ChatGPT kontra elektronika
ChatGPT w ostatnim czasie mocno wstrząsnął Internetem i jednocześnie ożywił dyskusję na temat przyszłości sztucznej inteligencji. Niesamowite możliwości reakcji na język naturalny i formułowania długich wypowiedzi jakie ma ten model są niewątpliwie godne uznania i stanowią olbrzymi krok na drodze postępu technicznego.
Jednocześnie pojawił się, chyba typowy w takich sytuacjach, „hype” i poszukiwanie potencjalnych zastosowań w obszarach do których raczej sztucznej inteligencji jeszcze daleko. Jednym z takich zastosowań jest agregacja treści dostępnych w Internecie albo służenie jako swojego rodzaju interfejs dla wyszukiwarek internetowych.
Pojawiły się głosy, że ChatGPT zmieni nawet sposób w jaki wyszukujemy informacje. Po co wertować strony internetowe, które proponuje nam Google, skoro możemy mieć od ręki wygenerowaną przez ChatGPT, zagregowaną i wyedytowaną informację?
Zamiast tłumaczyć dlaczego uważam, że do takiej rewolucji jeszcze daleko, chciałbym podzielić się wynikiem mojego krótkiego eksperymentu, który nazwałem „ChatGPT kontra elektronika”. Sprawdźmy na ile rzetelne informacje w obszarze działania układów elektronicznych możemy uzyskać przy pomocy tego narzędzia.
Czy ChatGPT pomoże Ci zaprojektować wzmacniacz?
Pytanie, które zadałem Chatowi na początek brzmiało: „Które tranzystory są lepsze do budowy wzmacniaczy audio – BTJ czy MOSFETy?” (pytanie zadałem po angielsku). Otrzymałem następującą odpowiedź:
Both bipolar junction transistors (BJTs) and metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) can be used for audio amplification, but each has its own advantages and disadvantages. The choice between BJTs and MOSFETs depends on the specific requirements of the audio amplifier design.
BJTs have been used in audio amplifiers for many years, and they have a well-established reputation for their sound quality. They have good linearity and can provide good overall performance in audio amplifiers, especially in Class A and AB configurations. BJTs are also less sensitive to power supply noise compared to MOSFETs.
MOSFETs are becoming increasingly popular in audio amplifiers due to their low input impedance, fast switching speed, and low distortion characteristics. MOSFETs can provide high power and efficiency, and they can handle high voltage swings, making them well suited for high-powered audio amplifiers. MOSFETs are also relatively easy to design and drive compared to BJTs.
In conclusion, both BJTs and MOSFETs can be used for audio amplification, and the choice between the two will depend on the specific requirements of the design. It is possible to achieve good performance with either type of transistor, and the final choice will often come down to personal preference and the specific requirements of the application.
Zacznijmy od tego, co naprawdę robi duże wrażenie w tym wyniku. Po pierwsze model potrafił zareagować na zadane w dość ogólnych sposób pytanie i sformułować sensownie brzmiącą odpowiedź.
Po drugie, potrafił też stwierdzić (całkiem poprawnie), że odpowiedź na moje pytanie nie jest taka całkiem jednoznaczna i wiele może zależeć od wymagań konkretnej aplikacji.
Niestety, zawartość merytoryczna odpowiedzi nie jest już tak imponująca jak jej forma. Przeanalizujmy kilka jej elementów.
- ChatGPT pisze np., że tranzystory MOSFET mają niską impedancję wejściową. Właściwie jest to elektroniczna herezja. Jedną z najważniejszych zalet tranzystorów MOSFET jest właśnie ich wysoka impedancja wejściowa (przynajmniej w zakresie częstotliwości audio).
- Moją wątpliwość budzi też fragment o niskich dystorsjach tranzystorów MOSFET. Tranzystory bipolarne, ze względu na dużo większą transkonduktancję pozwalają uzyskać większe wzmocnienie pętli sprzężenia zwrotnego, co pozwala uzyskać lepszą redukcję nieliniowości i dystorsji niż tranzystory MOSFET.
- Kolejna sprawa to wymienienie jako zalety MOSFETów większej częstotliwości przełączania. Faktycznie można je zwykle przełączać szybciej niż tranzystory BJT, ale we wzmacniaczach audio tranzystory pracują w zakresie liniowym, gdzie w ogóle nie są przełączane.
- Podobnie nie ma sensu wzmianka o odporności MOSFETów na duże napięcia dren-źródło. Wzmacniacze audio nie pracują z napięciami zbliżonymi do 1 kV, przy których znalezienie odpowiednio odpornych tranzystorów staje się problemem.
Problem z pracą w zakresie nasycenia
Kolejne pytanie, które zadałem dotyczyło niskich dystorsji. Według poprzedniej odpowiedzi, tranzystory MOSFET powinny zapewnić lepszą liniowość niż BJT. W związku z tym postanowiłem zadań pytanie broniące dokładnie odwrotnego stanowiska: „Dlaczego wzmacniacze na tranzystorach BJT są bardziej liniowe niż wzmacniacze na MOSFETach?”. Otrzymałem poniższą odpowiedź:
Bipolar junction transistors (BJTs) are generally considered to have better linearity compared to metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) in audio amplifier applications due to several reasons:
Small-signal operation: BJTs operate in their linear region for small signals, while MOSFETs operate in the saturation region, which can lead to non-linear behavior.
Input impedance: BJTs have a relatively high input impedance compared to MOSFETs, which can help reduce distortion.
Feedback compensation: BJT amplifiers are easier to stabilize with feedback compensation, and their high input impedance makes it easier to apply feedback without loading the input signal.
Power supply noise: BJTs are less sensitive to power supply noise compared to MOSFETs, which can cause distortion in audio amplifiers.
That being said, it is possible to design MOSFET amplifiers with low distortion and good linearity, especially in Class A configurations. The choice between BJTs and MOSFETs in audio amplifier design ultimately depends on the specific requirements of the application, such as power output, efficiency, and frequency response.
Ta odpowiedź jest naprawdę bardzo interesująca i dobrze ilustruje problem jaki stwarza poleganie na narzędziu jakim jest ChatGPT do agregowania i przetwarzania informacji. Jako pierwszą przyczynę większych nieliniowości wzmacniaczy z tranzystorami MOSFET ChatGPT podał bowiem fakt, że we wzmacniaczach audio pracują one w zakresie nasycenia.
Gdybyśmy mówili o tranzystorach BJT to faktycznie, we wzmacniaczu audio nie powinny one wejść w stan nasycenia przy którym napięcie między kolektorem, a emiterem jest niższe niż napięcie między bazą, a emiterem. Powoduje to, że prąd tranzystora nie jest już zależny wyłącznie od napięcia baza-emiter i układ nie może pracować poprawnie jako liniowy wzmacniacz, powodując zniekształcenia sygnału.
Podobnie jest z tranzystorami MOSFET. Jeżeli napięcie między drenem, a źródłem jest zbyt niskie, prąd drenu zależy nie tylko od napięcia bramka-źródło, ale też od napięcia dren-źródło, co powoduje zniekształcenia wzmacnianego sygnału. Problem w tym, że ten tryb pracy w tranzystorach MOSFET nazywa się trybem omowym, a poprawny tryb pracy tranzystorów MOSFET we wzmacniaczach audio nazywa się… trybem nasycenia.
Czyli odpowiednikiem trybu nasycenia tranzystorów MOSFET nie jest tryb nasycenia, ale tryb aktywny tranzystorów BJT. Jest to mylące, ale bez problemu można znaleźć tę informację w każdym podręczniku na ten elektroniki analogowej. ChatGPT nie potrafił sobie jednak takiej informacji wydobyć.
Kolejna sprawa to to, że w odpowiedzi na drugie pytanie pojawił się ten sam błąd co w odpowiedzi na pytanie pierwsze, a mianowicie, że tranzystor BJT ma wyższą impedancję wejściową niż MOSFET (jest dokładnie odwrotnie o czym wiedzą nawet początkujący projektanci elektroniki).
A co z trudniejszym pytaniem?
Na koniec pokusiłem się o zadanie trudniejszego pytania, a mianowicie „Czy zjawisko odbicia fali elektromagnetycznej jest niezbędne do poprawnego działania układów elektronicznych?” Poprawną odpowiedź bardzo trudno znaleźć w Internecie (mi się nie udało). Wiele osób, jeżeli w ogóle mają świadomość występowania zjawiska odbicia fali elektromagnetycznej, uważa je za coś jednoznacznie szkodliwego. Tymczasem niemalże każdy, nawet najprostszy obwód elektryczny, działa poprawnie tylko dlatego, że to zjawisko zachodzi.
A co na to ChatGPT?
Electromagnetic wave reflection is a natural phenomenon that occurs in electronic circuits, but it is not necessary for electronic circuits to work. Reflection is the result of an impedance mismatch between the transmission line and the load that it is driving. When a signal travels down a transmission line and encounters an impedance mismatch, some of the signal energy is reflected back towards the source.
Reflection can cause signal distortion, increased signal loss, and other problems in an electronics circuit. However, by properly matching the impedance of the transmission line to the impedance of the load, the amount of reflection can be reduced. Termination techniques, such as adding a resistor at the end of the transmission line, can also help minimize reflection.
In conclusion, while electromagnetic wave reflection is a natural phenomenon that occurs in electronic circuits, it is not necessary for the circuits to function. Proper design and use of components can help to minimize the impact of reflection on circuit performance.
Część z przytoczonych tu informacji jest prawdziwa i faktycznie odbicie fali może wiele naszkodzić w układach wysokich częstotliwości. Ale ostateczny wniosek nie jest jednak poprawny. Zrozumienie dlaczego tak jest, wymaga jednak dobrze ugruntowanej wiedzy, a nie po prostu przetwarzania dostępnego w sieci tekstu.
A przy okazji, jeżeli interesuje Cię czemu obwody elektryczne nie działałyby bez odbicia fali elektromagnetycznej to nagraliśmy na ten temat webinar dostępny po założeniu darmowego konta na naszej platformie kursowej.
Podsumowanie
Kończąc ten artykuł chciałbym jeszcze raz zaznaczyć, że ChatGPT to bardzo imponujące narzędzie i niesamowity krok w rozwoju sztucznej inteligencji. Może też mieć pewne zastosowania praktyczne w obszarze szybkiego formułowania tekstu czy interakcji z użytkownikiem. Moim zdaniem próba jego użycia jako narzędzi do szybkiego pozyskiwania informacji jest jednak naiwnością i tradycyjne metody takie jak wyszukiwarki internetowe, a do tego solidny „research” na długo jeszcze będą nam potrzebne.
