Основы домашнего железоделания. Уровень 3

Мыслим нелинейно Как мы уже знаем, ток пропорционален напряжению.

Рисунок 1.
Выше напряжение — выше и ток. Но всегда ли эта связь такая прямая и линейная? В первой главе (которая, кстати, лежит на нашем компакт-диске в разделе “По журналу” ) мы рассказывали про действующее напряжение и про то, как оно получается из переменного. В тексте неоднократно фигурировали такие понятия, как “перевернуть нижние половинки”, “разгладить горбы” и так далее. У многих наверняка назрел законный вопрос: а как, собственно, это делается? Из всех придуманных инженерами радиоэлементов отдельным — и весьма обширным — классом стоят так называемые нелинейные элементы. О них и пойдет сегодня речь. Самым простым элементом среди них является, пожалуй,

Рисунок 2.
диод. Эта бесхитростная, но очень полезная в хозяйстве деталь в самом простом случае представляет собой два разнополярных куска полупроводника, соединенных вместе (рис. 1). Вообще же в природе существуют много разновидностей диодов, различающихся по принципу устройства, — это могут быть ламповые, медно-окисные, диоды Шоттки и еще куча всевозможных “не-совсем-диодов”. Но о них, дабы не смущать умы лишней информацией, мы поговорим как-нибудь в другой раз. Диод нашего времени Итак, наш сегодняшний герой пропускает ток только в одну сторону. От этого его свойства произошло соответствующее схематичное обозначение в виде стрелки с “крышкой” (рис. 2). “Стрелка” диода показывает, куда он готов пропускать ток. Ток исходит из “плюса” (там, где его “больше”, вспомните аналогию с давлением воды) к “минусу” (где его “меньше”).

Рисунок 3.
Сами заряды — крошечные частицы, переносящие ток, — могут двигаться как попутно току (если они положительные), так и навстречу (если они отрицательные). Как это выглядит на графике — можно увидеть рядом. __ На этом рисунке видно, что диод ведет себя как клапан в водонапорной трубе. В прямом направлении он легко пропускает воду, сопротивляясь ей лишь чуть-чуть за счет своей пружины. В обратном же направлении вода (то есть ток) почти не течет, и только редким каплям удается просочиться. У диода есть 4 основные характеристики. Две из них отвечают за качество, а две — за “предел прочности”. Качество диода характеризуется тем небольшим напряжением, которое он отъедает в прямом направлении, и тем небольшим током, которому дает просочиться в обратном. В идеале самый качественный диод — тот, у которого оба эти параметра равны нулю. Но, увы и ах, на практике так не бывает. Предел

Рисунок 4.
прочности диода определяется максимальным обратным напряжением, которое он может сдержать, не “проломив клапан”, и максимальным прямым током, который можно пропустить через него, не перегрев насмерть. Диоды часто используют для продления срока службы ламп. В частности, диод, включенный последовательно лампе на лестничной площадке, позволяет забыть фразу “чья очередь менять лампочку”, а дома позволяет регулировать поток света от люстры (рис. 4). Напомню, что параметры этих бытовых устройств нам уже известны (см. предыдущие статьи цикла на диске в разделе “По журналу”). Это напряжение в 310 вольт (лучше брать с запасом побольше — 350 / 400 / 500 В), и ток, зависящий от мощности лампы. Нельзя забывать, что, пропуская только половину “горбов” переменного тока, диод снижает мощность на лампе в два раза. Это бесспорно полезная функция, однако едва ли нас удовлетворит столь скромное использование нашего “сабж-оф-зе-дэй” (subj. of the day — “тема дня”, англ.). Уверен, что задача создания выпрямителя или блока питания заинтересует читателей куда больше. Поэтому рассмотрим функции двух ближайших родственников диода, зовут которых " стабилитрон" и " стабистор ". Два брата-жулика Стабилитрон и стабистор — “жульнические” устройства, работающие там,

Рисунок 5.
где диоду работать не положено. Стабилитрон — это такой диод, у которого нормальный режим — это когда он пробит, “проломлен” в обратном направлении. При этом он не “сгорает”, а просто начинает пропускать ток (рис. 5). Вся прелесть этого в том, что напряжение, при котором это происходит, постоянно, и является одной из главных характеристик стабилитрона (вторая, как нетрудно догадаться, — максимальный ток, который выдерживает хитрая железяка). Поэтому, воткнув стабилитрон — допустим, на 12 вольт параллельно нагрузке (рис. 6), мы легко добьемся того, что “излишки” напряжения от источника питания будут “стекать” через стабилитрон, а нашему устройству достанется ровно 12 вольт. Минус такого решения в том, что многие устройства требуют очень точного значения напряжения, а стабилитрон все-таки может “врать” в зависимости, например, от температуры. Стабистор — это брат-близнец стабилитрона, про него не стоит даже долго рассказывать. Это просто диод, у которого напряжение открывания (рис. 3) достаточно большое и тоже стабильное. Он работает так же, только включается “по-человечески” — в прямом направлении. Да будет свет! Теперь, пожалуй, нелишне будет вспомнить и о модинге. Что у

Рисунок 6.
нас по праву зовется главным украшением лицевой панели системного блока? Правильный ответ — светодиод. Если кто не в курсе, то светодиод — это диод, выполненный из специальных полупроводников и заключенный в прозрачный корпус. Он светится при прохождении тока в прямом направлении. Светодиод — прибор токовый, ему нужны не вольты, а миллиамперы (пять, десять, смотря какой светодиод). Закону Ома он, конечно, подчиняется, но сопротивление у него гуляет как хочет, поэтому последовательно ему включают резистор, который и задает ток. Именно светодиод будет сегодня нашим “подопытным электрокроликом”. Пользуясь подручными инструментами, мы забацаем на лицевую панель смачный буквенный индикатор. Давно минули времена, когда на “лице” компьютера отображалось реальное быстродействие машины, исчисляемое в мегагерцах. Но ностальгия по наглядности осталась — и частенько, вспоминая былое, хочется вынести на переднюю панель какой-нибудь особо запрятанный индикатор. Например, взять и вместо двух лампочек " 10 " и " 100 " (скорость в Мбит) на задней стороне сетевой платы приделать на корпус буковку " H " (типа скорость " High "), превращающуюся в " L "

Рисунок 7.
(а теперь " Low “), когда на чердаке проблемы с хабом. Или наконец наглядно показать миру текущие режимы пишущего сидюка — " R " (” Read " — режим чтения) у него, подлеца, сейчас или все-таки " W " (" Write " — режим записи). Другими словами, сделать тайное явным и превратить лампочки-мистификаторы в понятные человеку буквы или цифры. Нам понадобится восьмисегментный индикатор (то есть состоящий из семи палочек, формирующих любую цифру, и одного маленького сегмента, формирующего точку). Требование к нему одно: малый потребляемый ток. Не будем забывать, что он подключается на место одного светодиода (упомянутый выше резистор уже стоит на плате). В случае с буквой " W " все еще хуже: на восьмисегментном она не поместится, и придется использовать 16 -сегментный (состоящий из двух групп по 7 сегментов и еще двух сегментов для буквы " I " или цифры " 1 "). К счастью, многие из них имеют крошечный встроенный усилитель (требующий внешнего питания, то есть придется еще подпаять к нему стандартный разъем 5 или 12 В, выдранный из дохлого дисковода). Сегменты индикатора должны иметь общий катод (то есть “минус”), но не анод. Теперь определимся, что же все-таки наш индикатор будет показывать. Отметив, какие сегменты относятся к той или другой букве (рис. 7), соединим их в группы. Все бы хорошо, только не ясно, что делать с теми контактами, которые используются сразу в нескольких буквах. Просто соединить их нельзя, так как при этом мы соединим провода от наших бывших

Рисунок 8.
лампочек и сожжем само устройство — ибо, если на одном проводе 0 В (лампочка погашена), а на другом 5 В (лампочка горит), при этом между собой они закорочены, то получается короткое замыкание. Посему мы подключим общие сегменты через два диода. Диоды “впустят” наши 5 вольт на общие сегменты, а вот на те, которым гореть не положено, и тем более на второй провод от устройства, уже не “выпустят”. Теперь осветим некоторые важные подробности. Во-первых, изначально установленный в устройстве светодиод (назовем его фамильярно “старый”) может быть включен не между “нулем” и сигнальным проводом (он светится, когда на сигнальнике “плюс”), а между +5 В и сигнальным проводом (он светится, когда на сигнальнике ноль). Если оба “старых” светодиода включены именно так, нам надо перевернуть наши диоды “влево”. Просто возьмем индикатор другой полярности (с общим анодом, то есть “плюсом”) и подадим на его “общий” вместо нуля 5 вольт. Если только один “старый” диод подключен криво, то дело труба, лучше поискать другого кандидата для экспериментов. Во-вторых, если индикатор имеет усилитель, значит, у него есть и собственное питание. Не забывайте, что включить диод между 0 и -5 вольтами — это то же, что включить его между +5 и 0. В особо извращенных случаях “старый” светодиод может стоять между 0 и -5 — как действовать в таком случае, в принципе, уже можете догадаться сами. Вообще, индикатор может быть с общим катодом, общим анодом и вовсе без общих выводов ( 16 выводов на 8 сегментов). Последний — универсальный, насчет же остальных могу сказать, что первый отзывается на “плюс” относительно общего, а второй — на “минус”. Значит, либо один, либо другой нам подойдет по-любому.

Рисунок 9.
Старые индикаторы частоты процессора, которые можно выдрать из корпуса какой-нибудь “трешки”, — отличная находка. Они имеют и внешнее питание, и несколько разрядов. Подпаяв вместо стандартных перемычек диоды (как именно — зависит от индикатора, в большинстве случаев безопасно выясняется методом проб и ошибок, если индикатор сам по себе вменяемо сделан), мы можем получить нужный нам результат (см. рис 9). Экзотический внешний (т.е. установленный не на материнке) UDMA -контроллер имеет две раздельные лампочки: для режима UDMA и простого IDE. Разумеется, это просто находка для HDD -съемника: коварная железяка зажигает надпись “UDMA” , если туда засунут UDMA -хард (и к нему идет обращение), и надпись “IDE” , если там простой IDE ; ну, а если не идет обращение к винту, то вообще ничего не зажигает. В принципе, можно посадить такой индикатор, скажем, на IDE , SCSI и флоп заодно, только тогда придется каждому дать под букву свой разряд: они-то могут и одновременно гореть (рис. 8). Напоследок — полезный совет: прежде чем включать что-то, набросайте схему и тщательно протычьте ее пальцем на предмет коротких замыканий — в основном там, где могут “спорить” два выхода устройств. Удачи!