Tag Archives: Основы

Источники энергии. Потенциал и падение напряжения

Еще один пост из серии основы основ. Заметил я, что многие совершенно не въезжают в концепцию падения напряжения, разности потенциалов и типов источников питания. Поэтому запилю ка я ликбез по этой теме. С самого начала. Потом заброшу его в начало рубрики «Начинающим». Пойдет как замена цикла статей канализационной электроники. Т.к. тот цикл писался для «Хакера» и особой подробностью не отличался ввиду ограничений на размер полосы.

Начало начал. Ноль.
Итак, начну с самого начала. Со дна. То есть с земли. Точки нулевого потенциала. Эта точка совершенно произвольная. Просто нам так удобно, что мы приняли ее за ноль. Надо же с чего то начинать. В однополярном питании это, обычно, минус питания. В двуполярном — нечто посредине, впрочем от конструкции зависит.
(далее…)

Read More »

Монтажное И

Есть такое очень простое и очень популярное схемотехническое решение. Но, несмотря на его простоту, для многих начинающих оно незнакомо, а при встрече неочевидно. Что порой вызвает непонимание сути процесса, а порой и выход из строя оборудования.

Что такое соединение в монтажное И.
Представь себе линию, подтянутую резистором к плюсу питания. Так как сопротивление между линией и землей бесконечность, а между питанием и линией равно резистору, то напряжение на линии равно напряжению питания. То есть высокий уровень aka (обычно) логическая единица.


К линии подключаются девайсы. Которые могут замыкать эту линию на землю. Так вот, исходя из этого подключения, на линии будет высокий уровень только тогда, когда все остальные девайсы выставят выставят высокий уровень на своих выходах. Стоит какому-либо одному поганцу придавить линию к земле нулем, как вся шина станет низкого уровня и никто из других девайсов на это повлиять не сможет.

Как это можно использовать? Да по разному. Простеший пример — сигнал готовности. Есть куча блоков единого устройства. Каждый из которых работает по своему алгоритму и, например, требует начальную инициализацию. Чтобы главный понял, что все остальные блоки закончили инициализацию и подготовились он «слушает» линию связи. В качестве сигнала готовности — блок отпускает линию. Когда каждый блок пройдет инициализацию, то линия примет высокий уровень и это будет сигналом полной готовности устройства.

На этом же принципе работает и шина 1-Wire и I2C — там если приемник не успевает прожевать байт, то он просто придавливает тактовую линию, не давая передатчику генерировать импульсы. А передатчик, видя что его обламывают, делает паузу.

Как с этим работать
Очевидно, что при работе на шину с монтажным И нельзя в эту шину подавать сильный высокий уровень. Иначе если какой либо из блоков выдаст свой сильный низкий то один из них выгорит в результате КЗ. Соответственно, если говорить про AVR, то ноль задаем сочетанием DDR=1 PORT=0, а единицу (когда линия отпущена) DDR=0 PORT=0. Вот такая вот инверсная логика.

Read More »

Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

BS-115C

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется Ic, в наших Iк. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде :) Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. (далее…)

Read More »

Р.А. Сворень «Электроника шаг за шагом»

Автор:Р.А. Сворень
Название: Электроника шаг за шагом
Издательство: МРБ

Отличная книжка. Пожалуй будет написана даже покруче чем Борисов. И относительно современная — уже вовсью описываются микросхемы и дискретная цифровая техника. Счетчики всякие, дешифраторы и прочая логика. Много про теле и радио вещание, немного про автоматику. Большой упор, все же там идет на транзисторную усилительную звуковую технику и всякие электронные самоделки, вроде мультивибратора, генераторов, пищалок и прочей мелочевки. Очень много картинок и поясняющих диаграмм. Для начинающих — самое то!

Read More »

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор
Тиристор
Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше :)

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

(далее…)

Read More »

Использование осциллографа

RIGOL DS1042CD

Рано или поздно любой начинающий электронщик, если не бросит свои эксперименты, то дорастет до схем, где нужно отслеживать не просто токи и напряжения, а работу схемы в динамике. Особенно это часто нужно в различных генераторах и импульсных устройствах. Вот тут без осциллографа делать нечего!

Страшный прибор, да? Куча ручек, каких то кнопочек, да еще экран и нифига не понятно что тут да зачем. Ничего, сейчас исправим. Сейчас я тебе расскажу как пользоваться осциллографом.
 

На самом деле тут все просто — осциллограф, грубо говоря, это всего лишь… вольтметр! Только хитрый, способный показывать изменение формы замеряемого напряжения.
 
(далее…)

Read More »

Ликбез по пайке

Мой любимый припой.
Мой любимый припой.
Тонкая проволочка для точных паек.
Тонкая проволочка для точных паек.

И вот ты решил окунуться в электронику с головой, затарился паяльником, купил припой и… А что дальше? Если худо бедно, то как надо паять представляют все, а вот тонкости технологии известны далеко не многим и приходят с опытом. Чтож, ускорю этот пагубный процесс и расскажу тебе парочку хитростей.

Итак, про хороший паяльник для мелкого монтажа ты наверное уже читал, вот от него и будем плясать. Кроме паяльника тебе потребуется припой и флюс. О них поподробней.

Припой.
Это специальный сплав, который плавится при температуре порядка 200 градусов. Самый распространенный это 60/40 Alloy, он же ПОС-61. Сплав в котором 60% олова и 40% свинца. Температура плавления у него 183-230 градусов. Обычно продается в виде проволоки, намотанной на катушки.
Для мелкого монтажа лучше брать тот, где диаметр проволочки поменьше — легче дозировать. У меня две катушки, одна с проволокой припоя 0.3 мм, вторая 0.6 мм. Ну еще есть с полутора миллиметровой, но я ей почти не пользуюсь. Только если массово паяю массивные детали, где надо много припоя.
Покупать припой лучше импортный, к сожалению российский продукт сплошь и рядом отстой. Может и есть качественный, но обычно мне попадался низкопробный шлак. Катушка припоя, как на картинке, должна стоить от 150-200 рублей, дороже можно, дешевле не желательно. Лучше один раз потратиться, зато потом иметь красивую и качественную пайку и не париться. А катушки обычно хватает года на полтора-два это минимум.
Ещё полезно купить себе немного сплава Розе. Это тоже вроде припоя, но температура плавления у него совсем смешная — где то в районе 90-100 градусов. Этот сплав иногда полезен при демонтаже, но об этом позже будет отдельная статья.

(далее…)

Read More »

Основы на пальцах. Часть 4

Но диоды, резисторы, транзисторы и конденсаторы это так, лишь обвязка. Особо на них не развернешься (нет, маньяки, конечно могут, но габариты устройств там будут феерические). Самое вкусное нас поджидает в микросхемах :)
Делятся они на цифровые и аналоговые. Для начала кратко пробегусь по цифровым микросхемам.

Миром правит цифра!

Краеугольным камнем цифровой схемотехники служит понятие нуля и единицы, понятие это совершенно условное, т.к. фактически нет никакого нуля и нет никакой единицы, есть лишь уровни напряжения – высокий и низкий, а также некий порог после которого данный уровень напряжения принято считать высоким или низким. Скажем все, что ниже 0.7 вольт считаем за низкий уровень, т.е. 0, все что выше 2.4 вольт высоким, т.е. единица. Между 0.7 и 2.4 вольта, когда не ясно какой уровень, это состояние совершенно неопределенное его нельзя оценивать как входную величину, иначе на выходе системы в таком случае будет непредсказуемый результат.
Сопротивление входов очень высокое, практически можно считать его бесконечным.

Основы цифровой схемотехники
Во избежания путаницы смыслов, в терминологии ключей и транзисторов принято следующее соглашение. Ключ считается открытым или закрытым для протекания тока, как кран на трубе. С точки зрения же механического исполнения он может быть замкнут или разомкнут. Так что открыт = замкнут, закрыт = разомкнут. И не следует путать с англоязычной нотацией, где Open = открыт если речь идет о транзисторе или электронном ключе и Open = разомкнут если речь идет о механическом рубильнике. Там Open-Close следует рассматривать в общем контексте текущего случая. Велик и могуч русский язык! =)

Выход в микросхеме бывает разных типов. Различают push-pull и open drain (в нашей литературе его называют Открытым Коллектором или ОК). Отличие заключается в способе выдачи сигнала на выход. В Push-Pull выходе когда нужен низкий уровень, то выход тупо и беспрекословно замыкается на землю, имеющую нулевой потенциал, а когда высокий, то на напряжение питания.
В открытом коллекторе все несколько иначе. Когда нам надо получить низкий уровень, то мы сажаем ногу на землю, а вот высокий уровень получается подтягивающим резистором (pullup), который, в отсутствии посадки на землю и большого сопротивления висящей на выходе нагрузке, заводит на ногу высокий потенциал. Тут можешь вспомнить закон Ома и посчитать какое будет напряжение выхода на открытом коллекторе если подтягивающий резистор обычно порядка 1КилоОм, а сопротивление входа больше 1МегаОм. Тип выхода определяется из документации на микросхему, некоторые микрухи имеют программируемый выход, например, все контроллеры AVR. Исходя из этого становится понятен смысл регистров Port и DDR в контроллере AVR – они определяют тип выхода Open Drain+PullUp, Push-Pull или просто Open Drain.

(далее…)

Read More »

Основы на пальцах. Часть 3

Диод
Так работает диод
Так работает диод

  Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора (там где был пример с делителем). Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто. У микроконтроллера логические уровни это 0 и 5 вольт, а у СОМ порта единица это минус 12 вольт, а ноль плюс 12 вольт. Вот диод и отрезает этот минус 12, образуя 0 вольт. А поскольку у диода в прямом направлении проводимость не идеальная (она вообще зависит от приложенного прямого напряжения, чем оно больше, тем лучше диод проводит ток), то на его сопротивлении упадет примерно 0.5-0.7 вольта, остаток, будучи поделенным резисторами надвое, окажется примерно 5.5 вольт, что не выходит за пределы нормы контроллера.
Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны катода как бы рисуют букву К вот, смотри —К|—. К= Катод! А на детали катод обозначается полоской или точкой.

  Есть еще один интересный тип диода – стабилитрон. Его я юзал в одной из прошлых статей. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.3 вольта. Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара. Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала. Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. В своих схемах я часто ставлю на питание контроллера стабилитрон на 5.5 вольт, чтобы в случае чего, если напряжение резко скакнет, этот стабилитрон стравил через себя излишки. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный. Используется для защиты по питанию.

(далее…)

Read More »

Основы на пальцах. Часть 2

Резистор

Применение резистора
Применение резистора
  Он же сопротивление, на схеме выглядит белым узким прямоугольником (на буржуйских схемах часто обозначен угловатой пружинкой) – замечательная деталь! Отличается тем, что не делает вообще ничего. Тупо потребляет энергию и греется на этом. Основное предназначение в схеме это либо токоограничение, либо перераспределение напряжения.
  Непонятно? Сейчас поясню. Вот, например, светодиод. Ему для работы нужен мизерный ток, порядка 20 миллиампер, но вот беда – его сопротивление мало, поэтому если его воткнуть напрямую в 5 вольт, то через него ломанется ток в 400 миллиампер. От такой нагрузки бедняжка пожелтеет, позеленеет, а потом и вовсе загнется, источая вонь. Что делать? Правильно – поставить последовательно ему резистор, чтобы он ограничил ток, не пустив излишнюю мощу на хилый диодик. Даже если диод теперь тупо закоротить, то ток в цепи не превысит того, который разрешит резистор, исходя из закона Ома.
   Второе популярное применение это делители напряжения. Цель делителя — разделить входное напряжение пропорционально номиналам резисторов и подать часть этого напряжения в нужную точку схемы. Это часто приходится делать при согласовании между сигналами разных напряжений. Делитель представляет из себя два последовательно соединенных резистора. Один из которых подсоединен к точке нулевого потенциала (корпус), а второй к напряжению которое нужно поделить. Средняя точка между резисторам это выход нашего поделенного напряжения. Ток в последовательной цепи везде одинаков, а вот сопротивление разное, а значит напряжение (по закону Ома) разделится на резисторах пропорционально их сопротивлениям. Одинаковые резисторы – напряжение пополам, а если нет, то уже надо вычислять где как.

(далее…)

Read More »

Основы на пальцах. Часть 1

Довелось мне однажды преподавать электронику в одной шараге. Нетривиально занятие, скажу я вам. :) Дабы облегчить усвоение материала я вводил ряд упрощений. Совершенно бредовых и антинаучных, но более менее наглядно показывающих суть процесса. Методика «канализационной электрики» успешно показала себя в полевых испытаниях, а посему будет использована и тут. Хочу лишь обратить внимание, что это всего лишь наглядное упрощение, справедливое для общего случая и конкретного момента, чтобы понять суть и к реальной физике процесса не имеющая практически никакого отношения. Зачем оно тогда? А чтобы проще запомнить, что к чему и не путать напряжение и ток и понимать как на все это влияет сопротивление, а то я от студентов такого наслушался…

Ток, напряжение, сопротивление.

Канализация как пример цепи
Канализация как пример цепи

Если сравнить электроцепь с канализацией, то источник питания это сливной бачок, текущая вода – ток, давление воды-напряжение, а несущееся по трубам говнище – полезная нагрузка. Чем выше сливной бачок, тем больше потенциальная энергия воды, находящейся в нем, и тем сильней будет напор-ток проходящий по трубам, а значит больше дерьма-нагрузки он сможет смыть.
Кроме текущего дерьма, потоку препятствует трение о стенки труб, образуя потери. Чем толще трубы тем меньше потери (гы гы гы теперь ты помнимаешь почему аудиофилы для своей мощной акустики берут провода потолще ;) ).
Итак, подведем итог. Электроцепь содержит источник, создающий между своими полюсами разность потенциалов – напряжение. Под действием этого напряжения ток устремляется через нагрузку туда, где потенциал ниже. Движению тока препятствует сопротивление, образуемое из полезной нагрузки и потерь. В результате напряжение-давление ослабевает тем сильней, чем больше сопротивление. Ну, а теперь, положим нашу канализацию в математическое русло.

(далее…)

Read More »