintáním nad tvými fotografiemi. Melian (13:09) : ]:-))))) Podle chuti.

Dívka čtvrtletí Melian (13:26) : 0-10 bodů nic, 10-20 pudink. nad 20 osvědčení: "Vědma FM". k7 (13:27) : :o) Sakra. Alespoň k tomu pudinku bych se ráda propracovala. Melian (13:27) : A nebo těžší vícebodové otázky ]:-) k7 (13:28) : Otázka za jeden bod: Jsi muž, nebo žena? Melian (13:29) : Žena. uhodla?

k7 (13:13) : Seš hrozná. Teď jsem z toho dočista zapomněla, na co jsem se chtěla zeptat. :o)

k7 (13:29) : Jo, jo, jo :o) jsem dobrá!

Melian (13:14) : ]:-) Skleróza v mladém věku?

Melian (13:31) : Jestli dobře počítám, tak jsi dobrá na 4 body. ušetřím si dělání pudinku. ]:-)

k7 (13:14) : Jo jo, pokročilá. Tobě se to nestává? k7 (13:15) : Já si zásadně nepamatuji svoje studenty. A svoje studentky jsem si tuhle taky spletla. Melian (13:15) : Běžně. Ale daleko horší než zapomínání je usínání na přednáškách a občas i cvičeních. Tímto bych se chtěla omluvit všem, kterým jsem to někdy provedla. k7 (13:17) : :o) Raději se neptám, kde se nejlépe spí. :o) Melian (13:18) : Kterákoli přednáška po obědě. ]:-)))) k7 (13:18) : Kde budeš letos slavit Vánoce? Melian (13:18) : Doma. Pod stromečkem.

k7 (13:32) : Asi toho moc nedoženu, za hodinu budu muset jít na autobus, abych stihla Vánoční besídku.

k7 (13:19) : :o) Myslíš, že Ti tam Ježíšek něco přinese, jo?

Melian (13:33) : Vánoční besídku?

Melian (13:20) : Nejsem si jistá jestli to bude Ježíšek, ale něco pěkného tam určitě najdu. Jako všichni, kdo byli celý rok hodní. ]:-)

k7 (13:34) : Ty nic takového nepořádáš? Chyba. Je to prostředek, jak získat více dárků. ;o)

k7 (13:23) : No comment. A co Silvestr? (mám další bod – určitě budeš někde s přáteli, jako každý kdo... no nerada bych se z něčeho nařkla...) Melian (13:25) : Tak dobře, budu v Brně s přáteli. ]:-)

Melian (13:35) : A-ha. Advent poznám podle větší hustoty koncertů a vystoupení. Třeba i jednou týdně. ]:-) k7 (13:36) : Ještě jsem se nezeptala jestli máš nějaké čistě ženské vášně – vaření, pletení, nakupování. Nebo čistě chlapské vášně? – fotbal, fotbal, fotbal.

k7 (13:25) : :o) Počítáš mi ty moje body? Co za ně dostanu? K^7 vědecko populární časopis TU v Liberci 4/04 –- http://k7.vslib.cz

25

TUL, FM Melian (13:36) : Nenávidím nakupování. Brrr. Jídlo by ještě šlo, ale oblečení? I když třeba nakupování knížek je pěkné, jen trochu ruinující. Pletení neumím, šití v ruce ráda nemám, ale provozuji. Vaření jen z nutnosti. Fotbal... to běhání je na něm pěkné, ale míč se plete pod nohy. ]:-) k7 (13:38) : Ty koncertuješ na své flétničky? Melian (13:39) : Koncertuji na flétničky! V poslední době přibývá i zpěv. Ale je to jen amatérská zábava, profesionalita přijde až s praxí. ]:-) k7 (13:40) : A teď mám bod – že ty chodíš běhat? Melian (13:41) : Vždycky z jara vyběhnu... a pak mě to pustí. Jsem běžec-teoretik. k7 (13:42) : Teď jeden za víc bodů – nemáte v týdnu koncert? Pokud to není dnes, ve čtvrtek, pátek, sobotu, či neděli, mohla bych se přijít podívat. k7 (13:42) : Asi se do toho nevejdu, co?

Dívka čtvrtletí za to že jsem za tebe při posledních volbách lobovala, bych jistě zasloužila další bod. Melian (13:56) : Tak jo, máš bod... ]:-) Aby se teď neobjevily davy pudinkochtivých lobistů. Melian (14:00) : Řekla bych, že do senátu se nakonec dostane téměř každý, kdo projeví zájem. To téměř platí pro kluky. A politikaření? Toho se neúčastním. Buď vůbec neprobíhá a nebo jde mimo mě. Ve funkci senátora teď působím třetí období (tj. třetí rok). k7 (14:10) : Budu se s tebou muset rozloučit, senátore. Melian (14:10) : Dobře, slečno redaktorko. k7 (14:11) : V pátek vychází nové číslo, doufám, že editor vybral hezké fotky. Máš nějaké speciální přání, co bys chtěla sdělit našim čtenářům? Melian (14:25) : Veselé vánoce? ]:-) k7 (14:25) : :o)

Melian (13:42) : Tak netrefila ses – ve středu. Podívat se můžeš, ale zrovna hrajeme v Děčíně. k7 (13:43) : No tak to jsem se právě trefila – volným večerem, ale bohužel to je dost z ruky. Co je na programu? Melian (13:45) : Renesanční tance s živou hudbou. (Tanec není mou vášní, radši budu živá při hudbě.) k7 (13:46) : To zní dobře. Až budete hrát v Liberci, tak mi dej vědět. Málem bych se zapomněla zmínit o tvé politické kariéře. ;o) Melian (13:47) : Politické kariéře? Eh, volit chodím, ale politiku nedělám. k7 (13:48) : Mám na mysli tu školní politiku. :o) Melian (13:50) : Školní politika je tak spletitá, že je občas obtížné ji najít. ]:-) Nebo ji nevidím. k7 (13:55) : :o) Vidím, že dlouhodobé působení v senátu tě vycvičilo na poli zastírání faktů. Nebo je to alibismus? Kolik let už jsi v senátu? Mimochodem,


Rozhovor: MM, Fotosérie: NoMiR, MiT

26

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

27

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

28

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

29

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

30

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

31

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

32

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

33

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

34

TUL, FM


Dívka čtvrtletí

35

TUL, FM

Šroubárna

Šroubárna Pokud jste si všimli, Šroubárna je od minulého čísla zaměřena na otázky týkající se látky prezentované katedry. Tentokrát máte možnost zkontrolovat si, zda jste dávali pozor na předmětech vyučovaných Katedrou elektroniky a zpracování signálů. Správné odpovědi najdete jako vždy na poslední straně. Správná odpověď může být jedna, více, všechny anebo taky vůbec žádná :-)

5) Schematická značka Zenerovy diody je?

1) Víte, co to je harmonický směšovač? a. není frekvenčně omezeno frekvenční pásmo směšovaných signálů. b. může být vytvořen dvěma diodami. c. vyžaduje dvakrát vyšší frekvenci lokálního oscilátoru. d. směšuje pouze imaginární složky vstupních signálů.

6) Schematická značka jakého typu tranzistoru je zobrazena na obrázku?

2) Co to je přídržný proud? a. proud při kterém tyristor již zůstává samovolně sepnutý. b. takový proud, který způsobí samovolný stah svalu – zasažená osoba nemůže sama uvolnit sevření části s nebezpečným napětím. c. proud kontakty relé při kterém nedochází k odpadu kotvy. d. proud tekoucí ovládací elektrodou triaku při kterém se triak spolehlivě otevře. e. proud diodou kdy ještě existuje efekt PN přechodu. 3) Co znamená výraz HAL v mikroelektronice? a. výsledek Hallova efektu jako reakce na přechod elektronů mezi hladinami PN přechodu b. žárové pocínování desek plošných spojů c. abstrakce hardwaru elektronického zařízení. d. vývojový nástroj pro programování tzv. ASIC obvodů e. moderní kvantově programovatelné hradlové neuronové pole 4) Jaký význam má výraz OTA v mikroelektronice? a. b. c. d. e.

nová zkratka pro Oskarovy datové služby obvod telefonní linky termočlánkový zesilovač s otevřenými vstupy transimpedanční zesilovač synonymum pro elektrotechnika-laika (Odvážný Tvrdohlavý Amatér)

a. JFET tranzistor se zabudovaným kanálem typu P b. MOSFET tranzistor se zabudovaným kanálem typu N c. MOSFET tranzistor s indukovaným kanálem typu P d. MEGAFET tranzistor s izolovaným přechodem ochuzeného kanálu typu N e. Obecný FET tranzistor s kanálem typu P 7) Jak je známo, v anglo-amerických zemích se používají schematické značky poněkud odlišné, než je tomu běžné v Evropě. Značka jakého logického obvodu (funkce) je zobrazena na obrázku?

a. b. c. d. e.

logický součin negovaný součet negovaný součin nonekvivalence ekvivalence

8) Jaký klopný obvod vznikne, pokud u klopného obvodu JK spojíme oba vstupy J a K přímo?


36

TUL, FM a. b. c. d. e.

klopný obvod RS klopný obvod JK klopný obvod D klopný obvod T klopný obvod typu „úplný nesmysl“

9) Jaký význam má zkratka PAL? a. b. c. d.

televizní norma pro vysílání obrazu programovatelné pole hradel typu AND programovací jazyk direktiva assembleru obvodů typu PIC, která hlídá změnu obsahu registru procesoru e. programově asymetrická logika 10) Jakou funkci plní v elektronickém obvodu gyrátor? a. ovládací automat pro otáčení jehněčího masa při výrobě gyrosu b. zdroj proudu s nulovou výstupní impedancí c. elektronický měnič typu impedance obvodu d. gyroskopický senzor polohy a zrychlení e. zdroj proudu a napětí současně blížící se parametry ideálnímu zdroji 11) Co to je norátor? a. el.tech. slangový název pro samce lišky stepní během stavby nory, tzv. norování b. elektrický signál, který vzniká v synapsi na základě reakce s neuronem c. nesmysl, který neexistuje d. elektrické zařízení, které udržuje na svých svorkách hodnoty napětí a proudu rovny nule za všech podmínek e. elektrické zařízení, které nijak neovlivňuje proud a napětí na něj přivedené

Šroubárna d. max. dobu, po kterou může být připojeno vysoké napětí v propustném směru a ještě nedojde k lavinovému průrazu e. čas, který dioda potřebuje k odčerpání náboje z přechodu PN 14) Kolik musíme splnit matematicko-fyzikálních podmínek, abychom úspěšně zkonstruovali oscilátor? a. b. c. d. e.

15) Co je to principiálně Bouchartův článek? a. b. c. d. e.

13) Co udává u diod tzv. doba zotavení? a. doba do návratu do původního stavu po tzv. lavinovém průrazu b. doba přepnutí z vodivého do nevodivého stavu c. doba, za kterou se na diodě vytvoří jmenovitý úbytek napětí po připojení ke zdroji proudu

LC článek RC článek RLC článek sériový RLC rezonanční obvod paralelní RLC rezonanční obvod

16) Rozhodovací úrovně pro TTL logiku jsou pro log. 0 <0,0–0,8 V> a pro log. 1 <2,1V–5,0 V>. Mezi hodnotami (0,8–5,0 V) je tzv. zakázaná oblast s nedefinovanými stavy. Jak by se rozhodovala a zachovala TTL logika, kdybychom na její vstup přivedli logický signál s napětím v oné zakázané oblasti? a. b. c. d. e.

12) Co to jsou a k čemu se používají tzv. GERBER data při výrobě DPS? a. objednací data, která specifikují požadovaný počet kusů, rozměry desek, použité technologie atp. b. data pro zařízení chemického prokovování děr vícevrstvých DPS c. data s údaji pro tzv. „osazovací nátisk“ u DPS d. technologický předpis pro teploty vyvíjecích a leptacích lázní e. obraz motivu plošného spoje

0 1 2 3 4

naprosto náhodně nedefinovaně s chybou překlopila by svůj výstup do tzv. čtvrtého stavu TTL hradla se dostanou do rezonance díky neschopnosti určit vstupní log. hladinu, prudce se zahřejou a vnitřním tepelným pnutím se roztrhnou nebo explodují

17) Zkuste sami bez možností popsat slovně či matematicky, co se myslí tzv. agresivitou a neutralitou logických hodnot. 18) U kterého/kterých z dále uvedených logických systémů (automatů) nelze pozorovat jeho chování, čili se jedná o automat bez výstupního zařazení? a. b. c. d. e.

Mealyho automat Moorův automat Medvěděvův automat Autonomní automat Stochastický automat

19) V jaké oblasti elektroniky, resp. pro co, se používá metod frekvenčního a časového multiplexu?


37

TUL, FM

Šroubárna

a. pro přenos vysílání mobilních telefonů sítě GSM b. metody pro potlačení vf. růžového šumu a nf. černého brumu c. pro výpočet střední hodnoty a směrodatné odchylky bílého šumu d. modulace střelkového šumu na užitečný signál jako metoda pro potlačení rušení tranzistorů pracujících v oblasti mikrovlnné technologie e. přenos několika signálů jedním komunikačním kanálem 20) Jaký význam má pojem THD? a. činitel zkreslení b. totální harmonická degenerace přenášeného signálu c. úplné harmonické zkreslení d. úplná difuze náboje v hybridním přechodu (např. Schottkyho dioda) e. dálkové ovládání spotřebičů podle tarifu

Obr.12: KES pořádá kurzy ve svlékání spodního prádla

Autor: MiT, jBF

Operace NAMOL Fáze V. – něco shnilého je na KESu

Další krok Katedry elektroniky a zpracování signálů je zastřen mnohými nejasnostmi. Katedra si objednala základní kurzy společenského chování, sexuální výchovy a svlékání spodního prádla. V rámci pravidelných úterních fakultních seminářů dokonce objednala striptýz. Při těchto akcích se někteří členové pěkně zřídili a pokoušeli se aplikovat právě nabyté vědomosti na osoby opačného pohlaví. Kolega NoMiR je toho názoru, že NAMOL obsahuje část zabývající se úlohou kolegů ženského pohlaví na katedrách. jBF naopak míní, že, podobně jako u alkoholu, jde o omezení proplácených sexuálních aktivit a členové budou v budoucnosti odkázáni na vlastní schopnosti a dovednosti.

Obr. 13: První nesmělé pokusy

Obr. 14: Kurzy společenského chování byly velmi účinné Obr. 11: Neobvyklá účast na fakultním semináři Autor: MM K^7 vědecko populární časopis TU v Liberci 4/04 –- http://k7.vslib.cz

38

TUL, FM

Krása žen ve Francii

Krása žen ve Francii Vždy, když jsme slýchávali o Francii, každý říkal: „Ach, Francouzky jsou krásné!“ „Je to opravdu tak? Není to jen pověra?“ Ptali jsme se. Odpověď na naši nevyřčenou otázku přinesla až osobní návštěva Francie. Konečně jsme si tak mohli na vlastní oči ověřit, jak na tom ženy v zemi galského kohouta jsou. Pravda je asi taková. Francouzky jsou průměrně hezké. Je jasné, že Češky jsou mnohem krásnější, o tom není pochyb . Kdybychom měli zařadit krásu Francouzek do pomyslného žebříčku, dopadlo by to asi takto. Na prvním místě by byly Češky se Slovenkami, dále Rusky, pak dlouho nic. Na 4. místě by byly Francouzky a ve volném závěsu Němky s Britkami. Žebříček je čistě subjektivní záležitostí. Každý je svých žebříčků strůjce. Co se týče nadváhy, tak jsou na tom Francouzky velmi dobře, protože jejich strava není tučná jako naše nebo jako německá. Z toho plyne, že po chodníku nechodí sto a více kilo živé ženské váhy. Samozřejmě je možné potkat i ženy s nadváhou, ale jedná se převážně o ženy z Afriky a jiných Francií kolonizovaných zemí s jinými stravovacími návyky. Opravdu krásných Francouzek je ve Francii jen poskromnu. Ovšem mohou nastat chvíle, kdy kolem sebe vidíte houfy krásy. „Dneska se ale urodilo! Že by erupce na Slunci, šedý zákal, přílišné koukání do displeje nebo štěstí?“ Říkáte si. Jen se vydat v tu správnou dobu, tím správným směrem. „Ty světočáry jsou mrchy!“ Tu si jde, či běží proti, tu zase kolem, tu projede v autě. Nestačíte zaostřovat svých čtvero očí. Pokud byste chtěli zopakovat dech beroucí procházku, je nutné sdělit podmínky. Všichni víme, že bez znalosti počátečních a okrajových podmínek se není možno dobrat uspokojivých výsledku. K přípravě chutné procházky je tedy třeba vyrazit krátce po půl šesté odpolední středečního času z CPAT na UPS Toulouse a vydat se severním východem, projít kolem elektrotechnických laboratoří, přejít přes hustý, zelený krátce střižený trávník mezi staveništěm metra a menzou a vyjít hlavním východem. Tam se dát vpravo podél silnice do centra. Máte namířeno k obchodu na nákup. Neženete, jdete tak, jako byste měli na zádech několikakilogramový elektronický náklad. Příjemně teplé slunečné počasí je vaším společníkem. Díváte se kolem a v tom přichází, zprava, zleva. Radost pohledět, na ten krásný svět.

Bohužel není každý den posvícení a tak nás, chlapce zvyklé každodenních krásných podívaných, napadla rozverná myšlenka. Proč nevytvořit ideální ženu, jež by ztělesňovala Francii s jejími tradicemi ve smyslnosti líčení a extravaganci oblékání? Posouzení, zda se Vám Francouzky libí, či nikoliv, necháváme na vás. Určitě však bude exotická konkurence dívce čtvrtletí veselým zpestřením zmrzlých dnů v naší kotlině. Naše díky patří hlavně maskérkám Báře a Kláře. Liberečtí kosmonauti Bery a Kopr

Obr. 1. Smyslná Francouzska s kloboučkem na Halloween

Obr. 2. Duo Francouzek lákající muže na svůj šarm


39

TUL, FM, KSI

Operace NAMOL

Operace NAMOL Fáze VI. – psychické dopady Všechny body spisu NAMOL a jejich protiopatření zmíněné v předchozích částech seriálu si již začali vybírat svou daň. Někteří pracovníci katedry nedokáží vzdorovat zvýšenému psychickému tlaku, což se významně projevuje na jejich chování. JŽ byl převezen na pohotovost po požití malých plastových částí a od návratu z nemocnice neustále nacvičuje pozici ve svěrací kazajce. Tajný agent D se dal na drogy a pokouší se změnit identitu a dokonce i pohlaví. Pro zvýšení věrohodnosti se dokonce naučil plést. MH začal neobvykle intenzivně pracovat na přístroji, jehož účely nám prozatím zůstávají utajeny. Byla vyslovena myšlenka, že by mohlo jít o odpalovací zařízení, nebo o ovladač lidské mysli. Autor: MM Obr. 17: Tajný agent D propadl drogám

Obr.18: Změna identity

Obr. 15: JŽ před odvozem do nemocnice

Obr. 16: JŽ po přívozu z nemocnice

Obr. 19: MH pracuje na záhadném přístroji


40

TUL, FM

Komiks: Bzuk & Bzik


41

TUL, FM

Komiks: Bzuk & Bzik


42

TUL, FM, KSI

Laboratoř inteligentních robotů na mechatronice

Laboratoř inteligentních robotů . na mechatronice Václav Záda, Monika Matušková, Tomáš Pluhař

Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií, Katedra softwarového inženýrství, Hálkova 6, 461 17 Liberec, E-mail: vaclav [email protected], [email protected], [email protected]

Na Katedře Softwarového Inženýrství Fakulty mechatroniky TUL, došlo v minulých několika měsících k významné změně. V roce 2003 zažádal Doc. Záda o grantovou podporu v rámci Fondu rozvoje vysokých škol za účelem vybudování „Laboratoře inteligentní robotiky“. Obdobný grant byl podáván již v minulých letech, avšak až poslední pokus vedl ke zdárnému výsledku. Grantovou agenturou byla přidělena částka, kterou se jednáním s prodejci průmyslových robotů podařilo vhodně využít nákupem tří robotů s řadou výrazných slev, včetně 12 ks implementací vizualizace pracovní scény RobotStudio. Součástí nákupu byly řídící systémy robotů, vše od švédské firmy ABB.

Jedná se o dva roboty IRB 1400 s nosností 6 kg a maximální rychlostí až 7 m/s, viz Obr. 1, a dále menší robot IRB 140 s nosností 4 kg, viz obr. 2. Pro zajímavost uveďme hmotnosti robotů, které činí 225 a 98 kg. Pro oba větší roboty byly postaveny speciální stojany, zajišťující vysokou míru stability. Menší robot byl umístěn na velký pracovní stůl ocelové konstrukce s masivní dubovou deskou. Na stůl byly dále umístěny dva menší laboratorní roboty firmy Rhino Robotic spolu s rotačním karuselem a posuvným pásem.

Obr. 2: IRB 140

Obr. 1: IRB 1400

Nově zakoupené roboty lze programovat pomocí programovacího jazyka RAPID, což je jakási obdoba známého jazyka PASCAL. Kromě standardních funkcí, jako jsou přemístění TCP (Tool Centre Point tj. příruba robota) z bodu do bodu po přímce, kružnici nebo polynomiálním


43

TUL, FM, KSI

Laboratoř inteligentních robotů na mechatronice

splajnu, či nastavování digitálních vstupů a výstupů, umožňuje využívat celou řadu nadstandardních funkcí. Jmenujme například možnost využívání proměnných, cyklů, čtení a zápisy do souborů atd., což mnozí jiní výrobci robotů neposkytují. U robotů respektive jejich řídicích systémů lze nastavovat i takové parametry, jako například: - vrchol pracovního nástroje (vzhledem k TCP) - těžiště pracovního nástroje - moment setrvačnosti pracovního nástroje - různé omezení (např. rychlosti v manuálním režimu atd.) V současné době se kolektiv pedagogů a doktorandů Katedry softwarového inženýrství učí tyto roboty využívat pro řešení celé řady výzkumně a průmyslově zajímavých úloh. Kromě standardních aplikací, jakými jsou např. simulace nanášení lepidla a gumového těsnění na držák pátých dveří pro Octavie a Fabie, ořezávání okrajů výlisků z plastických hmot atd., jde také o úlohy neprůmyslového charakteru. Například překreslování kresby z obrazovky tužkou na volný papír, psaní zadaného textu aj. V nejbližší budoucnosti se připravuje kooperace se skupinou Prof. Nouzy v úloze ovládání, a později i programování, robotů lidským hlasem. Všechny roboty budou dále vybaveny senzorickými subsystémy, včetně kamer pro účely počítačového vidění. V podstatě jde o implementaci prvků umělé inteligence do robotiky, neboť právě v této oblasti se malým pracovištím na vysokých školách otevírají dveře. Hlavní oblast využití robotů představuje výuka v magisterském a bakalářském studiu. V pátém ročníku Fakulty mechatroniky je přednášen předmět „Inteligentní roboty“, který podstatnou měrou využívá budované laboratoře. V současné době jsou připravovány další volitelné předměty, včetně možnosti zavedení nového povinného předmětu „Úvod do robotiky“ v tříletém bakalářském studijním programu. Předpokládá se, že v rámci studijního oboru Mechatronika na FM, bude kromě zaměření Mikroelektromechanické systémy paralelně zavedeno zaměření Robotika.

Toto rozhodnutí je generováno požadavky celé řady firem Libereckého kraje. První praktické ukázky činnosti robotů bylo možno shlédnout na dni otevřených dveří, který se na fakultě mechatroniky konal 24. listopadu. Budoucí studenti měli možnost spatřit zmiňované úlohy kreslení obrázků, psaní textu, ořezávání hran výlisků atd., včetně zasvěceného výkladu, podaného některými členy zmiňovaného kolektivu.

Obr. 3: Den otevřených dveří na fakultě mechatroniky

Obr. 4: Den otevřených dveří na fakultě mechatroniky

Informace o průběhu soutěže o logo FM Nejen v posledních číslech našeho časopisu byla avizována soutěž o nové logo Fakulty mechatroniky. Úderem půlnoci dne 30. 11. 2004 jsme soutěž uzavřeli a nyní probíhá její zhodnocení. Do soutěže se přihlásilo celkem 27 účastníků z nichž většinou každý využil možnosti zaslat celkem tři návrhy. Našli se však tací, kteří zaslali návrhů mnohem více. I takové případy jsme však ponechali v soutěži. Všechny návrhy nyní poputují postupně po všech katedrách FM, kde se k nim mají šanci zaměstnanci vyjádřit a vybrat množinu přibližně deseti nejúspěšnějších. Z nich vybere hodnotící komise sestavená vedením FM nejúspěšnější návrh. Ten bude poté ve spolupráci s jeho autorem upraven tak, aby splňoval náležitosti loga fakulty. K^7 vědecko populární časopis TU v Liberci 4/04 –- http://k7.vslib.cz

44

TUL, FM

Kulturní koutek: Hamlet

Kulturní koutek: Hamlet Prvního prosince zas vystoupil ÚNOS, čili Úplně normální ochotnický spolek Fakulty mechatroniky. Tentokráte byla hojnému publiku předvedena klasická tragédie – Hamlet. Podívat se přišlo opravdu mnoho zvědavců, takže si opozdilci neměli ani kam sednout. Celá taškařice byla pořádána za účelem důstojného oslavení výročí narození zakladatelky, autorky a režizérky ÚNOSu, jisté MM.

Obr. 1. Král mluví Hamletovi do duše Program začal jako tradičně přednáškami o neznámém zvídavém studentovi TUL. Tentokráte se přetřásalo spiritistické zaměření zvídavého studenta, jeho blízký vztah k jedům a halucinogenním látkám. Nastíněno bylo i rodinné zázemí zvídavého studenta včetně jeho ročního pobytu u strýce Karla. Poslední přednáška nastínila děj hry Hamlet. To pro případ, že by se v publiku nalézali kulturní barbaři. Diváci byli upozorněni na drobné odchylky v interpretaci hry ÚNOSem od originálu.

Po přestrojení herců vypukla slibovaná tragédie. Nutno ovšem podotknouti, že obecenstvo mechatronické asi nepříliš často opouští výhled svých monitorů a zřejmě nechápe, co je to dílo klasika. Ačkoli je děj předváděného kusu velmi pochmurný, všichni se celou dobu řehnili! Po happyendu proběhla další z dražeb použitých rekvizit. Vydraženo bylo i dostříhání jBF a to dokonce zahraničními diváky za valuty!

Obr. 4. Polonius ukazuje Králi Hamletův dopis pro Ofélii Obsazení: Gertruda, královna dánská Ing. Monika Matušková Duch, bývalý král dánský Ing. Jan Václavík Král dánský, původního krále bratr Ing. Jiří Kubín Hamlet, králův syn Ing Josef Černohorský Polonius, vrchní komoří Ing. Tomáš Mikolanda Laertes, syn vrchního komořího Ing. Miroslav Novák, Ph.D.

Obr. 2, 3. Duch bývalého krále líčí Hamletovi pravdu o své smrti / Být, či nebýt? Toť otázka! K^7 vědecko populární časopis TU v Liberci 4/04 –- http://k7.vslib.cz

Obr.5: Početné diváctvo Autor: NoMiR, Foto: PaRe 45

TUL, FM, KEL

HV generátor

HV generátor Jan Václavík Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií, Katedra elektrotechniky, Hálkova 6, 461 17 Liberec, Tel.: 485 353 641, E-mail: [email protected] Blíží se vánoce. V tomto čase někteří z Vás provádějí záludné rituály směřující k očištění ducha i mysli. Někdy dokonce skupinově. Často se pak stane, že při očišťování ducha i mysli si člověk všimne nenápadných poznámek z anonymního davu typu „super, to je správnej bordel“ nebo „jéé, ponožky co od března hledám“. To jednoho přejde sranda a zkusí s touto nevábnou situací něco udělat. V panice a záchvatech deprese přichází na řadu nejhorší možná varianta – úklid. Toto slovo, jehož význam ti nejšťastnější neznají, je synonymem noční můry každého dlouhodobějšího obyvatele jakékoliv obytné plochy. Nejenže znamená nenahraditelnou ztrátu času, ale i ztrátu schopnosti v nejbližších měsících cokoliv nalézt. Řešení je však velmi prosté. Pokud se již k úklidu odhodláte je třeba se zbavit maximálního množství věcí. Odpadne tím problém s pozdějším hledáním – máte jistotu, že je nemá smysl hledat. Ovšem student je v zásadě tvor spořivý. Je mu líto vyhazovat věci, které draze pořídil a tak pečlivě přezkoumává co skutečně vyhodit a co ne. Ve finále nakonec zůstává prázdný pokoj, vybavený počítačem. Někdy zůstane i postel. Však tento stav nelze považovat za konečný a nejlepší. Počítač se může v prázdném pokoji nejen ztratit, ale je sám o sobě silným generátorem naprostého chaosu a marného hledání. Obsahuje totiž data. Data umístěna na více či méně pevný disk mají tendenci se maskovat, ztrácet a dokonce i mást uživatele počítače, tj. nebohého studenta. Proto je třeba být tvrdý a neústupný! Počítače se zbavte v první řadě – dejte ho bezdomovcům, nabídněte jej svým učitelům (můžete si tak pojistit zápočet nebo dokonce zkoušku), případně přenechejte svému nejhoršímu nepříteli. To je zaručená cesta k úspěchu při vánočním úklidu a uchování vánočního klidu a míru nejméně do února. Pokud jste učinili tak, jak radí předchozí odstavec, zbude vám drobný problém – taková ta velká hranatá věc co zabírá místo na stole – monitor. Oblíbená Čapkovská a studentská otázka, „Kam s ním?“, začne být opět aktuální. V následujících několika odstavcích Vám poradíme jak lze takový monitor využít k vylepšení vánoční atmosféry.

V prvé řadě uspořádejte vánoční besídku s veselým programem. Do programu zařaďte společenské soutěže „prošlap si cestičku do televize“ či „vystoupení v televizi“. Ráno, dopoledne nebo odpoledne vymeťte zbytky z monitoru na chodbu nebo k sousedovi a pokuste se vyhledat hlavní desku plošného spoje monitoru. Měla by vypadat trochu podobně jako deska na obr. 1. Na ní je nejzajímavější ta tmavá část označená na obr. 1 jako VN transformátor. Tu lze s dostatečnou šikovností odletovat, vypájet, odsát, vyštípat, vylámat, vyřezat či citlivě vyrvat. Ještě než plošný spoj elektroniky monitoru vezme za své, je dobré provést jeho např. fotografickou dokumentaci. Bude se později velmi hodit. Pokud se podaří vyjmout nepoškozený VN transformátor můžeme z něj vyrobit docela hodnotné zařízení pro zpestření vědeckého i nevědeckého života. Navíc s ním můžete pobavit své okolí, například vlastní smrtí. Vždyť kdo by nechtěl být na vánoce vánoční hvězdou?

Obr. 1: Užitečná část monitoru Jak tedy na věc. Na VN transformátoru nejprve nalezneme vysokonapěťové vinutí. To bohužel nepoznáte ohmmetrem, neboť je v něm zabudována usměrňovací dioda. Navíc je tato dioda vysokonapěťová, takže standardní diodatest multimetrů je nepoužitelný. Nejjednodušší a prakticky ověřená je imitace dioda-testu napětím v rozsahu 15-30 V dle obr. 2. Záporný pól zdroje přiveďte do voltmetru, kladný postupně přikládejte na vývody na spodní


46

TUL, FM, KEL

HV generátor

straně transformátoru. PN přechod VN diody způsobuje úbytek zhruba 10–15 V. Takže voltmetrem můžete registrovat malé napětí na vysokonapěťovém výstupu, pokud jste trefili ten správný vývod. Ještě zbývá např. ohmmetrem, nebo pomocí generátoru nalézt nějaké pomocné nízkonapěťové vinutí a máte vyhráno. Máte-li štěstí bude dostatečně proudově dimenzované s napětím kolem 15 V. Pokud už víte které vývody k čemu patří můžete sestavit obvod dle schématu na obr. 3. Je poněkud složitější než běžně užívané obvody vyžívající rezonančního režimu a pomocných vinutí.

1 2

C3 1n0/500V

R1 10k

C2 C1 100n 470u/35V

J1

Obr. 2: Zjišťování zapojení vinutí VN trafa

T1 +

+12V

GAP1 JISKRISTE

D2 UF4007

R2 10K

HV TRANSFORMATOR

3

1

C5 3n3

C4 100n

R3 10k

R5 10k

U1

2 3

VFB ISEN

C6 100n

GND VCC

CMP

7

2

D1 BZX84C12L

RT/CT VREF COMP OUT

4 8

R4 5k6 REF

1 6

CMP

R6 22R Q1 STP6NC60

5

UC3843

C7 1n0

R7 1k0/SMD

C8 220n

R8 1R0

Obr. 3: Schéma zapojení budiče VN generátoru

Jednoduché obvody nebyly použity, protože se mi z prostorových důvodů nechtělo přidávat další vinutí na jádro transformátoru. Základem je obvod UC3843 původně určený do zdrojů s proudovým řízením. Výhodou je kontrola primárního proudu a tím i zaručená zkratuvzdornost. Pokud obvod pečlivě sestavíte, měl by již po zapnutí vytvořit dostatečné napětí k proražení 3–5 mm suchého vzduchu. Výstupní napětí lze regulovat potencio-

metrem R2. Záporný konec vysokonapěťového vinutí spojte se společným pólem napájecího zdroje, nebo jej uzemněte např. přes ochranný kolík zásuvky. Výsledek může vypadat podobně jako na obr. 4. HV transformátor má svoji rezonanční frekvenci ovlivňovanou kapacitou výstupního vinutí. Proto je třeba nastavit spínací frekvenci obvodu, určenou rezistorem R4 a kondenzátorem C5. Nahraďte R4 trimrem a vylaďte jím obvod na


47

TUL, FM, KEL největší délku jiskry. Trimr poté nahraďte odpovídající hodnotou pevného rezistoru. A to je vše. Jiskrám zdar! Hlavně mějte na paměti svoji bezpečnost! Obvod nedodá sice příliš velký proud, ale i ten spolehlivě poškozuje zdraví! Dotýkat se VN výstupu doporučuje deset z deseti pohřebních ústavů.

HV generátor nechali inspirovat elektronikou. Takže to bude vaření s elektronickými efekty. Jistě, můžete se ptát, proč ne zpracování signálu. Odpověď je prostá. Ještě jsme nedokázali dořvat naše ovoce k tomu aby zkandovatělo. Nyní k vlastnímu vaření. Připravíme si libovolné ovoce ke kandování. Nemělo by obsahovat alkohol, takže dva měsíce starou hrušku vytaženou z pod polštáře vrátíme zase raději zpět. Ovoce raději umyjeme, případně oloupeme, pokrájíme a osušíme od kapající vody. Dále uchopíme monitor od počítače a urychlíme jej prudce ve směru proti zemi. Ze zbytků sestavíme zdroj napětí podle předchozího článku. Mezi jeho svorky umístíme upravované ovoce. Přiložený obrázek naznačuje kandování mandarinky a to celé nebo pouze jednoho dílku. Dobrou chuť! Pozor kam saháte. Vřele nedoporučujeme sahat do obvodu při připojeném napětí! Pokud by jste chtěli hrát společenskou hru na tvrďáka roku, mohli by jste skutečně vyhrát a bejt tuhý jako prkno.

Obr. 4: Sestavený VN generátor

Obr. 1. Kandování mandarinky ve slupce Obr. 5: Výboj s délkou cca 1 cm

Vaříme s drátem! Ach jo, zase tu jsou vánoce, nové číslo časopisu a s ním i moje oblíbená rubrika Vaříme s drátem. K tomuto času neodmyslitelně patří cukroví, cukrovinky, vůně pálených či tavených tuků a cukrů či notná dávka aromatických příměsí. Nebudeme vybočovat z řady a přinášíme Vám mechatronický návod na výrobu pamlsku s přetaveným cukrem – kandovaného ovoce. Toto vydání je věnováno zejména katedře elektroniky a zpracování signálů a tak jsme se

Obr. 2: Kandování jednotlivých dílků


Autor: jBF, Foto: NoMiR 48

Šťastné a veselé!

Užijte si vánočního volna 23. 12. 2004 – 3. 1. 2005

Úvodní slovo. Obsah. Tak šťastné a veselé za celý autorský tým přeje NoMiR. Návštěvnost www K7 podle TOPlistu

Recommend Documents