Как выглядит диод на плате

Диоды и их разновидности

Мы очень часто применяем в своих схемах диоды, а знаете ли вы как он работает и что из себя представляет? Сегодня в «семейство» диодов входит не один десяток полупроводниковых приборов, носящих название «диод». Диод представляет собой небольшую емкость с откачанным воздухом, внутри которой на небольшом расстоянии друг от друга находится анод и второй электрод — катод, один из которых обладает электропроводностью типа р, а другой — n. Чтобы представить как работает диод, возьмем для примера ситуацию с накачиванием колеса при помощи насоса. Вот мы работаем насосом, воздух закачивается в камеру через ниппель, а обратно этот воздух выйти через ниппель не может. По сути воздух, это тот же электрон в диоде, вошел электрончик, а обратно выйти уже нельзя. Если вдруг ниппель выйдет из строя то колесо сдуется, будет пробой диода. А если представить что ниппель у нас исправный, и если мы будем нажимая на пипку ниппеля выпускать воздух из камеры, причем нажимая как нам хочется и с какой длительностью – это будет управляемый пробой. Из этого можно сделать вывод что диод пропускает ток только в одном направлении (в обратном направлении тоже пропускает, но совсем маленький) Внутреннее сопротивление диода (открытого) — величина непостоянная, она зависит от прямого напряжения приложенного к диоду. Чем больше это напряжение, тем больше прямой ток через диод, тем меньше его пропускное сопротивление. Судить о сопротивлении диода можно по падению напряжения на нем и току через него. Так, например, если через диод идет прямой ток Iпр. = 100 мА (0,1 А) и при этом на нем падает напряжение 1В, то (по закону Ома) прямое сопротивление диода будет: R = 1 / 0,1 = 10 Ом. Отмечу сразу, что вдаваться в подробности и сильно углубляться, строить графики, писать формулы мы не будем – рассмотрим все поверхностно. В данной статье рассмотрим разновидности диодов, а именно светодиоды, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки и др.

Диоды

Обозначаются на схемах вот так: Треугольная часть является АНОД’ом, а черточка это КАТОД. Анод это плюс, катод – минус. Диоды например, используют в блоках питания для выпрямления переменного тока, при помощи диодного моста можно превратить переменной ток в постоянный, применяются для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п. Диодный мост представляет собой 4 диода, которые подключаются последовательно, причем два диода из этих четырех включены встречно, посмотрите на рисунки ниже. Именно так и обозначается диодный мост, правда в некоторых схемах обозначают сокращенным вариантом: Вывода ~ подключаются к трансформатору, на схеме это будет выглядеть вот так: Диодный мост предназначен для преобразования, чаще говорят для выпрямления переменного тока в постоянный. Такое выпрямление называется двухполупериодным. Принцип работы диодного моста заключается в пропускании положительной полуволны переменного напряжения положительными диодами и обрезании отрицательной полуволны отрицательными диодами. Поэтому на выходе выпрямителя образуется немного пульсирующее положительное напряжение с постоянной величиной. Для того, чтобы этих пульсаций не было, ставят электролитические конденсаторы. после добавления конденсатора напряжение немного увеличивается, но отвлекаться не будем, про конденсаторы можете почитать здесь. Диодные мосты применяют для питания радиоаппаратуры, применяются в блоках питания и зарядных устройствах. Как уже говорил, диодный мост можно составить из четырех одинаковых диодов, но продаются и готовые диодные мосты, выглядят они вот так:

Диод Шоттки

Диоды Шоттки имеют очень малое падение напряжения и обладают повышенным быстродействием по сравнению с обычными диодами. Ставить вместо диода Шоттки обычный диод не рекомендуется, обычный диод может быстро выйти из строя. Обозначается на схемах такой диод так:

Стабилитрон

Стабилитрон препятствует превышению напряжения выше определённого порога на конкретном участке схемы. Может выполнять как защитные так и ограничительные функции, работают они только в цепях постоянного тока. При подключении следует соблюдать полярность. Однотипные стабилитроны можно соединять последовательно для повышения стабилизируемого напряжения или образования делителя напряжений. Стабилитроны на схемах обозначаются следующим образом: Основным параметром стабилитронов является напряжение стабилизации, стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации, например 3в, 5в, 8.2в, 12в, 18в и т.п.

Варикап

Варикап (по другому емкостной диод) меняет своё сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения. Применяется как управляемый конденсатор переменной емкости, например, для настройки высокочастотных колебательных контуров.

Тиристор

Тиристор имеет два устойчивых состояния: 1) закрытое, то есть состояние низкой проводимости, 2) открытое, то есть состояние высокой проводимости. Другими словами он способен под действием сигнала переходить из закрытого состояния в открытое. Тиристор имеет три вывода, кроме Анода и Катода еще и управляющий электрод — используется для перевода тиристора во включенное состояние. Современные импортные тиристоры выпускаются и в корпусах ТО-220 и ТО-92. Тиристоры часто используются в схемах для регулировки мощностей, для плавного пуска двигателей или включения лампочек. Тиристоры позволяют управлять большими токами. У некоторых типов тиристоров максимальный прямой ток достигает 5000 А и более, а значение напряжений в закрытом состоянии до 5 кВ. Мощные силовые тиристоры вида Т143(500-16) применяются в шкафах управления эл.двигателями, частотниках.

Симистор

Симистор используется в системах, питающихся переменным напряжением, его можно представить как два тиристора, которые включены встречно-параллельно. Симистор пропускает ток в обоих направлениях.

Светодиод

Светодиод излучает свет при пропускании через него электрического тока. Светодиоды применяются в устройствах индикации приборов, в электронных компонентах (оптронах), сотовых телефонах для подсветки дисплея и клавиатуры, мощные светодиоды используют как источник света в фонарях и т.д. Светодиоды бывают разного цвета свечения, RGB и т.д. Обозначение на схемах: Подробнее про светодиоды можно почитать здесь.

Инфракрасный диод

Инфракрасные светодиоды (сокращенно ИК диоды) излучают свет в инфракрасном диапазоне . Области применения инфракрасных светодиодов это оптические контрольно-измерительные приборы, устройства дистанционного управления, оптронные коммутационные устройства, беспроводные линии связи. Ик диоды обозначаются так же как и светодиоды. Инфракрасные диоды излучают свет вне видимого диапазона, свечение ИК диода можно увидеть и посмотреть например через камеру сотового телефона, данные диоды так же применяют в камерах видеонаблюдения, особенно на уличных камерах чтобы в темное время суток была видна картинка.

Фотодиод

Фотодиод преобразует свет попавший на его фоточувствительную область, в электрический ток, находит применение в преобразовании света в электрический сигнал. Фото диоды (а так же фоторезисторы, фототранзисторы) можно сравнить с солнечными батареями. Обозначаются на схемах так:

Адвансед Опубликована: 2012 г. 0 1

Вознаградить Я собрал 0 4

Оценить статью

• Техническая грамотность

Проверка диодов мультиметром

И для любителей, и для профессионалов электроники очень важным умением является способность определить полярность (где катод, а где анод) и работоспособность диода. Так как мы знаем, что диод, по сути, является не более, чем односторонним клапаном для электричества, то вероятно, мы можем проверить его однонаправленный характер с помощью омметра, измеряющего сопротивление по постоянному току (питающегося от батареи), как показано на рисунке ниже. При подключении диода одним способом мультиметр должен показать очень низкое сопротивление на рисунке (a). При подключении диода другим способом мультиметр должен показать очень большое сопротивление на рисунке (b) (некоторые модели цифровых мультиметров в этом случае показывают «OL»).

Конечно, чтобы определить, какое вывод диода является катодом, а какой – анодом, вы должны точно знать, какой вывод мультиметра является положительным (+), а какой – отрицательным (-), когда на нем выбран режим «сопротивление» или «Ω». В большинстве цифровых мультиметров, которые я видел, красный вывод используется, как положительный, а черный, как отрицательный, в соответствии с соглашением о цветовой маркировке электроники.

Одна из проблем использования омметра для проверки диода заключается в том, что мы имеем только качественное значение, а не количественное. Другими словами, омметр говорит вам, только в каком направлении диод проводит ток; полученное при измерении низкое значение сопротивления бесполезно. Если омметр показывает значение «1,73 ома» при прямом смещении диода, то число 1,7 Ом не представляет для нас, как для техников или разработчиков схем, никакой реально полезной количественной оценки. Оно не представляет собой ни прямое падение напряжения, ни величину сопротивления материала полупроводника самого диода; это число скорее зависит от обеих величин и будет изменяться в зависимости от конкретного омметра, используемого для измерения.

По этой причини, некоторые производители цифровых мультиметров оснащают свои измерительные приборы специальной функцией «проверка диода», которая показывает реальное прямое падение напряжения на диоде в вольтах, а не значение «сопротивления» в омах. Эти измерительные приборы работают, пропуская через диод небольшой ток и измеряя падение напряжения между двумя измерительными щупами (рисунок ниже).

Показание прямого напряжения, полученное таким образом с помощью мультиметра обычно меньше, чем «нормальное» падение в 0,7 вольта для кремниевых диодов и 0,3 вольта для германиевых диодов, так как ток, обеспечиваемый измерительным прибором, довольно мал. Если у вас нет мультиметра с функцией проверки диодов, или вы хотели бы измерить прямое падение напряжения на диоде при другом токе, то можно собрать схему из батареи, резистора и вольтметра.

Подключение диода в этой тестовой схеме в обратном направлении просто приведет к тому, что вольтметр покажет полное напряжение батареи.

Если эта схема была разработана для обеспечения протекания через диод тока постоянной (или почти) величины, несмотря на изменения прямого падения напряжения, то она может быть использована в качестве основы для инструмента, измеряющего температуру: измеренное на диоде напряжение будет обратно пропорционально температуре перехода диода. Конечно, ток через диод должен быть минимален, чтобы самонагревания (значительного количества рассеиваемой диодом мощности), которое могло бы помешать измерению температуры.

Помните, что некоторые цифровые мультиметры, оснащенные функцией «проверка диода», при работе в обычном режиме «сопротивление» (Ω) могут выдавать очень низкое тестовое напряжение (менее 0,3 вольт), слишком низкое для полного схлопывания (сжатия) обедненной области PN перехода. Суть в том, что тестирования полупроводниковых приборов здесь должна использоваться функция «проверка диода», а функция «сопротивления» – для всего остального. Использование очень низкого тестового напряжения для измерения сопротивления облегчает процесс измерения сопротивления неполупроводниковых компонентов, подключенных к полупроводниковым компонентам, так как переходы полупроводникового компонента не будут смещены такими низкими напряжениями в прямом направлении.

Рассмотрим пример резистора и диода, соединенных параллельно и припаянных к печатной плате. Как правило, перед измерением сопротивления резистора необходимо было бы выпаять его из схемы (отсоединить резистор от остальных компонентов), в противном случае любые параллельно подключенные компоненты будут влиять на полученные показания. При использовании мультиметра, который выдает на щупы очень низкое тестовое напряжение в режиме «сопротивление», на PN переход диода не будет подано напряжение, достаточное для того, чтобы он был смещен в прямом направлении, и, следовательно, диод будет пропускать незначительный ток. Следовательно, измерительный прибор «видит» диод, как разрыв, и показывает сопротивление только резистора (рисунок ниже).

Если использовать такой омметр для проверки диода, он покажет очень высокое сопротивление (много мегаом), даже если подключить диод в «правильном» (для прямого смещения) направлении (рисунок ниже).

Величина обратного напряжения диода измеряется не так легко, так как превышение обратного напряжения на обычном диоде приводит к его разрушению. Хотя существуют специальные типы диодов, разработанные для «пробоя» в режиме обратного смещения без повреждения диода (так называемые стабилитроны), которые тестируются в той же схеме источник/резистор/вольтметр при условии, что источник напряжения обеспечивает величину напряжения, достаточную для перехода диода в область пробоя. Более подробную информацию об этом читайте в одной из следующих статей этой главы.

Подведем итоги

• Омметр может быть использован для качественной оценки работоспособности диода. При подключении диода в одном направлении должно получено низкое сопротивление, а подключении в другом направлении – очень высокое сопротивление. При использовании для этой цели омметра, убедитесь, что знаете, какой из тестовых щупов положительный, а какой отрицательный!
• Некоторые мультиметры имеют функцию «проверка диода», которая отображает фактическое прямое напряжение диода, когда он проводит ток. Такие измерительные приборы обычно показывают слегка заниженное значение прямого напряжения, по сравнению с «номинальным» значением, из-за очень маленькой величины тока, используемой для проверки.

Обозначения диодов и принцип работы, ВАХ

Обозначение выпрямительного диода на схеме согласно «ГОСТ 2.730-73 ЕСКД.

Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые». В приложении данного ГОСТа указаны размеры в модульной сетке. Выглядит это следующим образом:

Существуют различные варианты обозначения диодов.

Согласно ОСТ 11366.919-81 следующее буквенно-цифровое обозначение:

1) Первая буква или цифра указывает на материал:
· 1 (Г) – германий Ge
· 2 (К) – кремний Si
· 3 (А) – галлий Ga
· 4 (И) – индий In

2) Вторая буква – это подкласс полупроводникового прибора. Для нашего случая — это буква Д.

3) Третья цифра – функционал элемента в зависимости от класса (диоды, варикапы, стабилитроны и др.).

Например, для выпрямительных диодов (Д):

101. 199 – диоды малой мощности с постоянным или средним значением прямого тока менее 0,3А.

201. 299 – диоды средней мощности с постоянным или средним значением прямого тока от 0,3 до 10А.

Также существуют диоды большой мощности с током более 10А. Отвод тепла у диодов малой мощности осуществляется через корпус, у диодов средней и большой мощности через теплоотводящие радиаторы.

До 1982 года была другая классификация:

• от 1 до 100 – для точечных германиевых диодов;
• от 101 до 200 – для точечных кремниевых диодов;
• от 201 до 300 – для плоскостных кремниевых диодов;
• от 301 до 400 – для плоскостных германиевых диодов;
• от 401 до 500 – для смесительных СВЧ детекторов;
• от 501 до 600 – для умножительных диодов;
• от 601 до 700 – для видеодетекторов;
• от 701 до 749 – для параметрических германиевых диодов;
• от 750 до 800 – для параметрических кремниевых диодов;
• от 801 до 900 – для стабилитронов;
• от 901 до 950 – для варикапов;
• от 951 до 1000 – для туннельных диодов;
• от 1001 до 1100 – для выпрямительных столбов;

Система JEDEC (США)

• первая цифра – число p-n переходов (1 – диод; 2 – транзистор; 3 – тиристор);
• далее N (типа номер) и серийный номер;
• после может идти пару цифр про номиналы и отдельные характеристики диода.

По данной системе приборы делятся на промышленные и бытовые. Бытовые кодируются двумя буквами и тремя цифрами от 100 до 999. У промышленных приборов будет идти три буквы и две цифры от 10 до 99. Для диодов:
1) Первая буква:
· A — германий Ge
· B — кремний Si
· C — галлий Ga
· R — другие полупроводники
2) Вторая буква – это буква A, указывающая на маломощные импульсные и универсальные диоды.
3) Третья буква отвечает за принадлежность элемента к сфере специального применения (промышленность, военная). “Z”, “Y”, “X” или “W”.
4) Четвертая – это 2-х, 3-х или 4х-значный серийный номер прибора.
5) Дополнительный код – в нем для выпрямительных диодов указывается максимальная амплитуда обратного напряжения.

Система JIS (Япония)

• Первая цифра – число переходов (0 – фототранзистор, фотодиод; 1 – диод; 2 – транзистор; 3 – тиристор);
• Затем буква S (semiconductors) – полупроводниковые;
• Затем буква, отвечающая за тип прибора:
• A – ВЧ транзисторы p-n-p;
• B – НЧ транзисторы p-n-p;
• С – ВЧ транзисторы n-p-n;
• D – НЧ транзисторы n-p-n;
• E – диоды;
• F – тиристоры;
• G – диоды Ганна;
• H – однопереходные транзисторы;
• J – полевые транзисторы с p-каналом;
• K – полевые транзисторы с n-каналом;
• M – симметричные тиристоры;
• Q – светоизлучающие диоды;
• R – выпрямительные диоды;
• S – малосигнальные диоды;
• T – лавинные диоды;
• V – варикапы, p-i-n диоды, диоды с накоплением заряда;
• Z – стабилитроны, стабисторы, ограничители.

• Рег. номер прибора;
• Модификация прибора;
• Далее может идти индекс, описывающий специальные свойства.

Принцип действия выпрямительного диода

Полупроводники по своим электрическим свойствам являются чем-то средним между проводниками и диэлектриками.

Как ведет себя диод при прямом и обратном включении.

Прямое направление – направление постоянного тока, в котором диод имеет наименьшее сопротивление.

Обратное направление – направление постоянного тока, в котором диод имеет наибольшее сопротивление.

Рассмотрим поведение тока в цепи при прямом и обратном включении на переменное и постоянное напряжение. Изначально мы будем иметь синусоиду, которая получается от источника переменного тока.

При таких способах подключения отсекается половина синусоиды положительная или отрицательная. На выходе — пульсирующий переменный ток одного знака (считай, постоянный, только загвоздка в том, что им никто не пользуется).

• анод (для прямого включения подключаем к плюсу), основание треугольника;
• катод (подключаем к минусу для прямого включения) палочка.

Рассмотрим поведение диода в схеме постоянного тока. На левом изображении ток, напряжение проходит — лампочка горит (черная) — это прямое включение. На правом изображении диод не пропускает достаточно тока и напряжения для загорания лампочки — обратное включение.

ВАХ выпрямительных диодов (Ge, Si)

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) диодов представляют собой графики зависимостей прямых и обратных токов (Y) и напряжений (X) при различных температурах.

При подаче обратного напряжения, превышающего пороговое значение, величина обратного тока возрастает и происходит пробой p-n слоя. Стоит обратить внимание и на порядки чисел по осям. Величины обратного тока на порядок меньше прямого. Значения прямого напряжения на порядок меньше обратного. По достижении порогового значения прямого напряжения прямой ток начинает увеличиваться лавинообразно.

Разница между диодами в том, что обратный ток кремниевых диодов меньше, чем у германиевых. Поэтому, за счет большего тока, у Ge диодов пробой носит тепловой характер, у Si – преобладает электрический пробой. Мощность, рассеиваемая при одинаковых токах у германиевых диодов меньше.

Как работает электричество. Всё про шим и элементы материнской платы

Друзья, статья написана для обучения мастера по ремонту компьютеров и ноутбуков, поэтому большинство теоретических вещей сводятся к прикладному применению. Поехали!

Компьютер питается электричеством и работает с его помощью. По сути никто не знает, что такое электричество, но известно как его измерять и каким законам оно подчиняется. Для нас проще всего представить, что электричество это как вода в трубах, а краники, манометры и прочее — это элементы электрической цепи на плате ноутбука или компьютера.

Для работы с электричеством нужно знать четыре величины измерения:

1. Напряжение (U), измеряется в Вольтах (V)
2. Cила тока (I), измеряется в Амперах (А)
3. Сопротивление (R), измеряется в Омах (Ом)
4. Мощность (P), измеряется в Ваттах (W)

То есть мы имеем силу тока, и она зависит от напряжения и сопротивления в цепи, где протекает ток. Также есть мощность, чтобы узнать мощность, нужно перемножить напряжение на силу тока, также и обратно, чтобы узнать ток или напряжение. Можно это вывести из формул (I=U/R, P=UI).

Эта информация пригодится, чтобы решать вступительные задачки на vlab и remont-aud =)

Как измерить напряжение, силу тока и мощность

Как измерить напряжение, силу тока и мощность

Если знать обозначения величин, вы сможете рассчитать мощность зарядок для ноутбуков и компьютерных блоков питания. Просто нужно знать как рассчитывается напряжение, мощность или сила тока для них.

Напряжение в вольтах (V) можно узнать, если разделить мощность в ваттах (W) на силу тока в амперах (A). Если блок питания для ноутбука на 90W и 4.74A, значит 90 / 4.74 = 19V, то есть блок на 19 вольт. Формула для расчёта W/A=V .

Силу тока в амперах (A) можно узнать, если разделить мощность в ваттах (W) на напряжение в вольтах (V). Если блок питания для ноутбука на 65W и 19V, значит 65 / 19 = 3.42A, то есть блок силой тока 3.42 ампера. Формула для расчёта W/V=A .

Мощность в ваттах (W) можно узнать, если умножить напряжение в вольтах (V) на силу тока в амперах (A). Если подать напряжение на плату, где короткое замыкание, и лабораторный блок питания показывает просадку до 1.38V и силу тока 4A, значит 1.38 * 4 = 5.5W, то есть неисправный элемент на плате потребляет сейчас 5.5 ватт. Кстати, чем больше он потребляет, тем сильнее он греется. Ощутимый нагрев начинается где-то с 3-5 ватт. Формула для расчёта V*A=W .

Манипулируя величинами, вы легко рассчитете настоящую мощность компьютерного блока питания. Настоящая мощность компьютерного БП это та мощность, которую он может выдать по линии питания 12V. Иногда их две, тогда справедливо их сложить.

Мощность этого блока заявлена 350W. Проверьте, 12V умножьте на 17A и получите всего 204W. Таким не хитрым способом легко проверять блок на «вшивость». Это один из косвенных факторов, который говорит о качестве блока. Чем мощность питания по 12V линии ближе к общей заявленной мощности блока, тем лучше.

Шим и шим-контроллер

Шим и шим-контроллер

Сейчас будет сложнее, сконцентрируйте внимание.

Основными элементами питания материнской платы ноутбука и компьютера управляет шим-контроллер.

Шим-контроллер (контроллер широтно-импульсной модуляции) – это маленькая микросхемка, которая внутри себя быстро и циклично «коротит» и «не коротит» на землю большое напряжение, чтобы сделать из него маленькое. Например, делает из 19V блока питания ноутбука 3V для питания мультиконтроллера или 5V для питания USB-портов.

Для этого шим несколько десятков-сотен тысяч раз в секунду замыкает большое напряжение на землю, чтобы на выходе получалось напряжение меньше. Чем дольше замыкание и меньше между ними промежутки, тем меньше напряжение на выходе.

Углубляемся. По сути шим генерирует так называемые импульсы, это всплески электричества после каждого замыкания. Именно такой импульс несёт в себе заряд для 3V и 5V, которые запитывают материнскую плату ноутбука. Эти импульсы возникают не хаотично, а последовательными циклами. Один цикл такого импульса называется такт.

Один такт – это цикл времени, за который происходит один импульс, когда шим замыкает и не замыкает напряжение один раз. Такие такты измеряются в Герцах (Гц), где 1 такт = 1 Гц.

Если шим-контроллер работает на частоте 30 Гц, это значит, что он 30 раз замыкает и не замыкает входное напряжение за секунду. То есть создаёт 30 цикличных импульсов в секунду. Шим может генерировать частоту в среднем от 30 кГц до 3 ГГц, это десятки тысяч и миллионы тактов в секунду.

Время, на которое шим замыкает входное напряжение называется скважность. Как раз от скважности и будет зависеть наше напряжение на выходе.

Чем дольше шим замыкает на землю входное напряжение, то есть чем больше скважность, тем меньше напряжение на выходе, потому что оно сильнее проседает от такого короткого замыкания. И, соответственно, чем меньше скважность, тем больше напряжение на выходе, потому что шим замыкает входное напряжение совсем небольшую часть такта.

Есть шим-контроллеры, которые сами регулируют напряжение с помощью шим-модуляции, но большинство контроллеров в ноутбуке делают это с помощью полупроводниковых полевых транзисторов, мосфетов, «ключей».

Через управляющий контакт шим-контроллер заставляет замыкаться мощные ключи, которые могут выдержать большую силу тока, чем сам контроллер. Сила тока нужна, чтобы запитать больше устройств от одной линии питания без падения напряжения, измеряется в амперах (А).

Транзистор

Транзистор

Транзистор, мосфет, «ключ» — это микросхема, которая выполняют всю физическую, силовую часть работы, чтобы сделать из большого напряжение маленькое.

Контакт транзистора, на который поступает входное напряжение называется исток (source, S), а тот, с которого выходит напряжение — сток (drain, D). Контакт, через который шим-контроллер управляет работой мосфета называется затвор (gate, G). Исток и сток могут дублироваться.

Транзистор напоминает кран, который управляет потоком воды: открыли с помощью лёгкого усилия руки — потекла вода мощной струёй, закрыли — перестала, открыли наполовину — течёт не в полную силу. На деле же у транзистора есть своё сопротивление, которое меняется в зависимости от того, какое напряжение подаётся на его затвор.

С помощью такой штуки можно, например, регулировать обороты вентилятора: мультиконтроллер считывает температуру процессора и отдает команду на затвор транзистора. От подаваемой силы тока зависит выходное напряжение и следовательно обороты вентилятора. Это позволяет избежать постоянно работающего вентилятора на максимальных оборотах.

Зачем нужны силовые транзисторы

Зачем нужны силовые транзисторы

Внутри шим-контроллера стоят условно такие же микротранзисторы. Этими микротранзисторами шим и формирует внутри себя изначальный шим-сигнал, о котором идёт речь. Проблема в том, что силы тока этого шим-сигнала недостаточно, чтобы запитать мощную видеокарту, потому что микротранзисторы внутри шим-контроллера очень маленькие и слабые. Если подавать через них большую силу тока, то они перегреются и выйдут из строя.

Проблему решили так: придумали посылать шим-сигнал с шим-контроллера на управляющий контакт больших полевых транзисторов, чтобы мощные внешние транзисторы дублировали шим-сигнал контроллера, но с большой силой тока. Такая сила тока может запитывать самые мощные элементы материнской платы и компьютера.

Если разбирать полевой транзистор в паре с шим-контроллером, то таких транзистора там обычно два.

Первый подключен одной стороной ко входному напряжению, к такому же, как шим-контроллер, а другой стороной к выходному напряжению. Такой транзистор называется мосфетом верхнего плеча.

Второй транзистор подключен одной стороной к выходному напряжению, а другой стороной к земле. Он называется мосфетом нижнего плеча.

Полевые транзисторы в такой паре работают не как привычные краники для воды, которые чуть больше или меньше пропускают воду, а в режиме переключателей, которые либо полностью её пропускают, либо не пропускают её вообще. Это нужно для того, чтобы чётко повторить форму шим-сигнала, которую даёт им шим-контроллер.

Шим-контроллер посылает шим-сигнал на затвор полевого транзистора верхнего плеча

Итак, пример. Транзистор верхнего плеча одной стороной подключен ко входному напряжению 19V, второй стороной подключен к выходному напряжению, которое он должен сделать, допустим, что это 3V.

Шим-контроллер присылает на затвор этого транзистора шим-сигнал, состоящий из такой длины импульсов, чтобы из 19V на выходе получалось 3V. Транзистор точно повторяет последовательность и ширину импульсов присланного сигнала, и пропускает 19V в сторону будущих 3V так, как это диктует ему шим-контроллер в шим-сигнале. Но замыкать этот сигнал на землю некуда, потому что к истоку подключено 19V, к стоку 3V, а на затвор приходит шим-сигнал с шим-контроллера.

Для этого придумали транзистор нижнего плеча, который одной стороной подключен к будущему напряжению 3V, а другой стороной к земле. Он получает от шим-контроллера прямо противоположный сигнал, чем тот, который направляется на транзистор верхнего плеча. Такой прямо противоположный сигнал называется противофаза. В нём нет импульса в то время, когда в оригинальном сигнале он есть, и наоборот, есть импульс в то время, когда в оригинальном сигнале его нет.

Шим-контроллер посылает шим-сигнал в противофазе на затвор полевого транзистора нижнего плеча

Это нужно для того, чтобы транзистор нижнего плеча не замыкал сигнал на землю, когда транзистор верхнего плеча пропускает ток с 19V на будущие 3V, и наоборот, когда 19V прошли в сторону будущих 3V, создать скважность, то есть закоротить их на землю по времени настолько, чтобы после сглаживания получалось из приходящих 19V нужные 3V.

Таким образом, транзисторы верхнего и нижнего плеча работают в паре, повторяя шим-модуляцию шим-контроллера, замыкая и размыкая входное напряжение так, чтобы получалось более низкое напряжение на выходе, но с большей силой тока, чем в шим-контроллере.

Дроссель

Дроссель

Дроссель это проволока, которая намотана на ферритовый стержень. Феррит это материал, из которого обычно делают магниты, он обладает магнитными свойствами. Иногда, эта проволока с ферритом запрессована в квадратную форму, как на фото выше.

Такая конструкция умеет гасить импульсы шим-сигнала и сглаживать их до нужных значений. Напомню, что шим-сигнал это сочетание импульсов высокого напряжения и скважности, то есть полного отсутствия напряжения.

Когда через дроссель проходит импульс шим-сигнала, дроссель поглощает его, чтобы создать магнитное поле, а когда в такте наступает скважность, то есть 0V, энергия, накопившаяся в магнитном поле, разряжается обратно в цепь, но в выравненном виде. Таким образом получается более низкое напряжение.

Это можно сравнить с тем, как если бы вас попросили набрать максимальное количество воздуха в грудь за серию очень коротких прерывистых вдохов. Вы несколько раз кротко и прерывисто вдыхаете, а после этого равномерно выдыхаете весь воздух.

Также и импульсы шим-сигнала напитывают электромагнитное поле дросселя, заряжая его, и в период, когда импульсов нет, равномерно возвращаются током обратно в цепь. Вот так в упрощённой форме изложения из скачкообразного шим-сигнала получается ровный сигнал, но уменьшенного напряжения.

Шим-контроллер в свою очередь знает, что после силовых ключей стоит дроссель, и специально подаёт импульсы такой длины, чтобы после их сглаживания получалось нужное напряжение, например, 5V или 3V.

Обычно дроссель ставят в пару с конденсаторами, чтобы те тоже немного сгладили остатки всплесков. Во время работы дроссель вырабатывает электромагнитное поле из-за своего сопротивления высоким и низким частотам, из-за этого также он может немного греться.

Главный параметр дросселя – индуктивность, измеряется в генри (Гн). Это параметр сопротивления напряжению, учитывайте его при замене дросселя.

На схеме дроссель обозначается:

Конденсатор

Конденсатор

Конденсатор это две пластинки с диэлектриком между ними, через него напряжение не проходит.

Конденсатор накапливает в себе заряд и отдаёт его, когда в цепи недостаток. Почти как дроссель, только очень маленький и работающий по другому принципу. Конденсатор больше страхует цепь от перепадов напряжения, чем выполняет основную работу по формированию тока. Он работает как батарейка, чтобы полностью зарядить его требуются доли секунд и разряжаться он может мгновенно.

В импульсных системах конденсатор служит фильтром частот, его ставят для того, чтобы сгладить импульсы или шумы. В отличие от дросселя он делает это не всё время, а наоборот, страхует всю цепь питания в момент мимолётного перенапряжения или просадки.

Например, в микромомент, когда напряжение кратковременно начинает проседать, конденсатор разряжает свою ёмкость в цепь, чтобы повысить и стабилизировать напряжение в цепи. В следующий раз конденсатор поглощает импульс и заряжается, когда на линии питания скачок напряжения.

Ёмкость заряда, которую конденсатор может накапливать, измеряется в фарадах. Чем больше ёмкость, тем больший ток конденсатор выдаст при разрядке. В основном конденсаторы встречаются с ёмкостями в микрофарадах (uF), нанофарадах (nF) и пикофарадах (pF).

Обычно в ноутбуках выходят из строя как раз такие керамические конденсаторы, их нужно менять на точно такие же по фарадам. Можно ставить конденсатор больше по напряжению, но он должен быть такой же ёмкости. Нельзя ставить конденсатор другой ёмкости или такой же ёмкости, но с меньшим напряжением

В цепи 19 вольт стоят конденсаторы 30 вольт, потому что сам блок питания ноутбука выдаёт не всегда ровно 19 вольт. Блоки питания также импульсные, и эти импульсы могут достигать в короткий момент тех же самых 30 вольт.

Так как конденсатор 30 вольт, то для него не помеха сгладить такой импульс, но если поставить туда конденсатор в 20 вольт, то он будет сначала сильно греться, а потом и вовсе выйдет из строя. Сломанный конденсатор может вывести из строя блок питания и компоненты на материнской плате.

Если же поставить конденсатор с запасом по напряжению, но меньший по ёмкости, то он будет хуже справляться со сглаживанием импульсов, а если поставить большую ёмкость, то конденсатор наоборот может их создавать, потому что напряжение может просаживаться из-за того, что импульсы шим-контроллера не рассчитаны на такую ёмкость в цепи. Такой конденсатор будет разряжаться с более сильным током, что может повредить цепь питания.

Каждый конденсатор стоит в цепи не просто так, проектировщики на заводах ставят их исходя из возможностей микросхем и потребителей питания. Конденсаторы с меньшей ёмкостью гасят высокочастотные импульсы, потому что быстро копят и отдают заряд, а конденсаторы с большей ёмкостью хорошо справляются с более широкими импульсами. Поэтому частая проблема выбитых конденсаторов — некачественное зарядное устройство с большими, предварительно не сглаженными импульсами.

Практически: конденсатор 6.3V 440uF можно поменять на 10V 440uF, но нельзя менять на 6.3V 220uF или 3.3V 440uF.

На схеме конденсатор обозначается:

Резистор

Резистор

Резистор это элемент в электрической цепи, который сопротивляется току и ограничивает его.

Резистор можно сравнить с воронкой с узким горлышком. Если запустить в воронку поток воды любого объёма, на выходе всё равно будет небольшая струйка, которая совпадает по диаметру с горлышком воронки.

На практике чтобы так работало, сопротивление резистора, которое измеряется в Омах, подбирается так, чтобы получить ограничение нужного размера. Чем больше сопротивление резистора, тем сильнее ограничивается ток. Это важно знать в нашей профессии, потому что цифровая техника очень чувствительна к току и неправильно подобранный резистор может вывести технику из строя.

Резисторы часто используют для подтяжки напряжения к логическому сигналу (Pull-Up) или подтяжки логического сигнала к земле (Pull-Down).

Разберём на примере. Есть сигнал PWRBTN#, это сигнал кнопки включения. Условно, PWRBTN# существует как часть мультиконтроллера и находится внутри корпуса мультиконтроллера, его внутренней прошивки или внешней. Изначально он не имеет ни своей земли, ни своего напряжения, ни к чему не подключен. Он существует «в вакууме», как нога контроллера, как сенсор, который никак не задействован в системе.

Когда инженеры проектируют материнскую плату, они подводят 3V через резистор к ноге мультиконтроллера, в которой находится сигнал PWRBTN# и закладывают в прошивку мультиконтроллера алгоритмы поведения на этом сигнале.

Мультиконтроллер учат понимать, что на этой ноге по умолчанию 3V, а бывает ничего нет, потому что человек нажимает на кнопку включения компьютера или ноутбука, и при нажатии кнопка на корпусе компьютера механически замыкает подведённый к ней PWRBTN# на землю.

Когда ничего нет, это значит, что нажата кнопка включения. Мультконтроллер распознаёт это как полное отсутствие сигнала — логический ноль, то есть 0V, отсутствие напряжения. Либо если кнопка не нажата, то как полное его присутствие — логическая единица, то есть 3V.

С помощью такого знания мультиконтроллер может давать команду включать компьютер или не включать. Если состояние 0, то включить или выключить компьютер, если состояние 1, то ничего не делать.

Так реализована логика работы контроллеров на материнской плате. Но при чём тут резисторы? Если бы мощность силовых 3V не ограничивалась бы резистором, то вся сила тока цепи могла бы вывести из строя чувствительные логические выводы мультиконтроллера, а при замыкании кнопки она замыкала напряжение прямо на землю.

В месте замыкания сила тока могла бы вырасти до десятков ампер, а такой цели нет. Нужно всего лишь, чтобы мультиконтроллер понял, когда напряжение есть, а когда его нет. Для этого нам не нужна вся мощь силовой линии, нам нужен небольшой ток просто для отработки логики 0 и 1, поэтому придумали ставить резисторы, чтобы создавать контролируемые замыкания без лишнего нагрева и последствий.

На схеме резистор обозначается:

Диод

Диод

Всё, что нужно знать, так это то, что диод проводит ток в одну сторону и не проводит в другую. Диоды часто ставят в цепь для защиты от переполюсовки.

Человек втыкает мышку в USB-порт, она не лезет, он её пихает, USB-порт ломается. Центральный адресный сигнал USB замыкается на 5V. Если там нет диодной защиты, 5V попадает на USB-контроллер или ещё хуже, попадает в чипсет и выводит из строя материнскую плату. Если на адресном сигнале USB стоит диод, который пропускает адресный сигнал в сторону мышки, и не пропускает ток обратно в материнскую плату, то когда человек сломает USB-порт, компьютер не выйдет из строя.

Диод проверяется прозвонкой, в одну сторону он будет звониться, в другую нет. Если же диод звонится в обе стороны, либо не звонится вообще, то нужно его поменять.

На схеме диод обозначается:

Чарджер (Charger)
Чарджер (Charger)

Чарджер – это микросхема на плате, которая контролирует поступающий заряд на батарею и определяет, когда ноутбук должен работать от неё. Заодно он служит контроллером и регулятором входного напряжения. Как только вы вставляете зарядку или ЛБП в разъём, то напряжение сразу же поступает на входные ключи, они должны открыться, чтобы напряжение прошло дальше, но, пока чарджер не запитан, никто их не откроет.

Нужно, чтобы напряжение с разъёма через диоды и дроссели пришло в чарджер на сигнал VCC или VIN, теперь он запитан от напряжения 19в.

Если всё в порядке, то на сигнале ACDET появится 2.6 вольт. Оно формируется из резисторного делителя от 19 вольт.

Далее идёт проверка сопротивления на токоизмерительном резисторе, после проверки чарджер определяет можно ли открывать входные ключи и включает: на затворы двух входных ключей поступает, через сигнал ACDRV, 19-26 вольт если ключи N-канальные, а если ключи P-канальные, то наоборот напряжение меньше 19 вольт или исчезает.

В это же время идёт опрос аккумулятора чарджером и мультиконтроллером через сигналы SCL и SDA и появляется сигнал ACIN (ACOK), это сигнал 3.3в, который вырабатывается чарджером, он говорит мультиконтроллеру о том, что подключена зарядка и сейчас питание идёт от неё. Без этого сигнала питание на плату будет идти от аккумулятора. Кстати, иногда, если компьютер не может определить акб, то виновник тому может быть и чаржер, и мультиконтроллер, сначала проверьте с помощью осциллографа идёт ли опрос данных на этих контактах.

Сначала подкиньте заведомо рабочий АКБ или аналог с подходящими пинами (не всегда работает), можете посмотреть как работает такая схема на рабочем ноутбуке, чтобы понять, если вы в первый раз это делаете.

Иногда не работать аккумулятор может из-за ключей, которые дают заряд АКБ, нужно их прозвонить относительно затвор-исток-сток друг с другом, может быть они пробиты, иногда такое может быть и из-за пробитых входных ключей.

Часто придётся иметь дело с чарджером фирмы Texas Instruments, с маркировкой BQ24***. Некоторые из них взаимозаменяемы, нужно смотреть на распиновку и каналы ключей, так же стоит посмотреть на форуме кто это уже делал. Чарджер иногда может выдавать какое-то LDO напряжение, оно может быть 3.3/5/6 вольт. На схеме такая микросхема отмечается, как и любая другая: U*, PU*.

Дежурка (Stend-by)
Дежурка (Stend-by)

Дежурка работает на ШИМ, принцип запуска и работы аналогичен чарджеру, она запитывается от напряжения 19в уже после входных ключей. Напряжение идёт на сигнал VIN или VCC. Сигналы могут по-разному называться, но принцип у них один и тот же.

После этого появляются слаботочные напряжения 3.3в и 5в (vreg3 и vreg5). Эти напряжения линейны, т.е. в зависимости от потребителя напряжение может «просесть», так как не основано на ШИМ. От такого напряжения запитываются только слаботочные потребители, такие как мультиконтроллер или другие шим-контроллеры.

После того, как появились LDO и мультиконтроллер запитался напряжением 3.3в LDO, он отправляет сигнал на включение силовых питаний дежурных напряжений (EN1 и EN2), основанных на принципе ШИМ. На этой схеме один EN реализованный через резисторный делитель из 19в. Выглядит дежурка на плате как одна маленькая микросхемка, иногда и две, под отдельные напряжения 3 и 5 вольт.

Рядом с дежуркой стоят минимум 4 полевых транзистора и 2 дросселя, иногда не одинакового размера. В редких случаях роль полевиков берет на себя сама дежурка, разве что, когда 3 и 5 вольт стоят отдельными шимками. Иногда шим стоит на одной стороне платы, а дроссели на другой.

Сопротивление на силовых 3В не меньше 6 Ком, на 5В ~>13 Ком. Иногда сопротивление намного меньше этих, в таких случаях поможет опыт или форум, главное, чтобы не было короткого замыкания. Смотрите даташит, если не знаете какой сигнал идёт сразу, а какой нет.

Чаще придётся работать с дежурками фирмы Texas Instruments (TPS*) и Richtek (RT*). Когда сама дежурка выйдет из строя или будет некорректно работать, нужно будет сначала проверить сопротивления на линиях LDO ~> 100 Ком, на силовых линиях и на входе питания шимки, потом снять дежурку и сделать те же замеры заново. Если ничего не изменилось, то дело не в контроллере, если наблюдаете изменения (например повысилось сопротивление), то ставьте новую.

Подробнее о замене дежурок на аналог читайте в следующей статье.
На плате дежурка обозначается как рядовой контроллер: U*, PU*

Мультиконтроллер
Мультиконтроллер

В простонародье мультик или мульт. Главный контроллер, с помощью которого определяется последовательность сигналов включения на плате. У мультиконтроллера 128 пинов, по 32 с каждой стороны. Паять его можно разными способами: разбавить паяльником бессвинцовый припой сплавом розе и потом снять, либо разбавить его свинцом. В том и том случаи такой сплав будет легче сниматься.

Снимать мульт надо феном, с розе он быстро снимется, со свинцом посложнее. Не стоит выпаивать мультиконтроллер с припоем с завода, так сложнее снимается и когда будете ставить новый мульт, то всё равно будете лудить свинцом, а из-за перегрева с корпуса начнёт слезать корпусная часть и он начнёт «трескать».

Чтобы разбавить заводской припой, нанесите на жало небольшое количество припоя, с которым хотите смешать. Положите флюс на ножки мульта и возите по ним жалом туда-сюда, только нельзя при этом сильно нажимать на пины, они хоть и крепко стоят, но бывали случаи, когда после такого они выгибались в разные стороны и повреждались. Для облегчения залуживания можно предварительно нагреть мультиконтроллер и эту область феном так, чтобы тепло с жала не уходило на разогрев самого мульта.

Чтобы поставить мультик с донора, аккуратно снимите его. Если погнулись ножки, то сначала ровно поставьте мультик на площадку так, чтобы не согнутые ножки стояли на своих местах и запаяйте его феном, потом возьмите насадку с тонким жалом, встаньте жалом на кривой пин, разогрейте мульт и выпрямите самим паяльником, прижмите к площадке тонким пинцетом или скальпелем. Главное не перестараться и не «довыпрямлять» пин до такой степени, что он отвалится.

Обычно, когда требуется принципиальная схема включения или просто распиновка мульта, а схемы на плату нет, но известен мультиконтроллер, то поищите схему от другого ноутбука, главное, чтобы совпадал именно этот контроллер. Так же при замене посмотрите распиновку мультика, у которого в названии меняется одна цифра или буква. Если всё совпадает, то пробуйте заменить, возможно мультиконтроллер заработает.

Подробнее о взаимозаменяемости мультиконтроллеров найдёте на форумах, некоторые уже испытали тот или иной опыт. Ниже будет таблица с маленьким количеством уже готовых решений, но помните, что после такой замены мульта, нужно обязательно всё проверить по чек листу, иногда такие замены не проходят бесследно.

Обратите внимание, что у мультов фирмы ITE ревизия в виде букв в названии, и последняя из трёх ни на что не влияет. При замене ставьте мультиконтроллер либо такой же буквы, либо старшей по алфавиту, например мульт В меняйте на С, но не с А. Всегда смотрите на форумах, может кто-то так делал и у него получилось. Но таким же испытателем можете быть и вы и потом поделиться опытом, в противном случае плата будет вести себя самым непредсказуемым образом.

Контроллеры так же прошиваются, как и биос, изучите для этого даташит к мульту. COREX для этого использует программатор Вертьянова. Подключите его и следуйте инструкции в приложенном файле. Сначала считайте старый дамп, нажав READ, а потом выберите прошивку на компьютере и нажмите WRITE, но иногда мульт шить не нужно, потому что прошивка мульта лежит в биосе.

Последовательность сигналов и их «сложность» на плате зависит от мультиконтроллера. Подробнее о последовательности сигналов и замене мультов читайте в следующих статьях.

На плате мультиконтроллер обозначается как любой контроллер: U*, PU*.