Еще подробнее
Как работает защита.
Для тех кто не знает, но хочет знать...
Нижеприведённая длиииинная цепочка рассуж-
дений разжёвана процентов на 80 и перева-
рена процентов на 50. Приятного вам аппе-
тита! Глотайте...
Про диод.
Диод пропускает ток,если к аноду прило-
жен больший потенциал, чем к катоду, т.е.
если у анода плюс по отношению к катоду, у
которого минус (по отношению к аноду). Но
это ещё не всё!Диод не идеален,и оставляет
на себе часть напряжения - потери, оно не-
обходимо для открывания диода и пропуска-
ния тока.Потери у кремниевых диодов (около
0.7В) больше, чем у германиевых (около 0.3
В ). Потери растут с повышением тока через
диод, и у германиевых диодов потери растут
более линейно (и сильнее), поэтому при не-
котором относительно большом токе потери
обоих типов сравниваются.Т.е.при малом то-
ке потери на германиевом диоде меньше, чем
на кремниевом. Если к диоду приложено нап-
ряжение меньше, чем напряжение открывания,
он не будет пропускать ток, разве что нич-
тожно малый. Т.е.если вы оставите кремние-
вому диоду всего полвольта на потери, хрен
он вам откроется-пропустит-ток-нормальной-
величины.Если интересно - откройте учебник
физики старших классов школы, там должна
быть характеристика диода:зависимость тока
через диод от напряжения на нём (или нао-
борот).
Потенциалы.
Самый высокий потенциал - "абсолютный
плюс" - это +12В питания (кроме блока пи-
тания).Самый низкий - "абсолютный минус" -
это общий провод GND, общий минус 5 и 12ти
вольт питания. Тогда что такое +5В? - плюс
или минус? Относительно 12В это минус -
т.к.меньший потенциал ( 5<12 ),относитель-
но общего провода (GND) это плюс - т.к.бо-
льший потенциал ( 5>0 ).Что такое ножка 40
контроллера КР1818ВГ93? При отсутствии то-
ка это 0В, т.е. GND. При наличии тока это
некоторый положительный потенциал, пропор-
циональный току.Если учесть,что ток возра-
стает от значения 0, то в исходном состоя-
нии ножка 40 -"абсолютный минус". На самом
деле на ней уже может быть некоторое нап-
ряжение от сигналов,или питания 5В, т.е.от
внутренних электронных связей микросхемы.
Аналогичным свойством обладают и другие
потребители +12В, например дисковод и уси-
литель звука. Они тоже обладают начальным
0-вым потенциалом, который при включении
питания растет под действием тока блока
питания.
Согласно принятому принципу, ток течёт
от более высокого потенциала к более низ-
кому (принято для удобства, на самом деле
определяется видом носителей). Течёт при
разности потенциалов, при равенстве потен-
циалов тока нет. Направление тока от плюса
к минусу заложено в обозначении диода и
биполярных транзисторов. Треугольный анод
диода образует стрелку,показывая направле-
ние,в котором диод пропускает ток при пра-
вильно приложенных к нему потенциалах.
Мысли в кучу...
На схемах верхний диод включен в прямом
направлении,его анод у самого высокого по-
тенциала,а катод у более низкого - а имен-
но у ножки 40.
При нормальном питании,после включения,
напряжение у анода возрастает, а у катода
оказывается 0-ой - отрицательный потенциал
ножки 40. Такая разность потенциалов от-
крывает верхний диод,и он пропускает ток к
ножке 40. Потенциал на этой ножке начинает
возрастать под действием тока через диод,
но при этом потенциал ножки 40 - катода
всегда будет меньше,чем потенциал +12В пи-
тания - анода,и,соответственно,будет поло-
жительная разность потенциалов,необходимая
для открывания верхнего диода.По сути диод
не может пропустить такой большой ток, что
напряжение на его катоде станет слишком
близким к напряжению на его аноде,и разни-
ца их будет меньше необходимой для самого
диода - его открывания.Диод не дурак,чтобы
открыться и при этом не оставить себе нап-
ряжения - и самого себя закрыть. Поэтому
устанавливается равновесие: падение напря-
жения на диоде открывает диод настолько,
чтобы ток через него давал такой потенциал
ножки 40, разность напряжения питания с
которым давала бы необходимое падение нап-
ряжение на диоде - потери.
При этом второй диод будет закрыт, т.к.
на его катоде будет высокий (около 12В)
потенциал ножки 40, а на аноде (ниже по
схеме) более низкий потенциал питания +5В.
Это соответствует обратному включению дио-
да, и он не пропускает ток, кроме ничтожно
малого тока утечки.Можно рассмотреть ситу-
ацию иначе. Ножка 40 по схеме стоит выше
+5В, и при наличии +12В обладает бОльшим
потенциалом. Согласно принятому принципу,
ток идет от большего потенциала к меньше-
му, в нашем случае сверху вниз,а треуголь-
ник нижнего диода указывает снизу вверх -
неверное включение нижнего диода,он закрыт
и ток не пропустит (верхний диод указывает
сверху вниз - что соответствует положите-
льной разности потенциалов (от высокого к
низкому, больший потенциал минус меньший
даст положительную разность).
Теперь представим, что напряжение +12В
исчезло, или замкнулось, в общем,стало 0В.
Представьте, что схему перевернули вверх
ногами (диоды поменяются местами), а вмес-
то +12В следует представить надпись 0В или
GND - теперь это "абсолютный минус". Неко-
торое время (из-за паразитной емкости) на
ножке 40 будет высокий потенциал, который
начнет падать. Т.к. анод бывшего верхнего
диода будет в меньшем потенциале, а катод,
из-за паразитной емкости,- в большем, что
даёт отрицательную разность потенциалов. И
обратное влючение диода: он закроется и не
будет пропускать ток. Напряжение на ножке
40 будет падать и в один прекрасный момент
окажется меньше +5В. Бывший нижний диод (в
нашем перевёрнутом представлении он верх-
ний) окажется в прямом включении, т.к. на
его аноде будет бОльший потенциал (+5В),
чем на катоде - ножка 40. Он откроется и
пропустит ток 5-вольтового источника пита-
ния на ножку 40, вследствии чего её потен-
циал перестанет падать,и наступит равнове-
сие потерь напряжения на диоде, согласно
описаному выше равновесию при нормальном
питании.
Представим теперь,что питание +12В сно-
ва появилось - вернемся к неперевернутой
схеме,- тогда верхний диод будет открыт и
будет поднимать потенциал ножки 40 до
+12В. А нижний диод закроется, т.к. напря-
жение на его катоде - ножке 40 - будет рa-
сти,а на аноде (+5В питания) не изменится,
в итоге разность потенциалов (анод +5В вы-
честь катод +12В ) будет отрицательной, и
это обратное напряжение закроет диод.
Описаные выше процессы происходят почти
мгновенно и растянуты для понимания.Возмо-
жно, что в вашем блоке питания +12В будет
возрастать медленней, чем плюс 5В, тогда
процесс включения будет происходить по
аварийному сценарию. Схема как бы будет
перевернута с самого начала, и откроется
"5-вольтовый" диод, подняв потенциал ножки
40 до аварийного - около 5В - напряжения,а
по мере нарастания +12В схема "перевернёт-
ся" в нормальное состояние, и произойдёт
процесс, описаный выше. Но даже при таком
питании это займёт доли секунды,и сам ком-
пьютер будет находится на стадии сброса, а
к моменту работы с диском питание будет
нормальным. Такое возможно,если у вас комп
- отдельное 5-вольтовое устройство с внут-
ренним формирователем напряжения 5->12В
специально для контроллера (а дисковод -
внешнее устройство, питается отдельно). В
этом случае схема защиты обязательна, т.к.
преобразователь - относительно сложное ус-
тройство и может отказать.
Ну а что будет, если +12В упадет не до
0В? Схема не "перевернётся", как описано
выше. В этом случае всё зависит от соотно-
шения потенциалов напряжения питания и по-
тери на диодах. Поскольку потенциал свобо-
дной 40 ножки можно считать 0-вым,либо от-
рицательным (в неё всегда стекает ток пи-
тания от некоего - положительного источни-
ка - любого приложенного положительного
потенциала),тогда тот источник напряжения,
который будет больше, и откроет свой диод.
В случае равенства напряжений откроется
тот диод, падение на котором будет меньше.
Если плавно снижать напряжение питания
+12В, то примерно при 5В (зависит от типа
диодов и разброса их параметров) можно на-
йти такое соотношение напряжений,когда оба
диода будут открыты, и ток в сторону ножки
40 будет суммой токов через оба диода. Как
бы там ни было с нарушением +12В - глав-
ное, что контроллер не останется без пита-
ния, т.к.будет питаться либо с одного,либо
с обоих источников сразу.
Теперь представим,что исчезло 5В, а 12В
осталось. Это не опасно. 12В - вспомогате-
льное питание,оно смещает каскады,работаю-
щие в цепи 5В, и не в состоянии повредить
чип.Это управляющее напряжение,а не комму-
тируемое. Что касается схем защиты, то си-
туация с нормальным питанием не изменится
при наличии 12 и отсутствии 5В, т.к.нижний
диод останется закрытым,ещё более низким -
0-вым потенцалом,а верхний по-прежнему бу-
дет открыт.Если же после пяти вольт исчез-
нет ещё и 12В, получится классическое вык-
люченное состояние компа.
А что если после пропадания +12В будет
падать и +5В? Это,наверно,самый неприятный
случай. Поскольку оставшееся - 5В - напря-
жение через нижний диод защищает микруху.
При его снижении работа микросхемы будет
всё больше нарушаться. Но каскады контрол-
лера питаются теми же 5ю вольтами - кото-
рые снижаются (мы рассматриваем не обрыв в
цепи схемы защиты,а общее снижение питания
компа).Известно,что ток через все транзис-
торы отчасти пропорционален приложенному к
ним напряжению.А у МОП транзисторов напря-
жение питания,приложенное к затвору,задаёт
ток в открытом состаянии, и при снижении
основного питания неконтролируемый ток бу-
дет снижаться.Но поскольку вспомогательное
питание будет падать,нарушение режимов бу-
дет возрастать, и неконтролируемый ток от-
части тоже.В итоге,произведение напряжения
на ток дает мощность,которая,при исправной
схеме защиты, отсутствии +12В и снижении
+5В, будет мало изменяться (скорее всего,
слабо падать),и это не приведет к перегре-
ву контроллера. А при снижении основного
питания ниже 2-3В ток потребления контрол-
лера резко упадёт,а перегрев снизится, так
как полевые транзисторы любой структуры:
1) нормально работают при достаточно боль-
шом (номинальном в данном случае) напряже-
нии, 2) при меньшем напряжении сказывается
насыщение (гораздо большее, чем у биполяр-
ных транзисторов) и омическая область ра-
боты - транзисторы начинают вести себя как
резисторы.
Вот, пожалуй,и рассмотрели все ситуации
защиты,осталось подвести итог.Для чего ну-
жен нижний по схеме диод? Нам необходимо
питать контроллер в отсутствие +12В от
другого источника - +5В. Но замыкать ножку
40 на +5В нельзя, т.к. нормальное питание
+12В в этом случае замкнётся на +5В и мо-
жет сжечь комп либо блок питания.Можно,ко-
нечно, влепить резистор, но он будет жрать
большой ток при нормальном питании.Ток бу-
дет стекать через резистор от источника
+12В к +5. Потери энергии на резисторе,ве-
рхний диод с учётом потерь надо более мощ-
ный, блок питания более сильный,- в общем,
одни потери. Диод подходит идеально - он
выполняет роль элетронного коммутатора, не
просаживает источник +12В на +5В и автома-
тически подпитывает контроллер при пропа-
дании +12В. А для чего тогда нужен верхний
диод? Всякое может случится,самое худшее -
это замыкание +12В. Если верхнего диода не
будет,и произойдет замыкание, то нижний не
спасёт,вернее,всё зависит от мощности ниж-
него диода.Мощный диод просадит +5В на за-
мыкание, и либо сгорит место замыкания, и
напряжение хотя бы частично восстановится,
либо сдохнет блок питания или сработает
какая-то его защита с отключением. Слабый
диод сдохнет сам (не выдержит ток замыка-
ния) и затем либо сдохнет контроллер, если
диод разорвал цепь,либо,в случае замыкания
в диоде, повторится ситуация с мощным дио-
дом. Но даже если замыкания не будет,диоду
придётся питать не только контроллер, но и
всё, что висит на линии +12В, и если он
слабый,для него это может быть равносильно
замыканию (см. выше). Верхний диод нужен,
чтобы ток аварийного питания не отходил на
дисковод и усилитель, к примеру (нагрузка
питания 12В ), а питал только контроллер.
Нижний диод нужен,чтобы основной ток пита-
ния от +12В не стекал в нагрузку +5В, пе-
ренапрягая (повышая) её питание с +5В до
+12В.
Некоторая информация для абсолютных
дураков, и/или конкретных лентяев:
1. Поставиш только верхний диод (нижний
замкнёш) - в лучшем случае спалиш диод
(если он маломощный), в худшем (мощный ди-
од), спалиш комп и блок питания.... и дис-
ковод,и АУ-шник ... всю ту дребедень,какую
понавесил... Вот такой вот ОБЛАМИСЬ!
2. Поставиш только нижний (верхний зам-
кнёш) - в лучшем случае(аварийное питание)
ВГ-шка не сгорит,в худшем - пробьет диод,и
далее смотри худший случай ситуации 1.
Так что обломайтесь оптимизаторы, проще
этих двух деталей ничего уже не сделаешь.
Однако...извращенству нет предела? Похоже,
могут найтись такие, шибко-умные гении,ко-
торые (вполне логично) узреют в двух дио-
дах транзистор p-n-p структуры...
Я специально не скажу,какие выводы тра-
нзистора каким выводам диодов соответству-
ют (чтобы не провоцировать лентяев). А из-
вращенцам скажу, что когда-то очень давно,
когда я начал познавать электронику,я про-
бовал сделать транзистор из двух диодов
(тогда был дефицит деталей),и если вам это
действительно удавалось, могу вас поздра-
вить!, но вы не от мира сего...
Если вы влепите транзистор, то в лучшем
случае поднимите энергопотребление компа,а
в худшем спалите транзистор,и... см.худший
случай ситуации 1.
Вообще-то есть сдвоенные диодные сбор-
ки,с общим катодом,но они мощные,и их чис-
то физически неудобно использовать в нашем
случае.
Заключение.
При подготовки этой статьи я посмотрел
некоторые издания (у меня их немного), и
нашел два упоминания про защиту. Просто не
всегда есть время на просмотр собственных
дисков (зато всегда есть шанс найти в них
что-то новое:).Иногда, вполне реально,люди
публикуют схемы,работу которых сами не по-
нимают.В своих статьях я пытаюсь всё обос-
новать.
У меня есть (чисто практический) инте-
рес на реализацию защиты с минимальной по-
терей напряжения. Конечно, схема будет не
самой надёжной по количеству компонентов.
Надеюсь, про РЕЛЕ не подумали...
По словам Timex/Sinclair Club, он испо-
льзовал диоды КД521 и проверял схему - она
работает как надо. Что ж, спасибо ему за
проверку, я бы не решился...
Недавно один человек,не имеющий грамот-
ного представления о компах даже в целом,
глянув на квадратный пластмассовый корпус
с Пентагоном,спросил:что это? Я сказал,что
компьютер. Такой маленький? - удивился он.
Люди, а ведь многие из нас действительно
этого не замечали!
Спектрум не умирает,он прогрессирует! И
стал ещё более компактным и экономичным в
сравнении с современными микроволновыми
башнями.Про доступность ресурсов пользова-
телю можно и не говорить...
Последние дни Июня 2003 года. By KSA-7G.
