ZENIT v elektronike

Zadania ZENIT v elektronike, fotografie, informácie z krajských kôl a celoslovenského finále súťaže ZENIT v elektronike

Ročník 38, 2022

29.-31.3.2022 SPŠ J. Murgaša, Banská Bystrica, Slovenská republika

Téma 38. ročníka celoštátneho finále ZENIT v elektronike bola "čas a frekvencia"

Podrobné výsledky celoštátne kolo

Zadania celoštátne kolo

Fotografie navrhnutých a osadených dosiek z praktickej časti nájdete v galérii. Program pre mikrokontrolér (uložiť ako). Obsahuje aj jednoduché ovládanie displeja hodín, upravte si podľa ľubovôle.

Fotografie z podujatia nájdete tu.

Zadania a výsledky krajského kola 38. ročníka nájdete archivované naľavo pod 2021-2022 38. ročník


Stručné zhodnotenie celoštátneho kola

Otvárací seminár

Súťaž sa už tradične začala odborným seminárom, tento rok na tému "Elektromagnetická kompatibilita zariadení (úvod do úvodu)". Napriek pokročilej téme, ktorá obyčajne vyžaduje roky štúdia sa súťažiaci aktívne zapájali do diskusie počas seminára. Seminár sme ukončili meraním emisií doma postavených itrónových hodín jedného z prítomných žiakov.

Nasledujúce dni sa ukázalo, že seminár padol na veľmi úrodnú pôdu. Už v odpovediach na niektoré otázky v teoretickej časti sa ukázali novo získané poznatky. V schémach sa začali objavovať naznačené parazitné vlastnosti elektronických prvkov (viď. napríklad otázka číslo 4), alebo oddelenie dlhých paralelných vodičov s dátovou komunikáciou na doske plošného spoja v praktickej časti:

nahradna schema  plosak

Losovanie súťažných čísiel

Na začiatku súťaže si jednotliví študenti vylosujú čísla a týmito sa anonymne identifikujú počas celého podujatia. Tento rok sa vďaka Petrovi Adamcovi, členovi odbornej hodnotiacej komisie a spoločnosti onsemi podarilo vyrobiť naozaj exkluzívny darček. Pre ZENIT v elektronike vyrobili špeciálny integrovaný obvod (ASIC - application specific integrated circuit, teraz doslova pre túto jednu špecifickú aplikáciu). Je na ňom pripravená matica súťažných čísiel pre kategóriu A/B a súťažné číslo 1-16.

Kremíkový čip je nainštalovaný do SOIC  púzdra a každý obvod je individuálne laserom trimovaný, aby obsahoval jedno unikátne súťažné číslo (napríklad B16, ako na priloženej fotografii).

menovka1 menovka2
menovka3 menovka4

Losovanie súťažných čísiel prebiehalo s pomocou mikroskopu. Každý študent si obvod hneď osadil na svoju menovku vyrobenú z plošného spoja. Na fotografii vľavo predseda odbornej hodnotiacej komisie, vpravo študent losujúci svoje súťažné číslo.

menovka5 menovka6

S veľmi vysokou pravdepodobnosťou môžeme skonštatovať, že 38. ročník ZENITu v elektronike bolo vôbec prvé podujatie na svete, kde sa použil plne zákaznícky integrovaný obvod ako vstupenka. Navrhnutých a vyrobených bolo len pár desiatok kusov a to špeciálne pre nás. Každý z nich je unikátny a v tejto konfigurácii jediný na svete. Definovali sme novú úroveň "conference badge", ostatní budú už len kopírovať...

Teoretická časť

V rámci teoretickej časti súťažiaci odpovedajú na 30 otázok z oblasti elektroniky. Testy sú zverejnené vyššie na stránke. V kateórii A bol tento rok medián úspešnosti 56% (min. 2,8%, max. 86%), v kategórii B bol tento rok medián úspešnosti 40%, (min. 2,8%, max. 90%).

Úvod do praktickej časti - komplexný projekt v oblasti elektroniky

Úlohou komplexného projektu v oblasti elektroniky je overiť schopnosť súťažiacich analyzovať a pochopiť slovne zadaný problém a vymyslieť jeho riešenie s použitím dostupných informácií (napríklad dátových listov) a materiálu, ktorý je k dispozícii. Téma 38. ročníka bola "čas a frekvencia", v rámci tejto témy súťažiaci realizovaliveľmi jednoduché počítadlo impulzov (kat. B), alebo jednoduchý čítač frekvencie (kat. A) z číslicových integrovaných obvodov. Chceli sme overiť schopnosť čítať technickú dokumentáciu. Po opadnutí úvodnej paniky z dôvodu, že sa pre vyriešenie úlohy nemôže používať internet začali súťažiaci realizovať svoje obvody. Úspešnosť bola dobrá a súťažiaci si mohli vyskúšať ako sa riešia skutočné problémy v elektronike. Google nepomôže s riešením neštrukturovaných problémov, poskytne len linky na literatúru (ak sa vieme správne opýtať).

komplexny projekt   komplexny projekt

Fotografie realizácie riešení na kontaktných poliach nájdete v galérii.

Úvod do praktickej časti - osadzovanie plošných spojov pomocou šablóny a pasty

Príklad ako premeniť nepríjemný problém na výhodu. GPS moduly, ktoré sme v konštrukci etalónu frekvencie použili majú veľmi nepríjemné púzdro, ktoré je takmer nemožné osadiť a zaspájkovať ručne. Rozhodli sme sa z problému urobiť príležitosť niečo nové sa naučiť. Každý súťažiaci dostal vlastný malý plošný spoj a nerezovú šablónu. Po krátkej úvodnej prednáške sa začalo pomocou telefónnych kariet z 90-tych rokov posledného storočia ostatného tisícročia pastovať a osadzovať. 30 z 32 prítomných študentov takto osadzovalo vôbec po prvý krát.

Takto vyzerala inštruktážna prednáška:

osadzovanie osadzovanie

osadzovanie osadzovanie

A tu je pán Jakubisko na scéne počas priameho prenosu do učební :-) Z druhej strany obrazovky nebolo vidieť koľko prípravy si táto časť vyžiadala.

osadzovanie

Praktická časť

V rámci praktickej časti sa na 38. ročníku ZENIT v elektronike realizoval GPS disciplinovaný oscilátor/etalón frekvencie 10,000 000 00x MHz. Po namáhavom jednaní sa nám podarilo získaťextrémne kvalitné kryštály (SC rez) od jedného zo sponzorov (ďakujeme!), ktoré sa používajú pre najnáročnejšie aplikácie v oscilátoroch s ultra nízkym fázovým šumom.

Niekoľko víkendov v lete 2021 som strávil v laboratóriu navrhovaním a testovaním oscilátora, ktorý bude mať dostatočne dobré parametre aby nezničil vlastnosti takto kvalitného kryštálu. S podporou môjho bývalého kolegu z katedry rádioelektroniky fakulty elektrotechniky a informatiky v Bratislave a nášho sponzora sa dielo podarilo. Nasledujúci obrázok znázorňuje dosiahnutú kvalitu signálu voľne bežiaceho oscilátora. Pripomínam, že oscilátor musel byť dostatočne jednoduchý, aby sme ho v rámci jedného dňa dokázali na súťaži postaviť a oživiť. Celkový jitter v pásme 0.1 Hz až 1 MHz 15.2 ps nie je vôbec zlý výsledok...

free running oscillator phase noise

Na obrázku je zmeraná stabilita disciplinovaného oscilátora oscilátora ZENIT v porovnaní s profesionálnym GPS etalónom frekvencie a céziovými atómovými hodinami. Samotný kryštálový oscilátor má veľmi nízky fázový šum a keď nie je vystavený vzdušným prúdom aj dostatočnú stabilitu aby sa dal použiť vo fázovom závese so šírkou pásma 0,1 Hz a vyšším ziskom. Toto by sme už ale bohužiaľ priamo na súťaži nedokázali spojazdniť a oživiť. Je tu preto značný potenciál na domáce laborovanie pre mladých experimentátorov. Dvaja súťažiaci využili ponúknutú príležitosť a po súťaži si prišli oživiť a otestovať ich referenčné oscilátory na Fakultu elektrotechniky a informatiky v Bratislave.

locked oscillator stability

Fotografie navrhnutých a osadených dosiek z praktickej časti nájdete v galérii.

Exkurzia do Výskumného ústavu spojov

Posledný, tretí deň súťaže má odborná hodnotiaca komisia ešte stále pomerne dosť práce. Preto je už tradične naplánovaná exkurzia do firmy, alebo na miesto so zaujímavou elektrotechnickou tématikou. Tento rok sme boli vo Výskumnom ústave spojov v Banskej Bystrici a navštívili zrejme najväčšie laboratóriá elektromagnetickej kompatibility na Slovensku. S exkurziou súvisela aj otváracia prednáška.

Záver

Súťaž ZENIT v elektronike sa každý rok posúva vpred. Snažíme sa hľadať nové zaujímavé problémy, zapájať súťažiacich do tvorivého procesu, robiť a naučiť veci, ktoré naši študenti ešte nerobili.

Minulé ročníky ZENITu boli vynikajúce, ale myslím, že môžem bezpečne skonštatovať, že vďaka absolútne skvelej podpore a zabezpečeniu na SPŠ J. Murgaša v Banskej Bystrici, bol minimálne pre mňa tento ročník doposiaľ zrejme ten najlepší. Ďakujeme!

Tento ročník bol nielen najlepší, ale z dôvodu situácie z posledných dvoch rokov aj organizačne ten najnáročnejší. Radi by sme preto takisto poďakovali ŠIOV a SOŠ techniky a služieb Brezno za nasadenie a flexibilitu pri organizácii podujatia v neľahkých časoch.

V neposlednom rade musíme poďakovať našim dlhoročným podporovateľom zo slovenského priemyslu. Sponzori nie len, že materiálne prispievajú na vybavenie, ceny a vysoký technický "nadštandard", ktorý si môžeme vďaka nim dovoliť. Ich zástupcovia chodia už roky na súťaž veľmi tvrdo pracovať. Tento rok to bolo 8 ľudí, ktorí nám tri dni v kuse na mieste aktívne pomáhali a s nami spolupracovali.

Za odbornú hodnotiacu komisiu v zložení Peter Adamec, Adam Lassak, Jaromír Sukuba, Juraj Tvarožek

Daniel Valúch, Váš preceda*

*je to správne napísané, d ani s tam nemá byť


Posledná aktualizácia 1.4.2022

Kontakt: daniel.valuch@cern.ch