Содержание документа
Наиболее часто пользователи спрашивают про даташит: «Что такое и как его читать?» Если первый вопрос был рассмотрен, то второй ещё предстоит изучить.
Инженеры-электронщики обращают внимание на следующие разделы документа. Цоколёвка
Цоколёвка.
Описывает назначение каждого пина микросхемы или транзистора. Проектировщику важны выводы под маркировкой Vcc и GND. Первый из них предназначен для подачи питающего напряжения (чаще всего +5 В), второй – для подключения «земли». Микроконтроллеры могут иметь несколько таких выводов. Их расположение зависит от типа корпуса (PDIP/TQFP/ MLF).
Схема устройства (Block Diagram).
Изображает внутреннее содержание компонента. Например, для микроконтроллера показываются входящие в его состав память, генератор тактовой частоты, порты ввода-вывода.
Схема включения (Circuit Schematic).
Определяет типовое подключение устройства. На практике схемы отличаются от приводимых в документации, поскольку в каждом конкретном случае микросхема или транзистор являются частью сложного электронного устройства, в котором должны учитываться все его составляющие.
Температурные и электрические параметры.
Данные величины приводятся в виде графиков, отражающих зависимость одного параметра от другого.
Словарик
Немного полезных слов и обозначений, помогающих быстрее освоиться с даташитами. То, что вспомнилось в последние пару дней, дополнения и исправления приветствуются.
ЭлектричествоVcc, Vdd – «плюс», питаниеVss, Vee – «минус», земляcurrent – токvoltage – напряжениеto sink current – работать «землей» для внешней нагрузкиto source current – питать внешнюю нагрузкуhigh sink/source pin – пин с повышенной «терпимостью» к нагрузке
IOH, High – на пине VccL, Low – на пине VssHigh Impedance, Hi-Z, floating – на пине ничего нет, «высокое сопротивление», он фактически невидим внешнему миру.weak pull up, weak pull down – встроенный подтягивающий/стягивающий резистор, примерный аналог 50 кОм (см. даташит). Используется, например, чтобы входной пин не болтался в воздухе, вызывая ложные срабатывания. Weak – потому что его легко «перебить».push pull – выходной режим пина, в котором он переключается между High и Low – обычный OUTPUT с Arduino.open drain – обозначение выходного режима, в котором пин может быть либо Low, либо High Impedance / Floating. При этом почти всегда это не «настоящий» открытый сток, есть защитные диоды, резисторы, еще что. Это просто обозначение режима земля/ничего.true open drain – а вот это уже настоящий открытый сток: пин напрямую ведет в землю, если открыт, или пребывает в подвешенном состоянии, если закрыт. Это значит, что через него при необходимости можно пускать напряжение больше Vcc, но максимум все равно оговаривается в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings / Voltage.
Интерфейсыin series – подключенные последовательноto chain – собирать чипы в цепочку последовательным подключением, увеличивая количество выходов.shift – сдвиг, обычно обозначает сдвиг битов. Соответственно, to shift in и to shift out – принимать и передавать данные побитно.latch – задвижка, прикрывающая буфер, пока через него сдвигаются биты. Когда передача закончена, задвижка открывается, биты начинают работать.to clock in – выполнить побитную передачу, сдвинуть все биты на нужные места.double buffer, shadow register, preload register – обозначения истории, когда регистр должен уметь принимать новые данные, но придерживать их до какого-то момента
Например, для корректной работы ШИМ его параметры (скважность, частота) не должны меняться, пока не закончится текущий цикл, но новые параметры уже могут быть переданы. Соответственно, текущие держатся в shadow register, а новые попадают в preload register, будучи записанными в соответствующий регистр чипа
Всякоеprescaler – предделитель частотыto set a bit – установить бит в 1to clear/reset a bit – сбросить бит в 0 (reset – фишка даташитов STM)to toggle a bit – поменять значение бита на противоположное (см. пример в начале статьи)
Что дальше
Вообще тут планировалась практическая часть с демонстрацией трех проектов на STM32 и STM8, выполненных специально для этой статьи при помощи даташитов, с лампочками, SPI, таймерами, ШИМом и прерываниями:
Но текста получается многовато, поэтому проекты отправляются во вторую часть.
Навык чтения даташитов поможет вам с вашим хобби, но едва ли заменит живое общение с коллегами по увлечению на форумах и в чатах. Для него надо все-таки в первую очередь подтягивать английский язык. А потому дочитавшим – специальный приз: два бесплатных урока в Skyeng при первой оплате по коду .
Номиналы радиодеталей
Вообще, в этом плане есть разногласия. Согласно ГОСТУ на текущий момент, номиналы деталей на принципиальных схемах не указывается. Это сделано ради того, чтобы не нагромождать схему информацией.
К принципиальной схеме прилагается список деталей, монтажная и структурные схемы, а также печатная плата.
Есть еще один общепринятый стандарт. На схемах указываются номиналы некоторых деталей и их рабочие напряжения.
Рассмотрим на схеме два конденсатора.
В данном случае C5 это неполярный конденсатор с емкостью 0,01 мкФ. Микрофарады могут обозначаться как мкФ, так и uF. А конденсатор С6 полярный и электролитический. На это указывает знак плюс возле УГО. Емкость С6 равна 470 мкФ. Номинальное рабочее напряжение указывается в вольтах. Здесь для С6 это 16 В.
Если на схеме нет приставки микрофарад (мкФ, uF), или нанофарад (нФ, nF) то емкость этого конденсатора измеряется в пикофарадах (пФ, pF). Такое условие не общепринятое, поэтому тщательно изучите схему, которую вы собираетесь читать или собирать. В фарадах (F) емкостей мало, поэтому используются мкФ, нФ и пФ.
Проверка динистора с помощью осциллографа
Если есть осциллограф, то мы можем собрать на тестируемом динисторе DB3 релаксационный генератор.
В данной схеме конденсатор заряжается через резистор сопротивлением 100k. Когда напряжение заряда достигает напряжения пробоя динистора, конденсатор резко разряжается через него, пока напряжение не уменьшится ниже тока удержания, при котором динистор закрывается. В этот момент (при напряжении около 15 вольт) конденсатор опять начнет заряжаться, и процесс повторится.
Период (частота) с начала заряда конденсатора и до пробоя динистора зависит от емкости самого конденсатора и сопротивления резистора. При постоянном сопротивлении резистора в 100 кОм и напряжении питания 70 вольт емкость будет следующая:
- C = 0,015мкф — 0,275 мс.
- С = 0,1мкф — 3 мс.
- C = 0,22 мкф — 6 мс.
- С = 0,33 мкф — 8,4 мс.
- С = 0,56 мкф — 15 мс.
Скачать datasheet на DB3 (242,6 KiB, скачано: 9 087)
Как проверить динистор DB3
Единственное, что можно определить простым мультиметром – это короткое замыкание в динисторе, в этом случае он будет пропускать ток в обоих направлениях. Подобная проверка динистора схожа с проверкой диода мультиметром.
Для полной же проверки работоспособности динистора DB3 мы должны плавно подать напряжение, а затем посмотреть при каком его значении происходит пробой и появляется проводимость полупроводника.
Источник питания
Первое, что нам понадобится, это регулируемый источник питания постоянного напржения от 0 до 50 вольт. На рисунке выше показана простая схема подобного источника. Регулятор напряжения, обозначенный в схеме — это обычный диммер, используемый для регулировки комнатного освещения. Такой диммер, как правило, для плавного изменения напряжения имеет ручку или ползунок. Сетевой трансформатор 220В/24В. Диоды VD1, VD2 и конденсаторы С1, С2 образуют однополупериодный удвоитель напряжения и фильтр.
Этапы проверки
Шаг 1: Установите нулевое напряжение на выводах Х1 и Х3. Подключите вольтметр постоянного тока к Х2 и Х3. Медленно увеличивайте напряжение. При достижении напряжения на исправном динисторе около 30 (по datasheet от 28В до 36В), на R1 резко поднимется напряжение примерно до 10-15 вольт. Это связано с тем, что динистор проявляет отрицательное сопротивление в момент пробоя.
Шаг 2: Медленно поворачивая ручку диммера в сторону уменьшения напряжения источника питания, и на уровне примерно от 15 до 25 вольт напряжение на резисторе R1 должно резко упасть до нуля.
Шаг 3: Необходимо повторить шаги 1 и 2, но уже подключив динистор на оборот.
Что такое даташит и для чего он нужен
Даташит (Datasheet) — это техническая спецификация, в которой указывается полная информация о радиодетали. Вся техническая информация, основная схема включения, параметры и типы корпусов указываются именно в этом документе.
Даташиты бывают на разных языках, в основном на английском. Есть и переведенные варианты.
Документация на микросхему NE555. Нарисован корпус и внешний вид детали.
Здесь подробно описывается микросхема, ее параметры и условия работы.
Такая документация есть на любую деталь. Это очень удобно и информативно, особенно при поиске аналогов. А помощью интернета поиск аналога деталей или схемы стал еще проще.
Еще даташит позволяет опознать неизвестную деталь или микросхему. Достаточно написать ее название в поисковике, добавить слово даташит, и в результатах поиска будет вся документация.
Особенности чтения схем
В принципиальных схемах проводники (или дорожки) обозначаются линиями.
Так обозначаются проводники, которые пересекаются, но они не имеют общего соединения и электрически друг с другом не связаны.
Общая точка
Часто у начинающих радиолюбителей возникает вопрос — что это за символ на схеме?
Это общая точка (GND, земля). Раньше ее называли общим проводом. Так обозначается единый провод питания. Обычно это минус питания. Раньше на схемах могли сделать общим проводом и плюс питания. В данном случае схема без общей точки выглядела бы вот так:
Общая точка с однополярным питанием визуально лучше и компактнее выглядит, чем если просто сделать единую линию между ними.
Почему она может называться землей (GND)? Раньше в качестве общего провода могло использоваться шасси корпуса прибора. Из-за этого возникла путаница между заземлением и землей. Оно интерпретируется в контексте схемы. Та схема, что была разобрана выше — общая точка (земля) это просто минус питания. Другое дело это двуполярные источники тока и заземление.
Заземление
Примером заземления может послужить фильтр в компьютерных блоках питания.
С конденсаторного фильтра помехи идут на корпус блока питания. Это и есть заземление. А с блока питания они должны уходить в розетку, если у вас есть заземление, иначе сам корпус блока питания может быть под напряжением. Токи там не большие, они не опасны для жизни. Это делается с целью уменьшения импульсных помех в блоке питания и безопасности.
Иногда в блоках питания вместо корпуса помехи с конденсатора идут на общую точку. Это все зависит от конструкции и схемотехники. В этом случае помех будет больше, чем с заземлением.
Диод в цепи переменного тока
Кто забыл, что такое переменный ток, читаем . Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.
Мой генератор частоты выглядит вот так.
генератор частот
Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа
Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.
синусоидальный сигнал
Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.
переменное напряжение после диода
Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.
А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.
переменый ток после диода
Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.
переменный ток после диода
Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!
Как научиться читать принципиальные схемы
На самом деле есть только несколько способов. Это теория и практика. Если вы выучите обозначение радиодеталей, это еще не значит, что вы выучили схемотехнику. Это все равно, что выучить азбуку, но без грамматики и практики вы не выучите язык.
Например простая схема усилителя на одном транзисторе.
Вход X1 плюс (левый или правый канал), X2 минус. Звуковой сигнал поступает на электролитический конденсатор C1. Он защищает транзистор VT1 от замыкания, поскольку транзистор VT1 постоянно открыт при помощи делителя напряжения на R1 и R2. Делитель напряжения устанавливает рабочую точку на базе транзистора VT1, и транзистор не искажает входной сигнал. Резистор R3 и конденсатор C2, которые подключены к эмиттеру транзистора VT1, выполняют функцию термостабилизации рабочей точки при повышении температуры транзистора. Электролитический конденсатор C3 накапливает и фильтрует питающее напряжение. Динамическая головка BF1 служит выходом звукового сигнала.
Можно ли это понять, только выучив обозначения радиодеталей без схемотехники и теории? Навряд-ли.
Еще сложнее дело обстоит с цифровой техникой.
Что это за микроконтроллер, какие он функции выполняет, какая прошивка и какие фьюзы в нем установлены? А вторая микросхема, какой это усилитель? Без даташитов и описания к схеме не получится понять ее работу.Изучайте схемотехнику, теорию и практику. Просто выучив название деталей не получится разобраться в схемотехнике. Обозначение радиодеталей выучиться само по себе по мере практики и накопления знаний. Еще все зависит от выбранной отрасли. У связистов одна схемотехника, у ремонтников мобильной техники другая. А те, кто занимается звуком, не очень поймут электриков. Как и наоборот. Чтобы понять другую отрасль, ее схемотехнику и принципы работы нужно в нее погрузиться.
Поэтому, не следует строить иллюзии. Изучайте схемотехнику и собирайте схемы.
Принципиальные схемы помогают собирать устройства, и при изучении теории, понимать работу устройства. Без знаний и опыта, схема это просто схема.
Что можно найти на первой странице даташита?
Сразу отметим, что первую страницу даташита формируют не только технари-инженеры, но и специалисты маркетингу и рекламе. Электронные компоненты производят для того, чтобы их покупали, поэтому надо показать товар лицом.
- свойства компонента (features),
- его основные параметры (quick reference data),
- обозначение на принципиальных схемах (symbol),
- краткое описание (general description).
Могут описываться предельные режимы эксплуатации (limiting values, absolute maximum rating) или что-то в этом роде. Часто приводят изображения корпуса компонента и назначение выводов (pinning information, pin description).
С первого листа должно быть понятно, что за штуковина перед нами.
Вот как выглядит, например, первый лист даташита на MOSFET (полевой транзистор) 55N03T. Мы сразу видим, что это транзистор very low on-state resistance (имеет низкое сопротивление открытого канала сток-исток Rds), 18 мОм при напряжении затвор-исток Vgs 10 В.
Такое сопротивление получено с помощью trench-технологии. Область применения (applications) — сильноточные ключи (high current switching), высокочастотные (high-frequency) dc-dc конверторы для компьютерных материнских плат (computer motherboard).
Ниже расположена цоколевка (pinning) транзистора, разновидности корпусного исполнения. В конце первого листа приведена таблица предельных режимов, из которых видно, что максимально мощность, рассеиваемая транзистором (total power dissipation), не должна превышать 103 Вт. Естественно, с наличием радиатора.
Температура (рабочая и хранения) транзистора должна лежать в пределах от минус 55 до плюс 175.
Падение напряжения на диоде Шоттки
Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.
прямое падение напряжения на диоде
Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:
где
P – мощность, Вт
Vf – прямое падение напряжение на диоде, В
I – сила тока через диод, А
Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.
Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.
падение напряжение на диоде в прямом включении
В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.
Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.
Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.
падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении
При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.
Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.
Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки
график зависимости прямого тока от напряжения
В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В
Как проверить полевой транзистор?
В норме сопротивление между любыми выводами ПТ бесконечно велико.
И, если тестер показывает какое-то небольшое сопротивление, то ПТ, скорее всего, пробит и подлежит замене.
Во многих ПТ имеется встроенный диод между стоком и истоком для защиты канала от обратного напряжения (напряжения обратной полярности).
Таким образом, если поставить «+» тестера (красный щуп, соединенный с «красным» входом тестера) на исток, а «-» (черный щуп, соединенный с черным входом тестера) на сток, то канал будет «звониться», как обычный диод в прямом направлении.
Это справедливо для ПТ с n-каналом. Для ПТ с p-каналом полярность щупов будет обратной.
Как проверить диод с помощью цифрового тестера, описано в соответствующей статье. Т.е. на участке «сток — исток» будет падать напряжение 500-600 мВ.
Если поменять полярность щупов, к диоду будет приложено обратное напряжение, он будет закрыт и тестер это зафиксирует.
Однако исправность защитного диода еще не говорит об исправности транзистора в целом. Более того, если «прозванивать» ПТ, не выпаивая из схемы, то из-за параллельно подключенных цепей не всегда можно сделать однозначный вывод даже об исправности защитного диода.
В таких случаях можно выпаять транзистор, и, используя небольшую схему для тестирования, однозначно ответить на вопрос – исправен ли ПТ или нет.
В исходном состоянии кнопка S1 разомкнута, напряжение на затворе относительно стока равно нулю. ПТ закрыт, и светодиод HL1 не светится.
При замыкании кнопки на резисторе R3 появляется падение напряжения (около 4 В), приложенное между истоком и затвором. ПТ открывается, и светодиод HL1 светится.
Эту схему можно собрать в виде модуля с разъемом для ПТ. Транзисторы в корпусе D2 pack (который предназначен для монтажа на печатную плату) в разъем не вставишь, но можно припаять к его электродам проводники, и уже их вставить в разъем. Для проверки ПТ с p-каналом полярность питания и светодиода нужно изменить на обратную.
Иногда полупроводниковые приборы выходят из строя бурно, с пиротехническими, дымовыми и световыми эффектами.
В этом случае на корпусе образуются дыры, он трескается или разлетается на куски. И можно сделать однозначный вывод об их неисправности, не прибегая к приборам.
В заключение скажем, что буквы MOS в аббревиатуре MOSFET расшифровываются как Metal — Oxide — Semiconductor (металл – оксид – полупроводник). Такова структура ПТ – металлический затвор («кран») отделен от канала из полупроводника слоем диэлектрика (оксида кремния).
Надеюсь, с «трубами», «кранами» и прочей «сантехникой» вы сегодня разобрались.
Однако, теория, как известно, без практики мертва! Надо обязательно поэкспериментировать с полевиками, поковыряться, повозиться с их проверкой, пощупать, так сказать.
Кстати, купить полевые транзисторы можно .
