Питание платы
Данный раздел имеет довольно таки большую значимость, если делать что то не так, как написано здесь, можно получить сгоревшую плату или глюки, причины которых не так очевидны и отследить их очень трудно. Если вы ожидали увидеть здесь советы по энергосбережению и режимам сна – они находятся в отдельном уроке про энергосбережение.
Перейдем к питанию платы: есть три способа питать Ардуино и вообще Ардуино-проект в целом, у каждого есть свои плюсы/минусы и особенности:
Что касается земли (пины GND) то они все связаны между собой и просто продублированы на плате, это нужно запомнить. Пины 3.3V, 5V и GND являются источником питания для датчиков и модулей, но давайте рассмотрим особенности.
Питание от USB
Питание от USB – самый плохой способ питания ардуино-проекта. Почему? По линии питания +5V от USB стоит диод, выполняющий защитную функцию: он защищает порт USB компьютера от высокого потребления тока компонентами ардуино-проекта или от короткого замыкания (КЗ), которое может произойти по случайности/криворукости любителей ковырять макетные платы. КЗ продолжительностью менее секунды не успеет сильно навредить диоду и всё может обойтись, но продолжительное замыкание превращает диод в плавкий предохранитель, выпускающий облако синего дыма и спасающий порт компьютера от такой же участи.
К слову, ардуинки от производителя Robotdyn имеют самовосстанавливающийся предохранитель вместо такого костыля с диодом-смертником.
Слаботочный диод имеет ещё одну неприятную особенность: на нём падает напряжение, причем чем больше ток потребления схемы, тем сильнее падает напряжение питания. Пример: голая ардуина без всего потребляет около 20 мА, и от 5 Вольт на юсб после диода нам остаётся примерно 4.7 Вольт. Чем это плохо: опорное напряжение при использовании АЦП крайне нестабильно, не знаешь, что измеряешь (да, есть способ измерения опорного напряжения, но делать это нужно вручную). Некоторые железки чувствительны к напряжению питания, например LCD дисплеи: при питании от 5V они яркие и чёткие, при 4.7 вольтах (питание от юсб) они уже заметно теряют яркость. Если подвигать сервоприводом или включить реле – на диоде упадет ещё больше и дисплей практически погаснет. При коротких мощных нагрузках (выше 500-600ма) микроконтроллер перезапустится, так как напряжение упадет ниже плинтуса.
Вы наверное предложите заменить диод перемычкой, чтобы питать схему от USB большим током, например от powerbank’а. Так делать тоже нельзя, потому что дорожки на плате не рассчитаны на большие токи (дорожка 5V очень тонкая и идёт через всю плату). Я думаю, что можно будет снять 1-2 Ампера с пина 5V, но, скорее всего, напряжение просядет. Также при КЗ вы скорее всего попрощаетесь с дорожкой вообще. Питайте силовую часть схемы либо отдельно, либо от того же источника питайте Arduino.
Питание в Vin
Питание в пин Vin (и GND) – более универсальный способ питания ардуино-проекта, этот пин заводит питание на бортовой стабилизатор напряжения ардуино, на китайских платах обычно стоит AMS1117-5.0. Это линейный стабилизатор, что имеет свои плюсы и минусы. Он позволяет питать ардуино и ардуино-проект от напряжения 7-12 Вольт (это рекомендуемый диапазон, так то питать можно от 5 до 20 Вольт). Стабилизатор устроен так, что он выдает хорошее ровное напряжение с минимальными пульсациями, но всё лишнее напряжение превращает в тепло. Если питать плату и один миниатюрный сервопривод от 12 Вольт, то при активной работе привода стабилизатор нагреется до 70 градусов, что уже ощутимо горячо. По некоторым расчетам из даташита можем запомнить некоторые цифры:
Питание в пин Vin возможно только в том случае, если в Ардуино проекте (имеется в виду плата Ардуино и железки, подключенные к 5V и GND) не используются мощные потребители тока, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, моторчики и прочее. Что можно: датчики, сенсоры, дисплеи, модули реле (не более 3 одновременно в активном состоянии), одиночные светодиоды, органы управления. Для проектов с мощной 5 Вольтовой нагрузкой для нас есть только третий способ.
Питание в 5V
Питание в пин 5V (и GND) – самый лучший вариант питать плату и ардуино-проект в целом, но нужно быть аккуратным: пин идёт напрямую на микроконтроллер, и на него действуют некоторые ограничения:
4 Вольта (20 МГц – 4.5V, 16 МГц – около 4V). Есть версии Arduino на 8 МГц, они будут спокойно работать от напряжения 2.5V.
Важно: напряжение питания в пин 5V не должно превышать 5.5V. Минимальное напряжение: 4V для плат на 16 МГц (на моей практике работало стабильно от 3.5V), 2.5V для плат на 8 МГц.
Самый популярный вариант – USB зардяник от смартфона, их легко достать, диапазон токов от 500ма до 3А – справится практически с любым проектом. Отрезаем штекер и паяем провода на 5V и GND, предварительно определив, где плюс/минус при помощи мультиметра или по цвету: красный всегда плюс, чёрный – земля, при красном плюсе земля может быть белого цвета. При чёрной земле плюс может быть белым, вот так вот. Точно туда же паяем все датчики/модули/потребители 5 Вольт. Да, не очень удобно это паять, но при известной схеме можно аккуратно собрать всё питание в отдельные скрутки и припаять уже их. Пример на фото ниже. Источником питания там является отдельное гнездо micro-usb, зелёная плата сразу над дисплеем. 
Автоматический выбор источника
На платах Arduino (на китайских клонах в том числе) реализовано автоматическое переключение активного источника питания: при подключении внешнего питания на пин Vin линия питания USB блокируется. Если кому интересно, на схеме платы Arduino это выглядит вот так: 
Питание “мощных” схем
Резюмируя и повторяя всё сказанное выше, рассмотрим варианты питания проектов с большим потреблением тока.
Питать мощный проект (светодиоды, двигатели, нагреватели) от 5V можно так: Arduino и потребитель питаются вместе от 5V источника питания: 
Питать мощный потребитель от USB через плату нельзя, там стоит диод, да и дорожки питания тонкие: 
Что делать, если всё-таки хочется питать проект от USB, например от powerbank’а? Это ведь удобно! Всё очень просто: 
Если есть только блок питания на 12V, то у меня плохие новости: встроенный стабилизатор на плате не вытянет больше 500 мА: 
Но если мы хотим питать именно 12V нагрузку, то проблем никаких нет: сама плата Arduino потребляет около 20 мА, и спокойно будет работать от бортового стабилизатора: 
Автономное питание
Бывает, что нужно обеспечить автономное питание проекта, т.е. вдали от розетки, давайте рассмотрим варианты. Также для этих целей пригодится урок по энергосбережению и режимам сна микроконтроллера.
Arduino как источник питания
Важный момент, который вытекает из предыдущих: использование платы Arduino как источник питания для модулей/датчиков. Варианта тут два:
Помехи и защита от них
Если в одной цепи питания с Ардуино стоят мощные потребители, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, модули реле и прочее, на линии питания могут возникать помехи, приводящие к сильным шумам измерений с АЦП, а более мощные помехи могут дергать прерывания и даже менять состояния пинов, нарушая связь по различным интерфейсам связи и внося ошибки в показания датчиков, выводя чушь на дисплеи, а иногда дело может доходить до перезагрузки контроллера или его зависания. Некоторые модули также могут зависать, перезагружаться и сбоить при плохом питании, например bluetooth модуль спокойно может зависнуть и висеть до полной перезагрузки системы, а радио модули rf24 вообще не будут работать при “шумном” питании.
Более того, помеха может прийти откуда не ждали – по воздуху, например от электродвигателя, индуктивный выброс ловится проводами и делает с системой всякое. Что же делать? “Большие дяди” в реальных промышленных устройствах делают очень много для защиты от помех, этому посвящены целые книги и диссертации. Мы с вами рассмотрим самое простое, что можно сделать дома на коленке.
Ещё лучше с фильтрацией помех справится LC фильтр, состоящий из индуктивности и конденсатора. Индуктивность нужно брать с номиналом в районе 100-300 мкГн и с током насыщения больше, чем ток нагрузки после фильтра. Конденсатор – электролит с ёмкостью 100-1000 uF в зависимости опять же от тока потребления нагрузки после фильтра. Подключается вот так, чем ближе к нагрузке – тем лучше: 
Подробнее о расчёте фильтров можно почитать здесь.
Индуктивные выбросы
На практике самая подлая помеха обычно приходит при коммутации индуктивной нагрузки при помощи электромагнитного реле: от такой помехи очень сложно защититься, потому что приходит она по земле, то есть вас не спасёт даже раздельное питание проекта. Что делать?
Подробнее об искрогасящих цепях можно почитать вот в этой методичке.
Главный Глупый Вопрос
У новичков в электронике, которые не знают закон Ома, очень часто возникают вопросы вида: “а каким током можно питать Ардуино“, “какой ток можно подать на Ардуино“, “не сгорит ли моя Ардуина от от блока питания 12V 10A“, “сколько Ампер можно подавать на Arduino” и прочую чушь. Запомните: вы не можете подать Амперы, вы можете подать только Вольты, а устройство возьмёт столько Ампер, сколько ему нужно. В случае с Arduino – голая плата возьмёт 20-22 мА, хоть от пина 5V, хоть от Vin. Ток, который указан на блоке питания, это максимальный ток, который БП может отдать без повреждения/перегрева/просадки напряжения. Беспокоиться стоит не об Arduino, а об остальном железе, которое стоит в схеме и питается от блока питания, а также о самом блоке питания, который может не вывезти вашу нагрузку (мотор, светодиоды, обогреватель). Общий ток потребления компонентов не должен превышать возможностей источника питания, вот в чём дело. А будь блок питания хоть на 200 Ампер – компоненты возьмут ровно столько, сколько им нужно, и у вас останется “запас по току” для подключения других. Если устройство питается напряжением, то запомните про максимальный ток источника питания очень простую мысль: кашу маслом не испортишь.
На нашем форуме часто всплывают вопросы вроде того «Как сделать правильную диагностику», «Что и где измерить», конечно же у нас есть раздел «Понимание и диагностика», но я решил создать свою тему с детальным рассмотрением некоторых аспектов, да простят меня многоуважаемые мастера
«Основные компоненты и их определения»
6. Так же на новых платформах ставят гибридные мосты вроде северо-юг (хотя это не совсем правильный жаргон), а если по другому то у AMD этоFCH (Fusion Controller Hub), а у INTEL PCH (Platform Controller Hub).
Ну я думаю этого будет вполне достаточно и я не стану перечислять что такое оперативная память или например периферию какую нибудь ибо вам наверняка надоест читать
«Диагностика»
Теперь приступим к рассмотрению принципов диагностики! Прежде всего хочу заметить что после того как вы разобрали ноутбук и добрались таки до материнской платы в первую очередь надо внимательно осмотреть её на предмет окислов, потемневших участков, следов пайки, нагара, вздутий текстолита и других повреждений, так же внимательно осмотреть все разьёмы (чтобы нигде ничего не коротило) и исходя из этого вполне можно строить определённые выводы.
Далее конечно же надо смотреть по ситуации, то есть если у вас к примеру окисления в каком либо участке, то надо поснимать с платы всё что снимается и хорошенько промыть плату, я например промываю под водой с фейри и зубной щёткой, а затем выдуваем всю воду с платы (особенно из под чипов) с помощью компрессора, досушиваем основательно желательно на «печке» нижним подогревом с температурой 60 градусов по цельсию, но без фанатизма, потом смотрим отгнившие элементы под микроскопом и восстанавливаем! Так же стоит обратить внимание на то место куда «протекло», ибо часто бывает что жидкость попадает к примеру под ЮГ и в итоге под ним начинают отгнивать контакты, в данном случае надо снимать юг, чистить посадочное место и не редко восстанавливать пятаки, затем на ваше усмотрение либо ребоулить чип и ставить на место, либо ставить новый.
Если же вы не обнаружили ничего подозрительного на плате, то далее стоит проверить на наличие короткого замыкания (КЗ) на плате, как же это делается, для начала если вы ДОСКОНАЛЬНО не знаете эту платформу, то лучше скачать схему и в ней смотреть цепи питаний, схему мы ищем не по названию ноутбука, а по платформе, подробно об определении платформ тут http://notebook1.ru/. hp?f=89&t=34166
Начинаем с проверки первички «19 вольтовая линия» (вообще если быть точным то первичка на некоторых моделях может быть не 19в, а к примеру 15в или же наоборот 20в и надо смотреть что написано на корпусе, для того чтобы узнать параметры совместимого ЗУ), ищем по схеме где они проходят и так же меряем сопротивление относительно земли, оно должно быть очень большое!
Если же у вас заниженное сопротивление по высокому (19в), то для начала вам надо понять в каких цепях оно присутствует, то есть в обвязке чаржера (Сharger в переводе с англиского «зарядное устройство») или в нагрузке, чтобы понять как это сделать давайте рассмотрим принцип работы чаржера:
Для наглядного примера я возьму даташит от микросхемы чаржера BQ24753A
Итак смотрим что же происходит при подключении блока питания:
1. На ACDET (детектор зарядника) через резистор который является делителем приходит напруга и если она больше 2.4в то чаржер сообщает мульту о переходе в режим зарядки по каналу IADAPT, при этом OVPSET определяет порог входного напряжения и если всё нормально, то ключ (мосфет) Q3 закрывается и управляющая ACDRV открывает Q1 тем самым запитывая чаржер уже от БП (PVCC 19в) и проходит Q2, после чего уходит в нагрузку.
Я не буду пояснять для чего служат остальные выводы ибо это будет очень долго, но если вам интересно то вы можете сами поискать даташит и вдумчиво изучить остальной функционал.
Вернёмся к тому что нам надо определить где же у нас кз (в нагрузке или до неё), исходя из вышесказанного вы должны понимать что допустим если у вас пробит конденсатор С1 то если вы будете искать КЗ в нагрузке ты вы его там попросту не обнаружите, а на разьёме оно будет просаживаться, поэтому в моём случае надо производить замеры относительно земли допустим на резисторе R10, затем на PVCC микросхемы чаржера и наконец на резисторе Rас, так же в обязательном порядке проверяем мосфеты Q1, Q2 и Q3 на пробой (желательно с ними также проверить Q4 и Q5), далее если допустим у нас с вами кз не в нагрузке, то можно воспользоваться ЛБП (лабораторный блок питания) с ограничением по току, тыкаем в область кз и ищем на плате греющиеся элементы, меняем, процедура производится до того момента пока кз не уйдёт, либо можно не использовать ЛБП, а просто выпаивать элементы попавшие под подозрение и менять если они пробиты.
Другой момент когда короткое в нагрузке, тут перед тем как лазить ЛБП нам надо убедиться что все мосфеты во вторичных цепях питания на которые приходит высокое (другими словами верхнее плечо) не пробиты, я поясню вам зачем это надо:
Для наглядости примера возьмём часть цепи шимкотролера RT8202A (в схеме от ASUS k42jv это питальник оперативы)
Это и есть наш Power on sequence и ещё :
Первым делом нам нужно убедится что на плату поступает +3VA_EC и наш мультиконтролер запитан, так же смотрим запитана ли флешка биоса. Кстате сказать на разным платформах это питание формируется по разному (не обязательно его должен формировать шим дежурки), это на заметку тем кто спрашивает, а откуда запитан мульт если дежурка не работает, смотрите вашу схему товарищи!
Затем если эти шимконтролеры исправны и питания поднимаются они отдают в цепь детектора Power Good-ы:
Вот так выглядит цепь POWER GOOD DETECTER.
Далее формируется сигнал SYSTEM_PWRGD он же является EN (сигнал включения) для шима который формирует +VTT_CPU это напряжение питания терминаторов процессора (дополнительное напряжение питания процессора) и этот шим так же выдает +VTT_CPU_PWRGD в цепь второго детектора, а детектор в свою очередь посылает на проц сигнал H_VTTPWRGD (сообщая что сие питание в норме):
Затем мульт отправляет сигнал PM_PWROK хабу сообщая о том что питания в норме, и хаб отправляет на проц сигналы H_DRAM_PWRGD иH_CPUPWRGD сообщая процессору, что эти питания в норме, параллельно проходит сигнал BUF_PLT_RST# который снимает ресет с проца и после которого начинается операция пост! Мы рассмотрели последовательность включения питаний на отдельном ноутбуке, но хочу заметить что на разных платформах эти последовательности очень похожи (делаем выводы), например на asus f80l где север отдельно на конечных этапах прибавляется сигнал PLT_RST# который идёт отдельно на север!
Теперь для полного счастья рассмотрим принцип работы шимконтроллеров дабы иметь представление что делать если вдруг какие то питания не поднимаются, для примера возьмём RT8202APQW:
В этом варианте мы также начинаем с прошивки биоса. Не помогло:
Подключаемся на внешку (может на CRT или на HDMI будет изо), затем подкидываем пост карту, смотрим в схеме где у нас распаян LPC, если он не идёт на MINI PCI-E то смотрим куда можно подпаять пост карту, на некоторых платформах присутствует LPC Debug Port, многие считают что это вообще лишняя трата времени потому что пост может вообще ахинею показать, но давайте подумаем какая таки задача стоит перед нами, нам необходимо максимально сузить круг поиска, чтобы было легче было найти неисправность и нередко пост карта нам помогает в этом деле.
Буквенное обозначение радиоэлементов на схеме
________________________________________
Этот материал, как и опубликованный ранее предназначен для того, чтобы начинающему радиолюбителю было с чего начать. В различных технических изданиях такой материал так же встречается редко. Именно этим он и ценен.
В таблице приводится буквенное обозначение основных радиоэлементов на радиосхемах в соответствии с государственным стандартом (ГОСТом). Указанное в таблице буквенное обозначение радиоэлементов – не догма, и в основном не соблюдается разработчиками радиосхем. Например, в соответствии с ГОСТ, обозначение потенциометра (переменного резистора) – RP, а на схемах чаще всего встречается просто – R. Когда специалист любого уровня «читает» радиосхему, он безошибочно определяет, что буквенное обозначение относится именно к этому потенциометру, а не к другому радиоэлементу. Главное, что первая буква обозначения соответствует.
Бывали случаи, когда я проектировал схему, а когда наносил на схему буквенные обозначения, то вдруг обнаруживал, что я не помню, какой буквой обозначается редко используемый элемент. Тогда я обращался к этой табличке. Поэтому эта таблица с буквенными обозначениями может быть полезной не только начинающим радиолюбителям.
Основное обозначение Наименование элемента Дополнительное обозначение Вид устройства
А Устройство АА
АК
AKS Регулятор тока
Блок реле
Устройство
B Преобразователи BА
BF
BK
BL
BM
BS Громкоговоритель
Телефон
Датчик тепловой
Фотоэлемент
Микрофон
Звукосниматель
С Конденсаторы СВ
CG Батарея конденсаторов силовая
Блок конденсаторов зарядный
D Интегральные схемы, микросборки DA
DD ИС аналоговая
ИС цифровая, логический элемент
E Элементы разные EK
EL Теплоэлектронагреватель
Лампа осветительная
F Разрядники, предохранители, устройства защиты FA
FP
FU
FV Дискретный элемент защиты по току мгновенного действия
Дискретный элемент защиты по току инерционного действия
Предохранитель плавкий
Разрядник искровой
G Генераторы, источники питания GB
GC
GE Батарея аккумуляторов
Синхронный компенсатор
Возбудитель генератора
H Устройства индикационные и сигнальные HA
HG
HL
HLA
HLG
HLR
HLW
HV Прибор звуковой сигнализации
Индикатор
Прибор световой сигнализации
Табло сигнальное
Лампа сигнальная с зелёной линзой
Лампа сигнальная с красной линзой
Лампа сигнальная с белой линзой
Индикаторы ионные и полупроводниковые
K Реле, контакторы, пускатели KA
KH
KK
KM
KT
KV
KCC
KCT
KL Реле токовое
Реле указательное
Реле электротепловое
Контактор, магнитный пускатель
Реле времени
Реле напряжения
Реле команды включения
Реле команды отключения
Реле промежуточное
L Катушки индуктивности, дроссели LL
LR
LM Дроссель люминисцентного освещения
Реактор
Обмотка возбуждения электродвигателя
М Двигатели МА Электродвигатели
Р Приборы измерительные PA
PC
PF
PI
PK
PR
PT
PV
PW Амперметр
Счётчик импульсов
Частотомер
Счетчик активной энергии
Счетчик реактивной энергии
Омметр
Измеритель времени действия, часы
Вольтметр
Ваттметр
Q Выключатели и разъединители силовые QF Выключатель автоматический
R Резисторы RK
RP
RS
RU
RR Терморезистор
Потенциометр
Шунт измерительный
Варистор
Реостат
S Устройства управления и коммутации SA
SB
SF Выключатель, или переключатель
Выключатель кнопочный
Выключатель автоматический
T Трансформаторы, автотрансформаторы TA
TV Трансформатор тока
Трансформатор напряжения
U Преобразователи UB
UR
UG
UF Модулятор
Демодулятор
Блок питания
Преобразователь частоты
V Приборы электровакуумные и полупроводниковые VD
VL
VT
VS Диод, стабилитрон
Прибор электровакуумный
Транзистор
Тиристор
X Соединители контактные XA
XP
XS
XW Токосъёмник
Штырь
Гнездо
Соединитель высокочастотный
Y Устройства механические с электромагнитным приводом YA
YAB Электромагнит
Замок электромагнитный
Биполярный транзистор, расчёт транзисторного каскада
________________________________________
Для работы транзистора в режиме усиления сигнала, без искажения последнего, необходимо обеспечить этот самый рабочий режим. Говорят о смещении базы транзистора. Грамотные специалисты тешат себя правилом: Транзистор управляется током – это аксиома. Но режим смещения транзистора устанавливается напряжением база-эмиттер, а не током – это реальность. И у того, кто не учитывает напряжение смещения, никакой усилитель работать не будет. Поэтому в расчётах его значение должно учитываться.
Итак, работа биполярного транзисторного каскада в режиме усиления происходит при определённом напряжении смещения на переходе база-эмиттер. Для кремниевого транзистора значение напряжения смещения лежит в пределах 0,6…0,7 вольт, для германиевого – 0,2…0,3 вольта. Зная об этом понятии, можно не только рассчитывать транзисторные каскады, но и проверять исправность любого транзисторного усилительного каскада. Достаточно мультиметром с высоким внутренним сопротивлением измерить напряжение смещения база-эмиттер транзистора. Если оно не соответствует 0,6…0,7 вольт для кремния, или 0,2…0,3 вольта для германия, тогда ищите неисправность именно здесь – либо неисправен транзистор, либо неисправны цепи смещения или развязки этого транзисторного каскада.
Вышеуказанное, изображено на графике – вольтамперной характеристике (ВАХ).