Подборка Уголок радиоконструктора

Изоляция и защита шин интерфейсов CAN

Изоляция и защита шин интерфейсов CAN и CAN-FD

Используемые во многих системах для коммуникационных целей интерфейсы CAN уязвимы для высоковольтных бросков напряжения. Однако некоторые устройства могут помочь защититься от этих проблем.

CAN (Controller Area Network – сеть контроллеров) – это очень популярная последовательная шина, широко используемая в автомобилях, средствах промышленной автоматизации и других промышленных приложениях. Более новая усовершенствованная версия, названная CAN-FD (гибкая скорость передачи данных), обеспечивает более высокие скорости и другие улучшения.

Как обнаружили многие разработчики, CAN часто требует электрической изоляции между узлами и защиты от высоковольтных выбросов, которые регулярно происходят в автомобильном и промышленном оборудовании. Некоторые из недавно анонсированных приемопередатчиков CAN теперь поддерживают последнюю спецификацию CAN-FD, и, кроме того, имеют необходимую изоляцию. Решения для защиты могут также быть основаны на внешних дискретных компонентах, подключаемых к шине.

Знакомство с CAN

CAN – это стандарт последовательного интерфейса, разработанный компанией Robert Bosch и одобренный Собществом автомобильных инженеров (SAE) еще в 1980-х годах. С тех пор, благодаря своей гибкости и надежности, он стал широко использоваться в транспортных средствах и многих промышленных приложениях. Топология интерфейса представляет собой дифференциальную шину с экранированной или неэкранированной витой парой, к которой может быть подключено до 127 узлов. Все узлы являются приемопередатчиками, способными посылать и получать данные. Выпускаются стандартные микросхемы приемопередатчиков, но многие микроконтроллеры имеют интегрированный интерфейс CAN (Рисунок 1).

Топология шины CAN, к которой подключены микроконтроллер с интерфейсом CAN и другие приемопередающие узлы.
Рисунок 1. Топология шины CAN, к которой подключены микроконтроллер с интерфейсом
CAN и другие приемопередающие узлы.

Данные передаются кадрами, состоящими из 8 байт данных, адресного поля, поля контрольной суммы CRC и других служебных полей. Скорость передачи данных не фиксирована и, начинаясь с 5 кбит/с, может достигать 1 Мбит/с. Максимальная длина шины при скорости 1 Мбит/с равна 40 м. Используется множественный доступ к шине с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). CAN имеет ряд разновидностей, таких как CAN-FD, CANopen и SAE J1939. Используются также обозначения ISO-11898 и ISO-11519, присвоенные Международной организацией по стандартизации (ISO).

CAN-FD (ISO-11898-1) – это новейшая версия, которая увеличивает скорость передачи данных до 5 Мбит/с и выше, что делает систему более адаптированной к приложениям реального времени, требующим более низкой задержки и большего детерминизма. Кадр большего размера теперь вмещает 64 байта данных.

Необходимость изоляции

Помимо широкого распространения в автомобильных приложениях, интерфейс CAN используется в системах промышленной автоматизации, драйверах двигателей переменного и постоянного тока, каналах обмена ПЛК, источниках питания телекоммуникационного оборудования, системах отопления и кондиционирования, лифтах, солнечных инверторах и зарядных станциях электрических автомобилей. В некоторых случаях в оборудовании имеются низко- и высоковольтные сегменты, которые должны быть изолированы друг от друга, чтобы защитить низковольтные компоненты от повреждения.

Высоковольтные двигатели, коммутаторы, источники питания и другое оборудование могут генерировать помехи амплитудой в сотни и тысячи вольт. Высоковольтный сигнал, попадающий в низковольтную подсистему, потенциально может уничтожить микроконтроллер. Способом решения этой проблемы является использование изолированных приемопередатчиков и отдельных источников питания с их собственными возвратными землями.

Изоляция

В современных системах CAN необходимо изолировать как сигналы, так и питание. Изоляция реализуется в приемопередатчике, но ее эффект пропадет, если блоки питания по разные стороны изолирующего барьера будут просто соединены друг с другом.

Во многих новых приемопередатчиках CAN используется емкостная изоляция между входами и выходами данных и цепями подключения шины. Два слоя двуокиси кремния образуют два последовательно соединенных конденсатора, через которые передаются данные между схемами, расположенными на двух разных кристаллах, соединенных внутри корпуса.

Примером может служить ISO1042 – выпущенный компанией Texas Instruments новый изолированный приемопередатчик CAN, обеспечивающий емкостную изоляцию и защиту практически любых промышленных и автомобильных конструкций. Устройство, отвечающее требованиям стандартов физического уровня ISO 11898-2 и ISO 11898-5, поддерживает стандарты CAN до 1 Мбит/с и CAN-FD до 5 Мбит/с. Защита шины выдерживает напряжения ±70 В и синфазные напряжения ±30 В. Диапазон напряжений питания составляет от 1.7 В до 5.5 В. Поддерживаются логические уровни 1.8, 2.5, 3.3 и 5.0 В. Микросхема ISO1042 выпускается в корпусах SOIC-8 или SOIC-16.

Реализация разделенного источника обеспечивает дополнительный уровень изоляции. Один из подходов с использованием устройства Texas Instruments показан на Рисунке 2. Микросхема генератора/драйвера SN6505 формирует 100-килогерцовый сигнал для трансформатора, выходное напряжение которого, преобразованное до требуемого уровня, затем выпрямляется и фильтруется. Трансформатор обеспечивает необходимую изоляцию питания. Отфильтрованное напряжение стабилизируется LDO регулятором (таким, скажем, как TPS76350) и питает приемопередатчик CAN. Узловые приемопередатчики и выводы интерфейса CAN микроконтроллера подключаются к шине через дифференциальные линии CANL и CANH.

Так выглядит изолированный узел CAN с изолированным источником питания и изолированным приемопередатчиком.
Рисунок 2. Так выглядит изолированный узел CAN с изолированным источником питания
и изолированным приемопередатчиком.

Для упрощения процесса проектирования изолированных подсистем CAN и изоляции сигналов и питания CAN выпускаются различные устройства, как дискретные, так и интегральные.

Защита шины CAN

Изолированные системы обеспечивают нормальную защиту микросхем. Однако в некоторых условиях могут возникать проблемы электростатических разрядов (ESD), высокий уровень которых способен повредить приемопередатчик. По этой причине шина должна быть каким-то образом защищена. При этом крайне важно, чтобы выбранное устройство защиты интерфейса было совместимо с приемопередатчиком.

Наилучшим решением для защиты является использование супрессоров (TVS-диодов), подключенных между каждой линией шины и землей (Рисунок 2). Эти диоды фактически представляют собой два встречно включенных стабилитрона с высоким пробивным напряжением. Максимально допустимое напряжение на выводах приемопередатчиков зависит от типа микросхемы.

Приемопередатчик ISO1050 компании TI выдерживает напряжения в диапазоне от −27 В до +40 В. ISO1042 рассчитан на броски напряжения до ±70 В. Максимальное пробивное напряжение супрессоров должно быть меньше этих значений, но больше рабочего напряжения сигналов на шине. Обычно два логических уровня шины составляют менее половины напряжения питания «0» и напряжения питания «1».

Не забывайте, что добавление TVS-диодов обеспечивает защиту от ESD, но одновременно добавляет к шине емкость, ограничивающую верхние скорости передачи данных. Необходимо, чтобы дополнительная емкость была меньше 50 пФ.

Материалы по теме

ARDUINO для любознательных

ARDUINO для любознательных или паровозик из Ромашково + виртуальный диск

Автор: Гололобов В. Н.
Год: 2018
Издательство: Наука и Техника

     Эта книга написана для тех, кто хотел бы начать работать с микроконтроллерами. Оптимальным для этого оказывается модуль Arduino. Он не требует программатора, и проект Arduino предлагает удобную среду разработки программ для модуля Arduino.

     Эта книга написана для тех, кто хотел бы начать работать с микроконтроллерами. Оптимальным для этого оказывается модуль Arduino. Он не требует программатора, и проект Arduino предлагает удобную среду разработки программ для модуля Arduino. Появление проекта Arduino привлекло к нему столь пристальное внимание, что было создано много разновидностей модуля, различающихся и ценой, и возможностями. Разработано много дополнительных модулей (шилдов), позволяющих превратить, например, модуль Arduino Uno в web-сервер. Написан ряд полезных программ для модуля Arduino. С модулем Arduino можно успешно работать и в Windows, и в Linux, чему производители сегодня уделяют большое внимание. Но успех приходит только с опытом. А опыт начинается с первого шага, который вам предлагается сделать. В ходе беседы автора книги и любознательного новичка все сложности изучения микроконтроллеров вообще и проекта Arduino, в частности, остаются позади. Книга сопровождается ВИРТУАЛЬНЫМ ДИСКОМ, который содержит проекты, о которых рассказывается в книге, сведения о среде разработки, программы для модуля Arduino, datasheets к микроконтроллерам Arduino Nano, Arduino Uno и многое другое. Обновляемый виртуальный диск размещен на странице этой книги на сайте издательства. Книга предназначена для широкого круга любознательных читателей, увлеченных микроконтроллерами, техническим творчеством, электронными самоделками.

Гололобов В. Н. - ARDUINO для любознательных или паровозик из Ромашково

Расширение диапазона входных напряжений LDO регулятора

Расширение диапазона входных напряжений LDO регулятора

      Диапазон входных напряжений любой микросхемы ограничен тем или иным значением, зависящим от технологического процесса, использованного при ее изготовлении. Это ограничение может доставлять неудобство в том случае, когда высокое напряжение питания нужно понизить с помощью линейного стабилизатора. Добавление МОП-транзистора на вход линейного регулятора позволяет создать схему с более широким диапазоном входных напряжений, чем у одного регулятора. Избыточное напряжение и, соответственно, мощность, выделяются на МОП-транзисторе. На Рисунке 1 показан n-канальный MOSFET IRF7601 на входе малошумящего 100-миллиамперного LDO регулятора TPS79228 с выходным напряжением 2.8 В, отличающегося высоким коэффициентом подавления пульсаций питания. Резисторы R1 и R2 обеспечивает напряжение смещения на затворе MOSFET, а ток нагрузки определяет напряжение на истоке MOSFET. (Другими словами, сопротивление открытого МОП-транзистора подстраивается под ток нагрузки). В этом примере максимальное напряжение источника питания равно 15 В, но максимальное рекомендуемое рабочее входное напряжение TPS79228 составляет 5.5 В, поэтому в схеме используется MOSFET с пробивным напряжением 20 В.

Расширение диапазона входных напряжений LDO регулятора
Рисунок 1. Для расширения диапазона входных напряжения LDO
регулятора можно использовать ключ на MOSFET.

       Для того чтобы определить минимальное напряжение смещения затвора MOSFET, необходимо в технической документации посмотреть на зависимость тока стока ID от напряжения затвор-исток VG. Из графика зависимости для IRF7601 видно, что при выходном токе 100 мА напряжение затвор-исток должно быть чуть ниже 1.5 В. Поскольку максимальное напряжение, падающее на регуляторе при токе 100 мА, равно 100 мВ, его входное напряжение должно оставаться на уровне, превышающем 2.9 В. Поэтому напряжение смещения на затворе MOSFET должно быть не меньше 1.5 В + 2.9 В = 4.4 В. Таким образом, если MOSFET отдает в нагрузку 100 мА, напряжение на его стоке не должно опускаться ниже 2.9 В. Что касается максимального напряжения смещения затвора, то оно просто должно быть равно максимальному рекомендованному рабочему напряжению регулятора, или 5.5 В. Этого напряжения более чем достаточно для эффективного управления затвором, обеспечивающего в режиме отключения ток регулятора порядка 1 мкА. Хотя напряжение смещения затвора может быть любым в диапазоне от 4.4 В до 5.5 В, для компенсации технологического разброса пороговых напряжений оно выбрано  равным 5 В. Максимальная мощность, рассеиваемая МОП-транзистором, равна

100 мА × (15 В – 2.9 В) = 1.21 Вт.

Такую мощность транзистор IRF7601 в корпусе Micro 8 может рассеивать при температуре окружающей среды до 55 °C.

В тех случаях, когда входное напряжение может значительно меняться, фиксированное напряжение на затворе MOSFET поддерживается стабилитроном.
Рисунок 2. В тех случаях, когда входное напряжение может значительноменяться, фиксированное напряжение на затворе MOSFET поддерживается стабилитроном.

     Схема на Рисунке 2 немного сложнее, но будет полезна в тех случаях, когда входное напряжение может значительно меняться. Фиксированное напряжение затвора MOSFET здесь обеспечивается стабилитроном, заменившим резистор R2 на Рисунке 1. Напряжение стабилитрона выбирается так же, как объяснялось выше. Для создания стабилизатора с более широким диапазоном входных напряжений, чем позволяет микросхема, подходит любая из двух схем. Решение с одним MOSFET является простейшим и самым дешевым. В том случае, когда схема питается от нестабилизированного источника, лучше выбрать вариант со стабилитроном в цепи смещения затвора MOSFET.

Материалы по теме

Преобразователи AC-DC из каталога Мастер Кит

Каждой электронной системе или прибору требуется электропитание. И в подавляющем большинстве случаев это напряжение постоянного тока. Постоянный ток раньше называли гальваническим из-за того, что его открыли в результате гальванической реакции. Томас Эдисон пробовал передавать его по линиям электрических передач в виде проводов. В то время велись нешуточные споры между учеными по этому вопросу. Они даже получили название «войны токов». Решался вопрос о выборе в качестве основного, переменного или постоянного. В конце 19 века всемирная электрификация вполне могла бы пойти по пути использования постоянного тока. Эдисон (считается, что именно он изобрел одну из первых коммерчески успешных ламп накаливания) активно продвигал свою идею постоянного тока. И если бы не исследования другого выдающегося человека, доказавшего эффективность тока переменного, то сегодня все могло бы быть по-другому. «Борьба» была выиграна переменным током, и в этом немалая заслуга Николы Теслы, который некоторое время работал у Эдисона. Тесла впервые спроектировал и построил генератор многофазного переменного тока, доказав его эффективность и преимущество по сравнению с аналогичными приборами, работавшими с постоянным источником энергии.

Было доказано, что постоянный ток при передаче на расстоянии несет существенные потери. Переменный же ток высокого напряжения легко передавать даже на огромные расстояния. Генераторы для получения переменного тока имеют более простую конструкцию, чем аналогичные устройства для получения постоянного тока. К тому же преобразовывать переменный ток, увеличивая или уменьшая его напряжение, не составляет особого труда, применяя различного вида трансформаторы. Постоянный ток преобразовывать значительно сложнее.

Таким образом, в настоящее время для распространения электропитания используется в основном переменный ток. Электрическая розетка в вашем доме снабжает вас именно переменным током с напряжением 220 вольт. А вот электронные приборы в основной своей массе требуют для питания постоянный ток. Именно для этого служат преобразователи переменного тока (напряжения) в постоянный. В нашем быту такие преобразователи называются блоками питания, за рубежом широко используется название AC/DC (или AC-DC) конвертор. В любом электронном приборе, который подключается к сети переменного тока через розетку, есть встроенный или наружный блок питания, выдающий необходимые для работы электронных схем напряжения постоянного тока нужной мощности.

При создании собственной электронной системы или прибора вам обязательно понадобится AC-DC конвертор (блок питания).

Компания Мастер Кит предлагает широкий ассортимент таких преобразователей, рассчитанных на разные способы применения. В этом материале мы рассмотрим конверторы, применяемые при разработке DIY-приборов собственными руками. Рассматриваемые преобразователи, как правило, не имеют корпуса (или корпус выполняет исключительно защитную функцию) и предназначены для встраивания в разрабатываемую аппаратуру.

Также Мастер Кит предлагает корпусные (лабораторные) блоки питания, блоки питания на DIN-рейку и т.п., которые не входят в тематику этого материала.

  1. PW1245 – AC/DC Импульсный источник питания 12 В/0.5 А
Преобразуем переменчивость в постоянство

Надежный импульсный источник питания, обладающий малыми габаритами, оптимальным числом внешних пассивных элементов обвязки, широким диапазоном входного переменного или постоянного напряжения, от 90 В до 260 В. Рекомендуется к использованию совместно с модулями из каталога Мастер Кит – MP325M, MP326M, BM8036, BM8037, MP8037R, MP8037ADC, BM4022 и другими с напряжением питания 12 В.

Технические характеристики:

Диапазон напряжений питания (B) 90 … 260
Выходное напряжение (В) 12
КПД, не менее (%) 75
Тип питания Переменный
или постоянный
Номинальная выходная мощность (Вт) 5
Количество входов (шт.) 1
Количество выходов (шт.) 1
Рекомендованная температура эксплуатации (°С) –25 … +60
Длина (мм) 75
Ширина (мм) 40
Высота (мм) 20
Вес, не более (г) 50
Выходной ток максимальный (А) 0.5
Частота ШИМ/PWM (кГц) 67
Вес 68
  1. PW1221B – Источник питания импульсный RS-25-12, 12 В/2.1 А в корпусе
Преобразуем переменчивость в постоянство

Надежный импульсный источник питания, обладающий малыми габаритами, широким диапазоном входного напряжения 100-240 В, защитой от перегрузки. Допускается регулировка выходного напряжения в диапазоне ±1 В.

Технические характеристики:

Входное напряжение, В 88 … 264 (50-60 Гц)
Максимальный бросок
пускового тока цепи 230 В, А
До 4 А при «холодном» пуске
Защита от входного
перенапряжения
До 300 В продолжительностью не более
5 секунд с последующим автоматическим
восстановлением
Выходное напряжение, В 12 (постоянное)
Нестабильность выходного
напряжения (допуск)
До ±1%
Выходной ток, А 2.1
КПД, % 79
Температура эксплуатации, °С –20 … +70
Допустимые перегрузки Вибрации частотой 10-500 Гц до 5G по
любой из осей в течение 10 минут,
не чаще одного раза в час
Габариты блока питания, мм 79 × 51 × 28 (Д × Ш × В)
  1. LRS-200-24 – Источник питания 24 В/200 Вт/8.8 A
Преобразуем переменчивость в постоянство

Источник питания хорошо сочетает в себе высокие электрические параметры при небольших размерах. Источник работает в широком диапазоне температур от –25 °C до +70 °C при влажности до 90% без образования конденсата. Обладает высоким КПД до 9.5 % и малой мощностью потребления без нагрузки менее 0.75 Вт.

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряжение, В 21.6 … 28.8
Максимальный ток, А 8.8
Ток заряда, мА 230
Напряжение пульсации не более, мВ 150
Мощность, Вт 200
Рабочая температура, °С –10 … +70
Габариты, мм 215 × 115 × 30
  1. NM0605 – Набор для сборки автомобильного преобразователя 12 В/±35 В/3 А
Преобразуем переменчивость в постоянство

Данный набор позволит вам собрать импульсный преобразователь 12 В/±35 В для питания усилителя или усилителей в автомобиле общей мощностью около 200 Вт. В комплект набора входит готовый импульсный трансформатор. Вам не придется самостоятельно изготавливать это сложное изделие.

Технические характеристики:

Номинальное выходное напряжение, В ±35
Максимальный ток нагрузки, А 3
Входное напряжение, В 12 … 14
Максимальный потребляемый ток, А 27
Габаритные размеры, мм 172 × 61 × 43
  1. AD-55A – Источник питания с возможностью подключения АКБ (UPS)

Источник питания имеет встроенный контур заряда внешней аккумуляторной батареи, что позволяет собрать на его основе источник бесперебойного питания постоянного тока.

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 88 … 264
Выходное напряжение, В 12 … 14.5
Максимальный ток, А 4
Ток заряда, мА 230
Напряжение пульсации не более, мВ 100
Мощность, Вт 50
Рабочая температура, °С –10 … +60
Габариты, мм 159 × 97 × 38
  1. LRS-100-24 – Источник питания 24 В/100 Вт/4.5 A
Преобразуем переменчивость в постоянство

Источник питания хорошо сочетает в себе высокие электрические параметры при небольших размерах. Он работает в широком диапазоне температур от –25 °C до +70 °C. Обладает высоким КПД до 91.5 % и малой мощностью потребления без нагрузки менее 0.75 Вт.

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряженнее, В 21.6 … 28.8
Максимальный ток, А 4.5
Ток заряда, мА 230
Напряжение пульсации не более, мВ 150
Мощность, Вт 100
Рабочая температура, °С –10 … +70
Габариты, мм 129 × 97 × 30
  1. NM0601 – Набор для сборки блока питания для УНЧ 25…35 В
Преобразуем переменчивость в постоянство

Простой, но, в то же время, надежный и обладающий отличными параметрами блок питания для оконечных усилителей мощности. Широкий диапазон напряжений и максимальный ток в 5 А позволят вам использовать собранное устройство для питания ваших самых смелых усилительных проектов. Радиоконструктор предназначен для детей старшего школьного возраста, а так же радиолюбителей любой квалификации.

Технические характеристики:

Входное напряжение, В ~20 … 27
Выходное напряжение, В ±25 … 35
Максимальный ток нагрузки, А 4
Габаритные размеры, Д × Ш × В, мм 102 × 64 × 36
  1. LRS-350-12 29А – Источник питания 12 В/350 Вт/29 A
Преобразуем переменчивость в постоянство

Прибор имеет широкий диапазон входного напряжения, регулировку выходного напряжения, высокий КПД, автоматическое управление вентилятором охлаждения, индикацию включения, защиту от превышения выходного напряжения, короткого замыкания и перегрузки на выходе (ограничение выходного тока), перегрева.

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряжение, В 10.2 … 13.8
Максимальный ток, А 29
Напряжение пульсации не более, мВ 150
Мощность, Вт 350
Рабочая температура, °С –10 … +70
Габариты, мм 129 × 97 × 30
  1. RS-15-5 – Источник питания 5 В/15 Вт/3 A,
    RS-15-12 – Источник питания 12 В/15 Вт/1.3 А
Преобразуем переменчивость в постоянство

Источники питания хорошо сочетают в себе высокие электрические параметры при небольших размерах. Источники работает в широком диапазоне температур от –25 °C до +70 °C при влажности до 90% без образования конденсата. Обладают высоким КПД до 91.5% и малой мощностью потребления без нагрузки менее 0.5 Вт.

Технические характеристики RS-15-5:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряжение, В 4.75 … 5.5
Максимальный ток, А 3
Ток заряда, мА 230
Напряжение пульсации не более, мВ 80
Мощность, Вт 15
Рабочая температура, °С –10 … +70
Габариты, мм

Технические характеристики RS-15-12:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряжение, В 10.8 … 13.2
Максимальный ток, А 1.3
Ток заряда, мА 230
Напряжение пульсации не более, мВ 120
Мощность, Вт 15
Рабочая температура, °С –10 … +70
Габариты, мм 62.5 × 51 × 28
  1. NES-100-48 – Источник питания 48 В/100 Вт/2.3 A
Преобразуем переменчивость в постоянство

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряжение, В 45.6 … 52.8
Максимальный ток, А 2.3
Ток заряда, мА 230
Напряжение пульсации не более, мВ 150
Мощность, Вт 100
Рабочая температура, °С –10 … +70
Габариты, мм 129 × 97 × 30
  1. EPP-400-24 – Источник питания 24 В/400 Вт/16.7 A
Преобразуем переменчивость в постоянство

Компактный прибор для встраивания в аппаратуру.

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Исполнение без корпуса
Входное напряжение (AC), В 90 … 264
Выходное напряжение, В 21.6 … 28.8
Максимальный ток, А 16.7
Напряжение пульсации не более, мВ 200
Мощность, Вт 400
Рабочая температура, °С –30 … +70
Габариты, мм 127 × 76 × 35
  1. NFM-15-5 – AC/DC Импульсный источник питания 5 В/3 А
Преобразуем переменчивость в постоянство

Компактный модуль с защитой от короткого замыкания, перегрузки, перегрева, перенапряжения.

Технические характеристики:

Производитель Mean Well
Входное напряжение, В 85 … 264
Выходное напряжение, В 4.5 … 5.5
Выходной ток, А 3
Напряжение пульсации не более, мВ 80
Выходная мощность, Вт 15
Ширина, мм 70
Глубина, мм 48
Высота, мм 22

Правильный выбор преобразователя AC-DC обеспечит надежное питание вашего электронного устройства и его долгую и бесперебойную работу.

Паразитные диоды упрощают ИБП

Паразитные диоды упрощают ИБП и системы рекуперации энергии

В этой статье показан способ использования паразитных (блокировочных) диодов MOSFET в силовых схемах. Решение может найти применение в источниках бесперебойного питания (ИБП) и системах рекуперации энергии (Рисунок 1).

Схема может работать в двух режимах: как мостовой выпрямитель или как DC/AC ШИМ инвертор.
Рисунок 1. Схема может работать в двух режимах: как мостовой выпрямитель или как DC/AC ШИМ инвертор.

При высоком уровне сигнала на входе Режим схема работает как мостовой выпрямитель. Мост состоит из диодов D1, D2 и паразитных диодов MOSFET Q1 и Q2. В этом режиме транзисторы Q1 и Q2 выключены, а Q3 включен и пропускает постоянный ток на выход U1. При низком уровне на входе Режим схема работает как DC/AC ШИМ инвертор. Сигналы ШИМ приходят на транзисторы Q1 и Q2 от блока управления, а диоды D1 и D2 совместно со стабилитроном D3 ограничивают броски напряжения на MOSFET. Поэтому диоды D1 и D2 должны быть быстрыми, с низкой емкостью. Кроме того, Q3 закрыт, и, следовательно, выход постоянного тока отключен. Конденсатор C1 совместно с индуктивностью первичной обмотки трансформатора образуют высокочастотный фильтр сигнала ШИМ. Цепь +Бат. подключается к схеме батарейного питания, в которую может входить контроллер зарядки.

Материалы по теме

Универсальный встраиваемый Bluetooth модуль MP3862BT

Универсальный встраиваемый Bluetooth модуль MP3862BT

Технология Bluetooth прочно вошла в нашу жизнь. Мы пользуемся ей для передачи файлов между смартфонами, для подключения беспроводных наушников и гарнитур, компьютерных мышей и клавиатур, других устройств, для взаимодействия с которыми не требуется большое расстояние – ведь дистанция стандартного Bluetooth-соединения не превышает 10 м. Эта технология родилась в 1994 году, начавшись с разработок компании Ericsson по замене до сих пор используемого интерфейса RS-232 на его беспроводной аналог. Обмен данными между не слишком удаленным устройством и компьютером был повсеместно востребован, в том числе в медицине для слежения за процессами, происходящими внутри человеческого организма. Удаленное устройство должно было быть миниатюрным и потреблять минимум энергии при сохранении устойчивой и безошибочной связи.

Результатом этой работы явилось объединение в 1998 года пяти крупных компаний: Ericsson, Nokia, IBM, Intel и Toshiba, которые включились в совместный проект по созданию новой технологии беспроводной связи Bluetooth. 20 мая этого же года для дальнейшего продвижения новой технологии на телекоммуникационном рынке была сформирована специальная рабочая группа (Special Interest Group – SIG). Любая компания, которая планирует разрабатывать устройства Bluetooth, может войти в эту группу. В настоящее время в SIG входит более трех тысяч компаний, среди которых есть и старые представители, давшие начало развитию данного стандарта, и новые – например, такие гиганты, как Lucent, Microsoft, Motorola и др.

Bluetooth – это технология беспроводной передачи данных, позволяющая соединять друг с другом практически любые устройства. Соединить можно все, что соединяется, то есть имеет встроенный микрочип Bluetooth. Технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от разных разработчиков и производителей сводятся к минимуму.

Интересно происхождение самого термина этого способа связи между устройствами. Слово Bluetooth – адаптация на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Так прозвали когда-то короля викингов Харальда I Синезубого, жившего в Дании около тысячи лет назад. Прозвище этот король получил за темный передний зуб. Харальд I правил в X веке Данией и частью Норвегии и объединил враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт. Хотя «blå» в современных скандинавских языках означает «синий», во времена викингов оно также могло означать «чёрного цвета». Таким образом, исторически правильно было бы перевести датское Harald Blåtand скорее как Harald Blacktooth, чем как Harald Bluetooth. Но, вне зависимости от цвета зуба короля Харальда, беспроводная технология получилась весьма востребованной!

Событие создания технологии Bluetooth увековечено в небольшом городке Швеции Лунде, где компания Ericsson воздвигла новый камень (есть у шведов такой своеобразный ритуал) в память о великом человеке. Надпись на этом памятнике гласит (в оригинале – на древнескандинавском языке): «Компания Ericsson Mobile Communications АВ установила этот камень в честь Гаральда Блютуса, который дал свое имя новой беспроводной технологии для мобильных коммуникаций».

В настоящее время беспроводные устройства с Bluetooth распространены крайне широко. Они надежны, стабильны, легко управляются и интегрируются в самые различные системы. Компания Мастер Кит также не осталась в стороне от этой интересной темы и предлагает различные устройства, применяющие эту технологию.

Рассмотрим одно устройство, которое использует беспроводную технологию Bluetooth для передачи звука на расстоянии до 10 метров.

Для чего может быть применяться такое устройство? У многих любителей послушать музыку в процессе ведения других важных дел, или в автомобиле остались в употреблении не очень новые усилители, активные колонки, автомагнитолы, которые выбросить жалко – звук-то хороший, а воспроизвести на них музыку с телефона, лежащего в кармане, не получается. Нет в них модуля беспроводной связи.

В этом поможет модуль, предлагаемый компанией Мастер Кит, который называется MP3862BT – встраиваемый Bluetooth модуль для усилителя, активных колонок или магнитолы с режимом hands free.

Модуль представляет собой небольшую плату размерами 50×35×15 мм, которую можно встроить в любое из упомянутых устройств. Он позволяет без проводов принимать и воспроизводить аудио файлы форматов mp3, wma, ogg и т.п. с телефона, смартфона, планшета, персонального компьютера или ноутбука по технологии Bluetooth. В устройстве реализована функция hands free. Благодаря этой функции подключаемый усилитель можно использовать в качестве беспроводной гарнитуры. Используя данный модуль, вы легко сможете усовершенствовать старую аудиосистему или автомагнитолу до современного уровня. После такой доработки эти устройства прослужит еще долгие годы.

Музыка через синий зуб короля Харальда

Модуль построен на основе платы XS-3868, работающей с профилями Bluetooth A2DP v1.2 (передача аудио) и AVRCP v1.4 (управление с любого устройство Bluetooth, такого как мобильный телефон, Bluetooth адаптер и так далее).

Технические характеристики, определяемые основным чипом платы OVC3860:

Частота 2.402 … 2.480 ГГц
Мощность передатчика 4 дБм (PCB антенна), Class2
Чувствительность приемника –82 дБм
Размер модуля 30 × 17 × 3.4 мм
Bluetooth Version 2.0
Радиус действия примерно10 м
Скорость передачи данных до 3 Мбит
Возможность подключения внешней
антенны через SMT площадку
есть
Возможность подключение моно микрофона есть
Управление потоком аудио и уровнем
громкости (кнопками)
есть
Индикация работы модуля двумя светодиодами есть
Напряжение питания 3.6 … 4.2 Вольт
Ток потребления до 55 мА в режиме
воспроизведения аудио
Ток потребления в спящем режиме менее 10 мА
Время перехода режим энергосбережения 5 мин
Профили A2DP V1.2 – Sink Only,
AVRCP V1.4 – Controller Only,
HSP V1.2, HFP V1.5
Скорость соединения по UART 115200 бод
Встроенный 20 битный стерео ЦАП есть
Встроенный 16 битный моно АЦП есть

Для удобства интеграции XS-3868 в аудиоустройство используется специально разработанная плата с установленными на ней модулем XS-3868, переменными многооборотными резисторами, используемыми для настройки громкости и баланса, разъемами для подключения питания и выходного сигнала для дальнейшего усиления, а также некоторыми деталями необходимой обвески.

На плате разведены контакты для подключения управляющих кнопок: предыдущий трек, следующий трек, увеличение громкости, уменьшение громкости. Имеются светодиоды для индикации готовности к подключению и подключении к передающему устройству.

Диапазон питающих напряжения модуля MP3862BT – 5…35 В; полоса воспроизводимых частот 20…20000 Гц; рекомендованная температура эксплуатации –15…+60 °С.

На приведенном ниже рисунке даны рекомендации по подключению модуля:

Музыка через синий зуб короля Харальда

При подключении микрофона (это может быть стандартный электретный микрофон от компьютерной гарнитуры) модуль становится полноценной беспроводной гарнитурой.

Таким образом, используя модуль MP3862BT, вы можете дать вторую жизнь многим звуковоспроизводящим и усилительным устройствам, наделив их новым, современным функционалом при минимальных затратах, что также немаловажно.

Полностью реверсивный усилитель на ОУ

Полностью реверсивный усилитель на ОУ

Приведена схема реверсивного усилителя низких частот, выполненного на операционных усилителях

Реверсивным устройством (усилителем, фильтром и т.д.) называют электронное устройство, свойства которого не изменяются при перемене местами его входа и выхода. Реверсивные устройства, позволяющие обратимо менять направление прохождения полезного сигнала, чаще всего используют в технике связи в целях экономии числа элементов схемы и для миниатюризации изделия. На Рисунке 1 изображена типовая схема стенда, предназначенного для исследования работы реверсивных устройств, в том числе усилителей. В состав стенда входит источник полезного сигнала (генератор синусоидального напряжения), сам реверсивный усилитель, характериограф (плоттер Хендрика Уэйда Боде – амплитудно-частотный анализатор), двухканальный осциллограф и сопротивление нагрузки. В виртуальном пространстве такую схему можно создать, используя, например, пакет схемотехнического проектирования Multisim.

Расширение диапазона входных напряжений LDO регулятора
Рисунок 1. Стенд для исследования реверсивного усилителя.

Рассмотрим далее схему идеального реверсивного усилителя, выполненного с использованием двух операционных усилителей (ОУ), Рисунок 2. Сразу оговоримся, идеальным он будет считаться в плане виртуального исследования, но не практического использования. Коэффициент усиления такого устройства при прохождении сигнала как слева-направо, так и справа-налево по схеме, будет определяться выражением:

Амплитудно-частотная характеристика начинается от нуля и спадает в области верхних частот в полном соответствии с частотными характеристиками используемых операционных усилителей.

Расширение диапазона входных напряжений LDO регулятора
Рисунок 2. Реверсивный усилитель на операционных усилителях.

Единственным и малоустранимым недостатком такого реверсивного усилителя является то, что внутреннее сопротивление источника полезного сигнала должно быть максимально приближено к нулю, что на практике выполнить затруднительно.

Реверсивный усилитель на операционных усилителях LM324J с трансформаторными развязками.
Рисунок 3. Реверсивный усилитель на операционных усилителях
LM324J с трансформаторными развязками.

На Рисунке 3 приведена модельная схема реверсивного усилителя с использованием трансформаторных развязок входа и выхода. Коэффициент усиления, определяемый соотношением резисторов, равен 101 (или 40 дБ). Верхняя граничная частота усиления на уровне –3 дБ при использовании операционных усилителей микросхемы LM324J равна 5.5 кГц, хотя для микросхем более совершенного построения может быть расширена вплоть до 1 МГц и выше.

Материалы по теме

Мультиплексор обеспечивает псевдомноготочечную передачу

Мультиплексор обеспечивает псевдомноготочечную передачу по интерфейсу RS-232

Организовать обмен одного микроконтроллера с более чем одной удаленной системой по RS-232 не всегда просто, поскольку у большинства микроконтроллеров есть только один UART, обеспечивающий интерфейс между синхронными и асинхронными портами. Мультиплексор IC2 на Рисунке 1 позволяет нескольким каналам (в данном случае, четырем) использовать один UART. Сдвоенный мультиплексор 4 в 1 c четырьмя удаленными микросхемами приемопередатчиков IC3 … IC6 образуют сеть, доступную для приемопередатчика IC1. В Таблице 1 указаны коды выбора канала. Выбор, например, Канала 1, разрешает микросхеме IC1 обмениваться данными с IC3, не подвергаясь нагрузке со стороны IC4 … IC6. Подключенные к «земле» внутренние подтягивающие резисторы удаленных приемопередатчиков задают предопределенное состояние на выходах невыбранных приемников.

 

Таблица 1. Выбор канала
A1 A0 EN Выбранный канал
X X 0 Все каналы отключены
0 0 1 Канал 1 (IC3)
0 1 1 Канал 2 (IC4)
1 0 1 Канал 3 (IC5)
1 1 1 Канал 4 (IC6)
Один UART и один мультиплексор позволяют одному приемопередатчику RS-232 обмениваться данными с четырьмя другими.
Рисунок 1. Один UART и один мультиплексор позволяют одному приемопередатчику
RS-232 обмениваться данными с четырьмя другими.

Диапазон напряжений питания схемы (от 3 В до 5.5 В) делает ее совместимой как с 3-вольтовой, так и с 5-вольтовой логикой. IC2 получает питание непосредственно от выводов микросхемы IC1, напряжение ±5.5 В на которых формируется внутренним зарядовым насосом. Мультиплексор способен работать с rail-to-rail сигналами, поэтому питание его от микросхемы IC1 дает гарантию, что сигналы будут без искажений проходить на выход, независимо от их амплитуды. Зарядовые насосы каждого приемопередатчика требуют четырех небольших конденсаторов (на схеме не показанных), емкости которых выбираются в зависимости от диапазона напряжений VDD, но не должны превышать 0.47 мкФ. Обратите внимание, что попытка забрать слишком большой ток от выводов V+ и V– зарядового насоса микросхемы C1 может привести к проседанию напряжения на этих шинах, из-за чего уровни сигналов на линиях RS-232 перестанут соответствовать требованиям стандарта.

Материалы по теме

Новые драйверы GaN-транзисторов

Новые драйверы GaN-транзисторов от Texas Instruments

Нитрид-галлиевые транзисторы превосходят кремниевые силовые ключи по целому ряду параметров. Они обеспечивают минимальные потери и отличаются высокой рабочей частотой. В то же время использование GaN-транзисторов имеет целый ряд особенностей. В частности, для работы с ними требуются специализированные драйверы. К сожалению, выбор драйверов для GaN-ключей оказывается не очень богатым. Однако ситуация постепенно улучшается. Например, совсем недавно компания Texas Instruments выпустила новые драйверы LMG1020 и LMG1210, способные работать на частотах 50 МГц и 60 МГц, соответственно.

 

Внешний вид драйверов LMG1020 и LMG1210 от Texas Instruments
Рис. 1. Внешний вид драйверов LMG1020 и LMG1210 от Texas Instruments.

Несмотря на то, что потенциал нитрид-галлиевых силовых транзисторов до конца не реализован, уже сейчас существуют GaN-ключи, существенно превосходящие кремниевые транзисторы по целому ряду параметров. Наиболее ярко достоинства GaN-транзисторов проявляются в высокочастотных приложениях, в которых необходимо минимизировать динамические потери при переключениях: лидары, мощные DC/DC-преобразователи, беспроводные системы передачи энергии (AirFuel и Qi/PMA.), усилители мощности класса D и т. д.

В высокочастотных приложениях GaN-транзисторы обеспечивают высокий КПД и минимальный перегрев, что ведет к отказу от массивных радиаторов. Это в свою очередь приводит к снижению стоимости и габаритов.

В то же время, нитрид-галлиевые транзисторы имеют ряд особенностей. К наиболее важным отличиям GaN-транзисторов следует отнести:

  • Значительный входной ток затвора;
  • Низкое пороговое напряжение, что делает GaN-ключи чувствительными к ложным переключениям при наличии помех;
  • Низкое допустимое напряжение затвора, которое, как правило, ограничено значением 6 В, что вызывает сложности при организации защиты затвора от пробоя.

Перечисленные особенности приводят к тому, что для работы с GaN-транзисторами не могут быть использованы обычные драйверы, разработанные для кремниевых ключей. С другой стороны выбор, специализированных драйверов для GaN-транзисторов оказывается ограниченным. Тем не менее, ситуация понемногу улучшается благодаря вниманию со стороны крупных производителей электронных компонентов. В частности, компания Texas Instruments постоянно обновляет свое портфолио GaN-продуктов. Например, недавно в производство были запущены драйверы LMG1020 и LMG1210, позволяющие работать с GaN-ключами на частотах 50 МГц и 60 МГц соответственно.

LMG1020 – сверхбыстродействующий одноканальный драйвер GaN-транзисторов нижнего плеча (Рисунок 1). Главными и уникальными особенностями LMG1020 являются его способность работы на частотах до 60 МГц и возможность формирования импульсов длительностью от 1 нс.

Структурная схема драйвера LMG1020
Рис. 2. Структурная схема драйвера LMG1020.

LMG1020 имеет два независимых выхода для подключения затворных резисторов OUTH и OUTL. Это позволяет оптимизировать время включения и выключения силового GaN-ключа. При этом собственная задержка сигнала управления для LMG1020 не превышает 4.5 нс.

Драйвер имеет встроенную защиту от просадок напряжения и перегрева.

Большим плюсом LMG1020 являются его компактные габаритные размеры: 0.8 × 1.2 × 0.625 мм (WCSP-6).

Очевидно, что возможность формирования сверхкоротких импульсов делает LMG1020 идеальным выбором для лидаров (Рис. 3). Как известно, лидары являются основными элементами в оптических системах обнаружения объектов. При этом длительность оптических импульсов, формируемых лазером, оказывается очень важным параметром. Чем короче импульс, тем выше может быть амплитуда тока накачки, и тем шире радиус действия лидара.

Типовая схема включения драйвера LMG1020
Рис. 3. Типовая схема включения драйвера LMG1020.

Учитывая все вышесказанное, становится понятно, почему в качестве схемы отладочной платы для LMG1020 выбрана именно схема, имитирующая работу лидара.

LMG1020EVM-006 – отладочная плата, представляющая собой модуль накачки лазера для лидара (Рис. 4). Стоит сразу отметить, что в качестве нагрузки используется не лазер, а резистор. Плата работает с напряжениями до 75 В и частотами до 50 МГц.

Внешний вид отладочной платы LMG1020EVM-006 от Texas Instruments
Рис. 4. Внешний вид отладочной платы LMG1020EVM-006 от Texas Instruments.

В силовом каскаде LMG1020EVM-006 используется нитрид-галлиевый транзистор EPC2019 (Рис. 5). Несмотря на компактные размеры 2.766 × 0.95 мм, этот силовой ключ способен обеспечивать постоянную токовую нагрузку до 8.5 А и импульсную до 42 А. Подтверждением этого стали практические испытания LMG1020EVM-006. Максимальный выходной ток для LMG1020EVM-006 достигает 40 А при коэффициенте заполнения 0.1 % и частоте до 2 МГц.

Внешний вид нитрид-галлиевого транзистора EPC2019 от компании EPC
Рис. 5. Внешний вид нитрид-галлиевого транзистора
EPC2019 от компании EPC.

LMG1210 – сверхбыстродействующий драйвер, предназначенный для управления GaN-транзисторами силового полумоста. LMG1210 способен работать на частотах до 50 МГц с напряжениями силовой шины до 200 В. Кроме выходных силовых каскадов в состав драйвера входят блоки защиты от просадок напряжения и перегрева (Рис. 6). Несмотря на развитую внутреннюю структуру, габариты LMG1210 оказываются скромными – всего 3.00 × 4.00 мм (WQFN).

Структурная схема драйвера LMG1210
Рис. 6. Структурная схема драйвера LMG1210.

Важными достоинствами LMG1210 являются низкие задержки распространения управляющих сигналов 10 нс и отличное согласование задержек между верхним и нижним каналами – не хуже 1.5 нс. Это позволяет выбирать минимально возможную длительность мертвого времени. Кроме того, разработчики могут подстраивать длительность мертвого времени с помощью внешних резисторов, подключенных к входам DHL и DLH. Последнее обстоятельство, по мнению инженеров Texas Instruments, позволяет увеличивать КПД полумостового преобразователя на 5%.

Не сложно догадаться, что LMG1210 разрабатывались специально для создания быстродействующих DC/DC-регуляторов, в том числе резонансных LLC-преобразователей, например, для беспроводных систем передачи энергии (AirFuel и Qi/PMA), усилителей мощности класса D, мощных радиопередатчиков и т. д. Типовая схема включения LMG1210 представлена на Рис. 7.

Типовая схема включения драйвера LMG1210
Рис. 7. Типовая схема включения драйвера LMG1210.

Эффективность работы LMG1210 можно оценить с помощью отладочной платы LMG1210EVM-012, которая представляет собой силовой полумост с рабочим напряжением до 100 В и нагрузкой до 10 А (Рис. 8). При необходимости данная плата может быть использована как основа для DC/DC-преобразователя, усилителя мощности класса D и т. д.

Внешний вид отладочной платы LMG1210EVM-012 от Texas Instruments
Рис. 8. Внешний вид отладочной платы LMG1210EVM-012
от Texas Instruments.

Силовой каскад отладочной платы LMG1210EVM-012 построен на базе силовых нитрид-галлиевых транзисторов EPC2001 от компании EPC (Рис. 9). Эти ключи имеют сопротивление всего 7 мОм и способны коммутировать импульсную нагрузку до 100 А. Рейтинг напряжений для EPC2001 составляет 100 В.

Внешний вид нитрид-галлиевого транзистора EPC2001 от компании EPC
Рис. 9. Внешний вид нитрид-галлиевого транзистора
EPC2001 от компании EPC.

В заключение хотелось бы еще раз отметить ключевые преимущества драйверов LMG1020 и LMG1210:

Высокая рабочая частота. Оба драйвера отличаются высокой рабочей частотой (50 и 60 МГц) и минимальными задержками управляющего сигнала (2.5 нс для LMG1020 и 10 нс для LMG1210). Это позволяет создавать импульсные устройства, которые на порядок превосходят по быстродействию традиционные силовые схемы с кремниевыми ключами. Кроме того, LMG1210 способен формировать импульсы длительностью всего 1 нс, что делает его идеальным выбором для построения лидаров.

Высокая эффективность. Оба драйвера способны обеспечить сверхбыструю коммутацию силовых транзисторов и минимизировать потери на переключения. При этом LMG1210 имеет возможность оптимизации длительности мертвого времени за счет прецизионного согласования задержек верхнего и нижнего каналов (1.5 нс) и за счет использования встроенной схемы подстройки мертвого времени.

Простота использования. При работе с LMG1020 и LMG1210 схемы управления нитрид-галлиевыми транзисторами становятся такими же простыми и надежными, как и схемы с традиционными кремниевыми ключами.

Характеристики драйвера GaN-транзисторов XLMG1020YFFT:

  • Максимальная рабочая частота: 60 МГц;
  • Максимальная задержка сигнала управления: 4.5 нс;
  • Минимальная длительность сигнала управления 1 нс;
  • Пиковый выходной ток: 7/5 А;
  • Напряжение питания: 5 В;
  • Диапазон рабочих температур: –40…+125 °C;
  • Корпусное исполнение: WCSP-6 (0.8 × 1.2 × 0.625 мм).

Характеристики оценочного набора LMG1020EVM-006:

  • Тип: источник питания для лидара (лазерный диод эмулируется с помощью резистора);
  • Напряжение высоковольтной шины: 0…75 В (DC);
  • Максимальный выходной ток: 40 А (коэффициент заполнения 0.1 % и частота до 2 МГц);
  • Рабочая частота: 0.1…50 МГц;
  • Напряжение питания (драйвера): 6…18 В (DC);
  • Встроенный стабилизатор напряжения для питания драйвера: есть.

Характеристики силового нитрид-галлиевого транзистора EPC2019:

  • Рейтинг напряжения сток-исток: 200 В;
  • Постоянный ток: 8.5 А;
  • Импульсный ток: 42 А;
  • Пороговое напряжение: 0.8…2.5 В;
  • Сопротивление открытого канала: 36 мОм (типовое);
  • Диапазон рабочих температур: −40…+150 °C
  • Корпусное исполнение: 2.766 × 0.95 мм.

Посмотреть более подробно технические характеристики GaN-транзисторов от Texas Instruments

Vishay представила 600-вольтовый MOSFET

Vishay Intertechnology представила новейшее устройство в своем семействе 600-вольтовых MOSFET четвертого поколения серии E. Обеспечивая высокий КПД источников питания телекоммуникационных, промышленных и корпоративных приложений, n-канальный прибор SiHH068N60E, выпущенный подразделением Vishay Siliconix, по сравнению с 600-вольтовыми MOSFET серии E предыдущего поколения имеет сниженное на 27% сопротивление открытого канала и на 60% меньший заряд затвора. Это дает самое низкое в отрасли произведение заряда затвора на сопротивление открытого канала среди приборов аналогичного класса, что является главным показателем качества для 600-вольтовых MOSFET, используемых в приложениях преобразования энергии.

Vishay - SiHH068N60E

Vishay предлагает широкую линейку технологий MOSFET, которые поддерживают все этапы процесса преобразования энергии – от высоковольтных входов до низковольтных выходов, – необходимых современным электронным системам. Выпуская транзистор SiHH068N60E и готовя к производству новые 600-вольтовые устройства четвертого поколения семейства E, компания решает проблему повышения КПД и плотности мощности в первых каскадах архитектуры системы питания – корректорах коэффициента мощности и DC/DC преобразователях с жестким переключением.

Транзистор SiHH068N60E созданный на основе новейшей энергоэффективной технологии суперперехода компании Vishay, имеет типовое сопротивление открытого канала 0.059 Ом при напряжении затвор-исток 10 В и сверхнизкий заряд затвора до 53 нКл. Показатель качества устройства, равный 3.1 Ом•нКл, на 12% ниже, чем у ближайшего конкурирующего MOSFET аналогичного класса. Улучшенные характеристики переключения SiHH068N60E обеспечиваются низкими эффективными выходными емкостями Co(er) и Co(tr), равными 94 пФ и 591 пФ, соответственно. Эти значения позволяют экономить энергию за счет снижения потерь проводимости и переключения. Устройства выпускаются в корпусах PowerPAK размером 8 мм × 8 мм, отвечают требованиям директивы RoHS и не содержат галогенов. Конструкция приборов обеспечивает устойчивость к выбросам напряжения в лавинном режиме с фиксированными уровнями отсечки, гарантированными стопроцентной проверкой на соответствие нормам стандарта UIS.

В настоящее время доступны единичные образцы и промышленные партии SiHH068N60E. Крупные заказы на поставку приборов выполняются в течение десяти недель.

Лазеры размером с бактерию

Несколько лет назад была разработана концепция нанолазера — источника излучения с размерами в единицы микрон. У большинства из них нельзя различить режимы работы: при одних излучение является когерентным, а при других не отличается от излучения светодиодов. Исследователи из МФТИ определили, в каких условиях излучение нанолазеров становится по-настоящему лазерным. Работа опубликована в журнале Optics Express.

Физики выяснили, как создавать лазеры размером с бактерию

Сегодня лазеры используются повсеместно, от бытовых приборов до медицины, промышленности и телекоммуникации. Несколько лет назад был создан новый тип лазеров — нанолазеры. По своему устройству нанолазеры похожи на обычные полупроводниковые лазеры на гетероструктурах, которые известны довольно давно. Отличие состоит в том, что резонатор нанолазеров имеет рекордно маленькие размеры: порядка длины волны света, который излучает нанолазер. Поскольку преимущественно такие структуры генерируют излучение в видимом и ближнем ИК-диапазоне, их размеры составляют около 1 микрометра. Уже в ближайшем будущем эти устройства станут частью интегральных оптических схем, которые позволят на порядки ускорить производительность процессоров и видеокарт путем замены части металлических межсоединений на оптические. Кроме того, это должно привести к уменьшению энергопотребления компьютеров — аналогично тому, как замена проводных линий передачи данных на оптоволоконные позволила ускорить интернет и повысить энергоэффективность. Такое применение нанолазеров далеко не единственное. Ведутся исследования по применению нанолазеров в составе химических и биологических сенсоров микрометровых размеров, наноразмерных датчиков механического напряжения, а также для управления нейронами в телах живых организмов и человека.

Чтобы некоторый источник излучения можно было назвать «лазером», необходимо, чтобы он соответствовал ряду требований, основным из которых является когерентность излучения. С когерентностью сильно связано другое ключевое свойство лазеров — наличие порога генерации. При токах накачки ниже порогового значения излучение активной среды лазера в основном спонтанное, а его свойства ничем не отличаются от излучения светодиодов. По достижении порогового тока свойства излучения меняются, оно становится когерентным. У обычных лазеров при этом спектр излучения становится узким и резко возрастает выходная мощность. Последнее свойство дает простой способ поиска порога генерации лазера, используя зависимость выходной мощности излучения лазера от тока накачки (см. Рисунок 2а).

Физики выяснили, как создавать лазеры размером с бактерию
Рисунок 2. Зависимость выходной мощности излучения от тока накачки для макроскопического
(обычного) лазера (А) и для нанолазеров (Б) при заданной температуре. Предоставлено
авторами исследования.

Многие нанолазеры ведут себя точно так же, как и обычные, макроскопические лазеры: у них существует пороговый ток. Однако существуют и нанолазеры, у которых невозможно найти порог генерации на выходной характеристике (зависимости мощности от тока накачки), поскольку она не имеет особенностей (красная линия на Рисунке 2б). Такие нанолазеры назвали «беспороговыми». Возникает вопрос: при каком токе излучение становится лазерным, то есть когерентным?

Проще всего на этот вопрос было бы ответить, просто измерив когерентность. Но, в отличие от спектра и выходной мощности, когерентность очень тяжело измерить, поскольку измерительная аппаратура должна регистрировать колебания интенсивности на интервалах времени в триллионные доли секунды, что соответствуют динамике внутренних процессов в нанолазере. Андрей Вишневый и Дмитрий Федянин, сотрудники лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, разработали метод определения степени когерентности излучения нанолазера по его основным параметрам. Это позволяет избежать технически сложных измерений когерентности. Они установили, что даже «беспороговый» нанолазер имеет вполне определенный пороговый ток, выше которого излучение становится когерентным. Более того, этот пороговый ток можно найти у любого нанолазера (рисунок 2Б), причем, что удивительно, он никак не связан ни с особенностями выходной характеристики, ни с уменьшением ширины спектра излучения нанолазера, характерных для макроскопических лазеров. «С точки зрения широкого круга физиков, полупроводниковый нанолазер — это обыкновенный лазер, только маленького размера. Однако, изучая когерентность таких нанолазеровов, мы выяснили, что эти устройства на фундаментальном уровне имеют очень мало общего с обычными, макроскопическими лазерами», — отмечает Андрей Вишневый.

Расчет когерентности — довольно трудоемкая задача, однако исследователи смогли получить простое приближенное выражение для порогового тока нанолазеров. С его помощью каждый исследователь, занимающийся нанолазерами, сможет быстро оценить пороговый ток в изготовленной им структуре. Расчеты, проведенные авторами публикации, показали, что во многих работах, посвященных нанолазерам, порог когерентности достигнут не был, во многом из-за того, что реальный пороговый ток был намного выше, чем предполагалось (Рисунок 3). А вот в нанолазерах, предназначенных для передачи данных, порог когерентности может быть не достигнут по другой причине. При повышении тока накачки лазер нагревается, и когда нагрев становится слишком сильным, дальнейшее повышение тока накачки становится невозможным. Таким образом, при проектировании нанолазеров для практических приложений необходимо учитывать их нагрев.

Результат, полученный Андреем Вишневым и Дмитрием Федяниным, позволяет заранее предсказать, когда излучение нанолазера любой конструкции становится когерентным. Это позволит разработать и использовать системы охлаждения, соответствующие рабочему току накачки, и получить практичные наноразмерные источники когерентного излучения.

Физики выяснили, как создавать лазеры размером с бактерию
Рисунок 3. Зависимость порогового тока в нанолазере от температуры.
Зеленая кривая — найденная по выходной характеристике,
красная — рассчитанная по когерентности излучения,
синяя — даваемая приближенной формулой. Когда пороговый
ток по выходной характеристике превосходит найденный по
приближенной формуле, лазер становится «макроскопическим».

Новейшая микросхема моста Ethernet

Toshiba анонсирует новейшую микросхему моста Ethernet для автомобильных и промышленных приложений

    Toshiba Electronics Europe анонсировала новейшую микросхему в линейке выпускаемых компанией автомобильных сетевых мостов. Приборы серии TC9562 предоставляет расширенные возможности подключения автомобильных телематических и информационно-развлекательных систем через сеть Ethernet. Новая микросхема поддерживает протоколы сетей, чувствительные ко времени, и Ethernet-мосты со скоростью передачи до 1 Гбит/с

Toshiba - TC9562

    При создании полностью подключенного автомобиля обработка сигналов в режиме реального времени и надежность передачи являются критически важными для поддержки технических средств телематики, информационно-развлекательных систем, систем помощи водителю и данных, получаемых с различных датчиков. Для удовлетворения повышающихся требований к эффективности в автомобильных и промышленных приложениях внедряются новые стандарты, включая Ethernet AVB и TSN. Серия TC9562 разработана Toshiba для надежного и быстрого подключения к Ethernet со скоростью передачи информации до 1 Гбит/с. Новая микросхема автомобильного моста поддерживает протокол TSN (Time Sensitive Networking – сети, чувствительные ко времени) для различных промышленных и коммерческих приложений.

Toshiba - TC9562

     Расширенные возможности серии TC9562 обеспечивают поддержку спецификации Ethernet AVB, в частности IEEE 802.1AS и IEEE 802.1Qav, а также TSN стандартов IEEE 802.1Qbv, IEEE 802.1Qbu и IEEE 802.3br. Кроме того, новая микросхема поддерживает широкий спектр интерфейсов, включая PCI Express 2.0 и 1.0, I2S/TDM, RGMII, RMII и опции расширения SGMII для подключения информационно-развлекательных решений на основе СнК.  TC9562 будет сертифицирована на соответствие требованиям стандартов автомобильной электроники и начнет выпускаться в корпусах P-LFBGA120 размером 9 мм × 9 мм с февраля 2019 года. Начало массового производства микросхем запланировано на октябрь 2019 года.

Полезное универсальное… Программатор USBASP V2.0

   Все течет — все изменяется…  За какие-то 20-ть лет компания Майкрософт выпустила более 15 операционных систем различного типа, и на сегодняшний момент поддержка оставлена для последних версий. Но пользователи не спешат переходить на более поздние версии софта из-за отсутствия в них драйверов для старого оборудования. Одно дело поменять веб-камеру или мышку за 10-20 долларов, другое — плоттер за пару тысяч… То же самое происходит и с рабочей периферией. Многие, кто работал с микроконтроллерами фирмы Атмел, знают насколько удобны внутрисистемные программаторы. И вот тут возникают проблемы. Архитектура стандартного компьютера уже давно имеет 64-битную конфигурацию, при том что основная группа софта и периферии (кроме приложений Windows) работает по прежнему в 32-битному варианте. И возникает не одна проблема, а несколько и разных: 1 — нет драйвера на 64бита для программатора, 2 — есть драйвер — его не видит система или он не устанавливается, 3 — система увидела драйвер, но софт его не поддерживает или не распознает через него программатор и тд.

   Для тех, кто привык работать с классическими внутрисистемными программаторами, рекомендуется использовать AVRUSB версии 2.0. Приобрести в Черкассах данный девайс можно в магазине электронных компонентов «Микротех» — http://microteh.ck.ua/   Код товара — 12136, цена — 55грн.

Описание:

USBasp ISP (внутрисхемный) программатор для микроконтроллеров AVR Atmel. Программатор содержит единственную микросхему микроконтроллер Atmel ATmega8. USB интерфейс реализован программно.

 Характеристики:

  • Поддерживаемые операционные системы Linux, Mac OS и Windows (XP, Vista, Windows7, Windows8, Windows10 на 32-х и 64-битной платформе)
  • Микросхема ATmega8A AU
  • Кварц 12,000 МГц
  • Скорость программирования до 5 kBytes / сек
  • Автоматическое управление скоростью
  • Самовосстанавливающийся предохранитель с порогом 500mA для защиты USB компьютера
  • Габариты 65×20мм
  • коннектор папа 10pin с шагом 2.54мм

Поддерживаемые микроконтроллеры :
ATmega8 ATmega48 ATmega88 ATmega168 ATmega328
ATmega103 ATmega128 ATmega1280 ATmega1281 ATmega16
ATmega161 ATmega162 ATmega163 ATmega164 ATmega169
ATmega2560 ATmega2561 ATmega32 ATmega324 ATmega329
ATmega3290 ATmega64 ATmega640 ATmega644 ATmega649
ATmega6490 ATmega8515 ATmega8535

ATtiny12 ATtiny13 ATtiny15 ATtiny25 ATtiny26
ATtiny45 ATtiny85 ATtiny2313

AT90S1200 AT90S2313 AT90S2333 AT90S2343 AT90S4414
AT90S4433 AT90S4434 AT90S8515 AT90S8535
AT90CAN128
AT90PWM2 AT90PWM3

В комплекте:
Плата программатора — 1шт.
Шлейф-соединитель 0,2м — 1шт.


Разводка:

  • 1 MOSI
  • 3 NC
  • 5 /RESET
  • 7 SCK
  • 9 MISO
  • 2 +5V
  • 4,6,8,10 GND

Интерфейс программатора

Перемычки

  • JP1 — POWER Выбор напряжения на выходе 5В / 3,3В
  • JP2 — SERVICE Обновление прошивки
  • JP3 — SLOW Программирование на низких скоростях

Поддерживаемые программатором микроконтроллеры

Серии AT, ATMega, ATTiny семейства AVR

Установка драйвера для программатора под Windows

С сайта разработчика USBasp программатора Thomas Fischl скачайте usbasp-windriver драйвер для Windows. Распакуйте архив. Подключите ваш USBasp программатор через USB порт к компьютеру. Установите драйвер. В диспетчере устройств убедитесь что USBasp устройство установлено.


Драйвер можно скачать также отсюда usbasp-win-driver-x86-x64-v3.0.7. Оболочку AVR DUDEPROG 3.3 — avrdudeprog33

Кроме этого на сайте производителя указана еще одна бесплатная оболочка — eXtreme Burner — AVR  Для ее получения надо при регистрации ввести свое имя, адрес электронной почты и пообещать прорекламировать софт в соц сетях — условия вполне выполнимые. Вот так выглядит ее интерфейс:

http://extremeelectronics.co.in/images/main2.png

Кто работал с PonyProg — должен помнить подобный интерфейс.

Статья подготовлена по открытым материалам интернета

Новинки книг по радиоэлектронике

Мобильные роботы на базе Arduino

arduino_boty

Автор: Михаил Момот
Издательство: БХВ-Петербург
Серия книг: Электроника
Язык: Русский
Год издания: 2016
Количество страниц: 336

      Руководство для начинающих конструкторов написано в форме практических проектов по построению мобильных роботов. Для их реализации выбрана популярная платформа Arduino и единая базовая четырехколесная конструкция. Сложность проектов возрастает от простой, управляемой с пульта «машинки» до интеллектуального говорящего робота. Рассказано, как управлять моторами, осуществлять сборку механики и электроники, программировать основные функции и управлять роботом. Роботы смогут обходить препятствия, выбираться из запутанных лабиринтов, искать кегли и определять их цвета, ориентироваться по электронному компасу, гироскопу и даже балансировать на двух колесах. Во 2-м издании обновлены все алгоритмы, добавлены проекты гироскоп-акселеро­метр, говорящий робот, голосовое управление роботом, механическая «рука» и др. Электронный архив, находящийся на сайте издательства, содержит детали робота для печати на 3d-принтере, векторные рисунки для резки лазером, листинги, дополни­тельные библиотеки и программы. «Эту книгу я составлял как руководство для начинающих Конструкторов, людей, которым нравится конструировать. А за основу взял конструирование мобильных роботов на популярной платформе Arduino, позволяющей реализовывать как простейших, так и достаточно интеллектуальных роботов. Платформа открытая, изготавливать дополнительные модули для нее может любой человек или организация, то же относится и к программам. Представленные проекты имеют единую колесную базу, но различаются системами датчиков и программным кодом. В процессе сборки вы научитесь программировать на платформе Arduino, обращаться с электронными компонентами, усвоите принципы действия датчи-ков, при помощи которых роботы следят за внешним миром, научитесь удаленному управле-нию и сможете конструировать своих оригинальных роботов.»


Arduino для начинающих. Самый простой пошаговый самоучитель

ar1

Оригинальное название: Arduino in Easy Steps
Автор: Стюарт Ярнольд
Издательство: Эксмо
Серия книг: Электроника для начинающих
Язык: Русский
Год издания: 2017

   Доступный самоучитель по Arduino для начинающих. Пошаговое руководство снабжено полезными советами и интересными примечаниями. Благодаря этой книге, любой читатель без труда освоит основы электротехники и научится работать с компонентами и платами, а также программировать их, создавать скетчи и классные проекты.


 Электроника для начинающих

elect1

Оригинальное название: Make: Electronics
Автор: Чарльз Платт
Издательство: БХВ-Петербург
Серия книг: Электроника
Язык: Русский
Год издания: 2016

      В ходе практических экспериментов рассмотрены основы электроники и показано, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства в домашних условиях. Материал излагается последовательно от простого к сложному, начиная с простых опытов с электрическим током и заканчивая созданием сложных устройств с использованием транзисторов и микроконтроллеров. Описаны основные законы электроники, а также принципы функционирования различных электронных компонентов. Показано, как изготовить охранную сигнализацию, елочные огни, электронные украшения, устройство преобразования звука, кодовый замок и др. Приведены пошаговые инструкции и более 500 наглядных рисунков и фотографий. Во втором издании существенно переработан текст книги, в экспериментах используются более доступные электронные компоненты, добавлены новые проекты, в том числе с контроллером Arduino.


Микроконтроллеры ARM7 семейства LPC2000 компании Philips. Вводный курс

philips

Оригинальное название: The Insider’s Guide To The Philips ARM7-Based Microcontrollers
Автор: Тревор Мартин
Издательство: ДМК Пресс
Серия книг: Мировая электроника
Язык: Русский
Год издания: 2016

      Семейство микроконтроллеров LPC2000 компании Philips — первый представитель нового поколения микроконтроллеров, построенных на базе 16/32-битного RISC-процессора ARM7 TDMI. Эта книга — введение в архитектуру процессора ARM7 TDMI и микроконтроллеров семейства LPC2000. Она основана на материалах однодневных семинаров, которые проводятся для профессиональных инженеров, заинтересованных в быстром изучении микроконтроллеров семейства LPC2000. В ней рассматриваются следующие вопросы: введение в процессор ARM7, средства разработки программного обеспечения, системная архитектура LPC2000, периферийные устройства LPC2000. Кроме того, в книгу включено полное учебное пособие, где на практических примерах закрепляются вопросы, изложенные в основном тексте. Изучая теоретический материал и выполняя сопутствующие упражнения, вы быстро освоите процессор ARM7 и микроконтроллеры семейства LPC2000. Предназначена для разработчиков радиоэлектронной аппаратуры, инженеров, студентов технических вузов и радиолюбителей.


Практическая электроника. Иллюстрированное руководство для радиолюбителей practick_electro

Оригинальное название: Hacking Electronics: An Illustrated DIY Guide for Makers and Hobbyists
Автор: Саймон Монк
Издательство: Вильямс
Язык: Русский
Год издания: 2016
Количество страниц: 352

     Это наглядное пособие поможет вам научиться решать задачи, возникающие при модернизации и ремонте самого разнообразного электронного оборудования. Здесь вы найдете доступные для понимания даже начинающим радиолюбителям рекомендации по монтажу, электрические схемы и фотографии собираемых устройств.Книга задумана так, что вы будете обучаться в процессе выполнения интересных заданий: каждая глава содержит описание нескольких занятных и легко реализуемых проектов. Вы ознакомитесь с самыми современными устройствами и методами управления ими: датчиками, акселерометрами, средствами дистанционного управления, дальномерами, сервоприводами, микрофонами и FM-передатчиками. В последней главе приведена информация о тестировании электронных устройств, а также описаны полезные программные инструменты, которые значительно облегчат жизнь радиолюбителям.

  • Пайка радиодеталей, соединение проводов и подключение компонентов.
  • Распознавание компонентов и чтение электрических схем.
  • Расчет рабочих характеристик электрических схем.
  • Работа с транзисторами, светодиодами и лазерными диодными модулями.
  • Подбор источников питания для создаваемых приборов: блоки питания, аккумуляторы и солнечные панели.
  • Управление электронными устройствами с помощью Arduino.
  • Расширение функциональных возможностей контроллеров Arduino за счет дополнительных модулей.
  • Анализ параметров окружающей среды с помощью различных датчиков.
  • Создание звуковых усилителей, подключение микрофонов и применение радиопередатчиков.
  • Ремонт оборудования и извлечение ценных компонентов из неработающих устройств.

Саймон Монк имеет ученые степени в области компьютерных наук и разработки программного обеспечения. Нескольких лет занимался научной и преподавательской деятельностью, после чего вернулся в компьютерную индустрию, став одним из основателей компании Momote Ltd., выпускающей программное обеспечение для мобильных платформ. Электротехникой и конструированием радиоэлектронных устройств Саймон увлекся еще со школьной скамьи. Спустя годы это хобби дало толчок новому увлечению — написанию книг по конструированию современных электронных устройств, включающих последние технологические разработки. В его активе большое количество популярных книг по электронике, описывающих принципы создания устройств с открытой архитектурой на базе таких известных микроконтроллерных платформ, как Arduino и Raspberry Pi.


Измерительные устройства на базе микропроцессора ATmega atmega

Оригинальное название: Messtechnic mit dem Atmega
Автор: Герт Шонфелдер, Корнелиус Шнайдер
Издательство: БХВ-Петербург
Серия книг: Электроника
Язык: Русский
Год издания: 2012

    Рассмотрено применение микропроцессоров для создания измерительных устройств. Приведены основные средства и методы измерения. Подробно описаны основные компоненты измерительных систем: датчики, АЦП и ЦАП, генераторы сигналов, исполнительные устройства, индикаторы, линии передачи данных и интерфейсы. Изложены принципы построения систем автоматического управления. Приведены примеры реализации различных устройств и учебные задания. Материал ориентирован на применение микропроцессоров ATmega128 компании Atmel, а также недорогих и доступных комплектующих. Рассмотрено моделирование измерительных систем на ПК с помощью программы-имитатора. На сайте издательства находятся примеры решения заданий, программа для моделирования, а также дополнительные справочные материалы.


302 новые профессиональные схемы

302shemas

Оригинальное название: 302 neue professionelle Schaltungen
Издательство: БХВ-Петербург
Серия книг: Электроника
Язык: Русский
Год издания: 2009
Количество страниц: 480 стр. (схемы)

    В книге собраны схемы готовых функциональных блоков или устройств: приемопередатчиков, устройств измерения и регулирования температуры, таймеров, ГУН, измерительных устройств, сенсорных выключателей, тестовые схемы и др. Каждая схема сопровождается кратким описанием, проста, легко читаема и не требуют много времени на создание рабочего образца.


Электроника. Логические микросхемы, усилители и датчики для начинающихelect2

Оригинальное название: Make: More Electronics
Автор: Чарльз Платт
Издательство: БХВ-Петербург
Серия книг: Электроника
Язык: Русский
Год издания: 2015

   Книга является продолжением мирового бестселлера «Электроника для начинающих». В ней рассмотрены 36 новых пошаговых экспериментов, в ходе которых читатель научится добавлять вычислительные способности в электронные проекты. Описаны особенности применения различных компонентов и устройств: операционных усилителей, компараторов, счетчиков, шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров, сдвиговых регистров, таймеров, полосовых индикаторов, массивов пар Дарлингтона и различных датчиков. Показано, как создавать логические игры, тестеры, систему предсказаний, различные аудиоустройства и многое другое. Для начинающих радиолюбителей.


Arduino и Raspberry Pi. Управление движением, светом и звуком arduino_pi

Автор: Саймон Монк
Издательство: БХВ-Петербург
Язык: Русский
Год издания: 2016
Количество страниц: 336
Иллюстрации: Черно-белые, Таблицы

   Из этой книги вы узнаете, как самостоятельно создавать устройства на основе популярных платформ Arduino и Raspberry Pi. Начните с основ и постепенно решайте все более сложные задачи. Эта книга шаг за шагом, через выполнение интересных экспериментов и реализацию увлекательных проектов, научит вас управлять движением, светом и звуком на Arduino и Raspberry Pi. Одним словом — действуйте! Arduino — простой микроконтроллер с программной средой, изучить которую также совсем не сложно. Raspberry Pi — это микрокомпьютер, работающий под управлением операцион-ной системы Linux. В книге четко объясняется разница между Arduino и Raspberry Pi, описа-но, как с ними работать, для каких целей оптимально подходит каждое из устройств. Работая с этими легкодоступными и недорогими платформами, вы научитесь управлять све-тодиодными индикаторами, электродвигателями различных типов, соленоидами, агрегатами переменного тока, нагревателями, охладителями, дисплеями и звуковыми устройствами. Вы узнаете, как наблюдать за этими устройствами через Интернет и дистанционно управлять ими. Работая с макетными платами, вы быстро вникнете в темы из книги и научитесь созда-вать проекты, которые будут столь же занятны, сколь и информативны.

В книге рассказано, как:

  • сконструировать робота для расплющивания алюминиевых банок
  • собрать поливальную установку для комнатных растений
  • сделать светодиодный светофор, управляемый микроконтроллером
  • заставить воздушный шарик лопнуть в самый неожиданный момент
  • остужать напитки в самодельном охладителе-термостате
  • использовать различные алгоритмы управления исполнительными устройствами
  • создать куклу, которая танцует и разговаривает, получив сообщение из твиттера!

     Саймон Монк — профессиональный писатель, его книги в основном посвящены электрони-ке для любителей. Среди них наиболее известны «Программируем Arduino. Основы работы со скетчами» и «Практическая электроника».

Какую антенну выбрать?

Первое, что должен будет определить  человек, выбирающий антенны для своего радиоузла, это характер радиолюбительского хобби, который он предпочитает. Если, например, его интересует «поговорить» и не интересны соревнования и DX, рекомендуемая антенна будет одного типа. Если наоборот, он желает заняться DX-ингом, другого.  И т.д.

Если человек предпочитает больше слушать а не работать на передачу, то задача сильно облегчается, потому что к приёмным антеннам требования гораздо менее ёмкие.  Одним словом вариантов много, но с последнего, экономичного варианта можно и начать. Итак, нужна одна или несколько  антенн  только на приём (SWL — наблюдатель). Теперь снова оцениваем её задачи. Она должна  позволять принимать сигналы радиостанций в широком диапазоне частот и быть универсальной.  Поэтому выбираем антенну которая называется Long Wire (англ. длинный провод) -  просто длинный (насколько это возможно в ваших условиях) провод, растянутый на максимально возможной от земли высоте. Отвод не обязателен, можно просто подключить конец провода к большой катушке, нижний конец которой соединить с землей. Или реальной, или корпусом приёмника. А вот антенный разъем приёмника снабдить проводом с зажимом типа «крокодил» на конце и, в зависимости от диапазона, подбирать точку включения в катушку по максимальному качеству приёма.  Если провод очень длинный, то у него появляется диаграмма направленности: в ту сторону, куда провод натянут. В нашем случае это плохо. Мы хотим принимать со всех направлений одинаково.  Ведь никто не знает, с какого континента будет работать следующий коротковолновик, которого мы услышим: нам нужна антенна с круговой диаграммой направленности.   Нет худа без добра: иногда натянуть длинный провод в одном направлении не удаётся.  Не страшно. Изгибаем провод столько раз сколько нужно для того чтобы он поместился в пределах возможной территории. И тогда такая антенна перестанет быть направленной. Конечно, часть сигнала будет теряться если провод будет «возвращаться» к началу, т.е. проводник будет не просто изогнут, а «завёрнут» на 180 градусов.  И тут следует предостеречь тех, кто уже почувствовал вкус победы: мы выбрали самую плохую антенну из всех возможных.

     Во-первых, она будет принимать множество помех, шумов и щелчков, и, чем ниже частота помехи, тем сильнее будет сигнал помехи и слабее нужный вам сигнал. Т.е. она не резонансная, не выделяет нужный нам диапазон. Во-вторых, она будет принимать радиоволны со всех направлений. И, самое неприятное, со всеми электрическими помехами, вызванными бытовой техникой (щелчки выключателей, щётки электромоторов, импульсные блоки питания ит.д.)  эта антенна сама будет вести себя как бытовой прибор – пылесос. А всё потому что такая антенна, с разомкнутыми краями, обладает высоким комплексным сопротивлением и предрасположена принимать в первую очередь электрические волны, а уже потом магнитные. А все перечисленные выше источники как раз генерируют электрические импульсы (волны).    Как быть? Переходим ко второму варианту.

     С учётом того, что мы рассматриваем приёмные антенны, очень симпатично выглядит вариант рамочной магнитной антенны. Помимо её основных преимуществ в контексте этой статьи, она обладает еще одним, очень уддобным для не фанатов, свойством: она очень маленькая. Вплоть до того, что её можно разместить прямо в комнате, радом с приёмником. Если выбрать размеры чуть побольше, то на балконе, еще больше, многодиапазонную, на крыше. Пока мы не пытаемся с её помощью передавать, элементы антенны (детали) некритичные, можно сделать её из обычного коаксиального кабеля и любого конденсатора. Но, конечно же, размеры — не главное. Первое преимущество этой антенны по сравнению с предыдущей — помехоустойчивость. Она резонансная, и принимает сигналы только в узкой полосе частот. Второе заключается в следующем  — поскольку рамка замкнутая, она принимает только магнитную составляющую радиоволн, т.е. нечувствительна к бытовым электрическим помехам. И третье — она обладает ярко выраженными направленными свойствами — т.е. её можно направлять в нужную сторону.

     С учётом того, что антенна комнатная, это не составит труда… :-)  Однако у каждой медали, как водится, две стороны. Всё то, что я только что перечислил как преимущества, являются и недостатками: антенну нужно настраивать на нужную частоту конденсатором, иначе есть риск вообще не услышать корреспондента, направлять в нужную сторону и даже переключать диапазон. Всего этого предыдущая антенна не требовала. А если мы еще задумаем её попробовать в качестве передающей, то нас ожидает полное разочарование: конденсатор в составе этой антенны должен быть очень прочным электрически — рассчитанным на высокое напряжение, т.е. большим.

Одним словом мы только что разрушили светлый образ идеальной антенны, который с такими трудами только что создавали…:-)
Двумя словами, простого решения нет. Вывод первый. Антенну надо стараться сделать резонансной. Вывод второй. Антенну лучше выполнять в виде замкнутой рамки (петлевого вибратора). Вывод третий: если всё это сложно или невозможно, возвращаемся и выбираем один из вариантов описанных ранее :-)

 До сих пор мы не рассматривали проблему под углом зрения на доступную вам территорию. Пришло время это сделать. Потому что мы рассмотрим в качестве приёмной антенны вариант требующий минимальной площади из всех возможных. Конечно же это популярный у всех племён и народов штырь. Вообще-то, использовать штыревую антенну без противовесов не имеет смысла. КПД такой антенны очень низкий. Хотя бы небольшие противовесы применяют в своих конструкциях почти все производители штырей. Например V640 от DX Engeeniring. Но если использовать хотя бы несколько противовесов различной длинны (сколько сможете) то антенна становится достаточно широкополосной и очень привлекательной в соотношении эффективность/площадь/трудозатраты.  Еще более минималистический вариант — антенны Butternut. В них резонансные элемнты выполнены не в виде отрезков, как в V640, а в виде высокодобротных катушек.  Антенна получается очень экономичных размеров, но требует огромного количества противовесов.  Не забудем упомянуть достоинства штырей — замечательная работа на передачу. Особенно на дальние расстояния, потому что, как известно, штырь излучает под малыми углами к горизонту.
Если при этом делать штырь не произвольной длинны, в кратный четверти волны любительских диапазонов, то получим слабый намёк на резонансные свойства. Следует только помнить, что шырь эффективен на дальние расстояния, если мы его выбираем, то должны иметь возможность поднять его над окружающими деталями (объектами) ландшафта. Если штырь стоит на земле, то тогда предметов выше или на уровне штыря не должно быть в радиусе 200 метров. При невозможности размещения штыревой антенны в таких условия, лучше от этой идеи отказаться.  На фото слева антенна установлена неправильно, несмотря на хорошие КСВ и даже противовесы, работать эффективно она не будет.
По этой же причине может быть  неэффективна работа на передачу магнитных антенн. Дополнительная трудность в этом случае — дистанционное управление высоковольтным переменным конденсатором в верхней части катушки магнитной мнтенны. Ну и, аналогично описанному выше GP очень важна высота установки.  Но несомненное преимущество этих антенн — их резонансные свойства.  Вы уже наверное обратили внимание на частоту повторения слова «резонанс». Дело всё в том, что любая антенна лучше всего принимает (и передаёт) тогда, когда её электрическая длинна равна длинене волны или половине длины волны. В этом случае наводимое в проводнике антенны напряжение полезного сигнала самое большое.  Разница очень большая. Настолько, что  мы рассмотрим следующий раздел

Часть II  Проволочне антенны.

Теперь, когда мы уяснили что антенна, которую мы выбираем, должна быть эффективной и определённой длинны, рассмотрим несколько типов резонансных проволочных антенн.
В первую очередь следует выделить семейство полуволновых вибраторов.Они имеют электрическую длину, равную 0,5λ и излучают в направлении, перпендикулярно плоскости, в которой они подвешиваются. Такими простыми полуволновыми антеннами являются: полуволновой и волновой диполи, их вариации известные как инвертед ви, «американка», VS1AA,  виндом и хотите верьте, хотите нет — W3DZZ.  Чаще всего используется один или несколько диполей запитанных коаксиальным кабелем. Это самый простой, но  не единственный способ питания антенн.
Картинку из книги Карла Ротхаммеля, я надеюсь, узнали все и надпись в данном случае излишество.

Первое, что мы должны сделать до принятия решения — измерить доступную нам территорию. Это делается для того чтобы обоснованно принять решение поместится ли выбранная нами антенна на той территории владельцем которой мы являемся (или имеем доступ). Например если максимальное расстояние между двумя потенциальными точками подвески менее 20 метров, то мы не сможем разместить там полуволновый диполь на 40 метровый диапазон. Используя теорему Пифагора ( :-) ) можем подсчитать, на какой высоте должна быть точка подвеса узла питания, если мы попробуем вариант полуволнового диполя известный под именем Inverted V. Это тот же диполь, входное сопротивление которого близко к 70 омам, но концы проводников опущены к земле, в результате сопротивление уменьшается примерно до 50 Ом, а расстояние между крайними точками становится меньше. Соответственно теперь следует оценить возможность подвеса кабеля и узла питания на требуемой высоте. Не забудьте, что полотна вибратора можно раcположить под углом 90°, что так же даст экономию площади.  Еще одно очень полезное свойство полуволновых вибраторов при этом — диаграмма  направленности измениться к лучшему. Пропадут глубокие провала в плоскостях перпендикулярных полотну и диаграмма с натяжкой может быть названа круговой. Подробнее об этом можно посмотреть  в предыдущем разделе про характеристики антенн и настройки.

При всей их простоте, антенны великолепно (для своего класса, конечно) работают. Вариантов подвеса и подключения питания множество, поэтому когда вы определитесь с пространством, просто полистайте книгу Карла Ротхаммеля или Интернет и вы наверняка найдете подходящий для вас вариант.  Если у вас есть место для установки еще одной или нескольких антенн — вы счастливчик. Заведомо лучше иметь отдельную антенну на каждый диапазон. Но часто об этом можно только мечтать.   Тогда вы — пленник обстоятельств, можете попробовать многодиапазонный Inverted V. Конечно, с его настройкой вы провозитесь гораздо дольше, естественно, начинать с самых длинный полотен, и диаграмма направленности на разных диапазонах будет различной, но вы получите несколько диапазонов «на одном дворе».  Слабым, но утешением, является еще и то, что всё запитано одним кабелем.  В этом варианте как нигде более, важно применение симметрирующего устройства.

Следующей группой антенн являются антенны в виде длинного провода. Они представляют собой излучатели, по длине которых укладывается несколько полуволн рабочей частоты. При этом отдельные полуволновые отрезки возбуждаются в противофазе и следовательно, с увеличением длины проводника направление основного излучения всё больше приближается к направлению натяжения провода. К антеннам «длинный провод» принадлежат: антенна в виде длинного провода(или иначе антенна Бэвэриджа), всеволновая антенна DL7AB, V-образная антенна. Принцип работы понятен, хватило бы нашего картофельного поля для размещения этих антенн.  :-(((


Хорошим решением является электрическое (резонансное) деление частей антенны на отрезки нужной длинны в нужном месте контуром, настроенным на максимальное сопротивление на нужной частоте.  Известные фотографии антенн волновых каналов с «утолщениями» (где и прячутся эти контура-трапы) хорошо иллюстрируют этот принцип. Но его легко можно применить к проволочным антеннам. Только при этом обязательно следует учесть, что полоса пропускания и так  очень узкополосных антенн станет еще меньше.  Хорошо известный вариант траповой антенны W3DZZ.


Необходимо любыми средствами уменьшить геометрические размеры антенны соблюдая длины электрические. Следует помнить любой укороченный вариант работает заметно хуже полноразмерного. Именно по указанной выше причине радиолюбители часто превращают этот отмерянный длинный провод в замкнутую рамку, присно известную как «дельта 80-ти метрового диапазона». Она тоже гармоническая, т.е. работает на частотах кратных резонансу. Например 3550, 7100,  14200 и т.д.  Обратите внимание что из этого ряда выпадает 21 мгц и все WARC диапазоны. Да и по диапазонам не всё так хорошо. Если вы, например, телеграфист, то резонанс на 14200 вас не устроит. Тем более что рамки очень узкополосные. Но так мы благополучно сделали шаг вперёд от разомкнутых вибраторов к замкнутым. :-) Конечно, если размеры нашей дворовой территории позволяют.


В принципе, любая рамка является вариацией петлевого вибратора (диполя).  В связи с тем, что полоса пропускания петлевого диполя шире, чем у обыкновенного диполя в несколько раз, они были бы достаточно привлекательны, если бы не их входное сопротивление= ~300 Ом.   Дальнейшая модификация — растягивание сторон петлевого вибратора на максимальное расстояние (круг) или его вариации (треугольник или квадрат)  приводит к падению входного сопротивления примерно до 120 Ом. Промышленностью выпускаются коаксиальные кабели с таким сопротивлением (100 Ом), так что любой формы замкнутая рамка помещающаяся на вашей территории является очень хорошим вариантом.  Будьте внимательны: усиление, о котором говорят имея в виду одноэлементные рамочные антенны,  это только концентрация излучаемой мощности в горизонтальных составляющих (соответственно ослабляя вертикальные). Это усиление относительно изотропной антенны, виртуальной теоретической антенны излучающей во всех направлениях (диаграмма излучения — сфера, шар).  Поэтому реальный  выигрыш относительно диполя будет равен 1 дб и только если рамка расположена вертикально и только в направлениях перпендикулярных полотну рамки.


Если эту рамку «вытянуть» вертикально, получим гибрид петлевого вибратора и штыревой антенны. Подробное описание варианта можно почитать тут http://dl2kq.de/ant/3-17.htm  Соответственно вокруг должно быть свободное пространство, иначе антенна всё-равно будет работать плохо. Но выигрыш в 1 дБ — всё равно выигрыш. И пренебрегать им не следует.
Правильное питание любой антенны является необходимым для ее эффективной работы. В случае использования рамочной антенны следует помнить, что это симметричная антенна, и, следовательно, она требует использования симметрирующего устройства для ее питания. Без симметрирующего устройства возможно рассогласование, т. е. будет наводка переотраженной электромагнитной волны на внешнюю оболочку коаксиального кабеля, затем попадание этой переотраженной энергии в антенну, не говоря уже о том, что излучать будет и оплётка кабеля. Если кабель будет расположен вблизи бытовых радио или телеустройств — проблемы неминуемы. Поэтому симметрирующее устройство является обязательным. В материале о свойствах антенн (см. ссылку выше) я рекомендовал некоторое количество витков на пластиковом каркасе. Но там антенны были механически прочными (трубы), была точка крепления. В рамочной антенне прийдется использовать либо ферриты, либо делать катушку из питающего кабеля на пластиковой бутылке из под пива или минералки подвешенными на самой рамке. Следует также учитывать, что входное сопротивление волновой рамки составляет 110-130 Ом. В случае небольшой высоты нижних участков рамки над землей оно падает еще больше и может достигать даже величин менее 50 Ом, но рамки, все же, имеют высокое входное сопротивление. И, если мы не нашли кабеля с сопротивлением 100 Ом, то совершенно очевидно что прийдется применять согласование. В данном случае  это использование четвертьволнового трансформатора. Т.е. усложнение, а его мы хотим избежать.
Вы уже ощущаете приближение момента, когда мы будем говорить о двух рамках, которые составят одну антенну, имеющую реальный коэффициент усиления относительно диполя в свободном пространстве. Т.е. если рамки расположить паралельно на расстоянии от 0,1 до 0,25 длинны волны, то за счет сложения на одной из них собственной ЭДС и энергии наведенной переизлучением второй рамки, получим увеличение полезного сигнала в несколько раз.  То же самое можно сказать и об обычных полуволновых вибраторах. Изменяя длину одного элемента относительно длинны волны добиваются еще и усиления мощности (наводимой ЭДС в случае приёма) в определённом направлении. при этом более длинный, «отражающий» элемент называют рефлектором, а второй, активный (куда подключен кабель) — вибратором. Существует вариант, когда второй элемент делают короче вибратора. В этом случае он назывется директором. (В эту сторону формируется максимальная составляющая излучения).  Конечно, и две подвешенные рамки имеют право на существование. Но очень хочется эти две рамки поворачивать на одной траверсе во все стороны света.
В рамках поставленной перед этим материалом задачи осталось только обсудить плюсы и минусы Yagi v& Quad.  Мы уже давно знаем, что сколько человек, столько и мнений, но есть темы где человечество чётко делится на две половины: сторонники Yagi и приверженцы Quad.   Совершенно естественно, что у каждой стороны есть достаточно весомые аргументы.  Не мудрствуя лукаво изложу свои, в пользу Yagi. Первое – конструкция. Легко повторяемая, прозрачная для понимания, не содержащая сложных механических узлов и поэтому прочная и легкая.  Нет риска запутаться в проволочных элементах :-) Второе – питание по одному кабелю с активным  ли питанием  или с  переизлучением.  Квадраты требуют для каждого отдельного диапазона своих элементов настройки, трансформаторов и кабелей.  Ну, или, коммутатора непосредственно у основания антенны или наверху. Всё это увеличивает вес, а стало быть влечёт за собой дополнительные затраты: на более материалоёмкую опору (мачту), на более мощное поворотное устройство, не говоря уже о прямых затратах на большее количество  кабеля и приобретение коммутатора.

      Практики утверждают, что эффективность квадратов всегда на одну условную единицу ( на 1 элемент) превышает эффективность волнового канала.   Но так ли это?  Насколько мне ведомо, это утверждение применимо  в том случае,  когда волновой канал траповый!!! и расстояние между элементами определялось не в пользу максимального усиления на конкретном диапазоне, а в пользу простоты конструкции и дешевизны производства.  Современные яги имеют полноразмерные элементы на оптимальных для коэффициента усиления в каждом диапазоне расстояниях. Так что расстаёмся с еще одним мифом о преимуществах квадрата. Сюда же отнесем и многодиапазонность квадратов. Да.  Действительно, число элементов наращивается без проблем. Теоретически.  А практически, в связи с большим весом крепления элементов, начинают проявлятся  тенденции к ограничению длинны несущей траверсы (бума).

    Сторонники квадратов утверждают, что антенна «малошумящая», в связи с тем, что  токи, протекающие в вертикальных частях рамки, взаимно компенсируются.  Да, это закон физики. Но кто сказал, что шум наводится только в вертикальных проводах квадрата?   Это зависит от поляризации мешающего сигнала , а какой она будет в различные моменты времени – неизвесно. Здесь те, кто не читал начало этой статьи  могут поспорить.

    Утверждение о том, что квадраты меньше подвержены влиянию земли и работают на небольшой высоте тоже справедливо, поскольку рамка замкнутая. Но кто сказал, что небольшая высота подвеса антенны есть преимущество.  Достаточно часто антенну всё равно приходится поднимать всё выше и выше из-за мешающих строений, растущих деревьев и т.д.  : — ).   Совсем не секрет, что  мы все, если бы имели возможность, жили бы на возвышающихся над округой холмами где стояли бы наши мачты и антенны.

Да, рамки, конечно, более широкополосны и не требуют специальных мер для обеспечения хорошего КСВ во всём диапазоне. Но, если эти меры всё-таки применить, а в промышленных конструкциях это предусмотрено, то боевая ничья.

Понятны приоритеты и в части при оценки ветровой нагрузки: яги значительно безопаснее.

Ну и последнее.  Радиолюбительство – это для души. Лично мне кажется, что  эстетичные, устремлённые к горизонту и блестящие на солнце волновые каналы произведут на моих соседей лучшее впечатление чем  громадные, раскрашенные как пограничные столбы (или противотанковые)  ежи.

По материалам интернет изданий

« Предыдущие