Vrm на материнской плате что это

Устройство материнской платы. Что такое VRM, сокет, чипсет, BIOS, немного про контроллеры и разъёмы

Материнская плата — важная часть компьютера (ЭВМ) , так как это основная плата, к которой подключаются все основные компоненты, такие как процессор, оперативная память, видеокарта и накопители.

Материнская плата, описание

Она обеспечивает взаимодействие всех подключаемых к ней устройств, а представляет из себя многослойную печатную плату, на которой тонким слоем нанесены дорожки и установлены различные радио-элементы и разъёмы.

Обратная сторона платы

Лишь небольшая часть проводников находится снаружи, большая их часть скрыта внутри самой платы, так как она состоит из множества слоев, и включает в себя слой заземления, несколько силовых и сигнальных слоёв. Снаружи плата покрыта диэлектрическим лаком, который защищает дорожки от короткого замыкания и внешних воздействий.

Строение платы (PCB)

Сбоку платы находится 24-контактный разъём ATX, через него от блока питания, плата получает основные напряжения 12, 5 и 3,3 вольта, эти напряжения получают различные компоненты на самой материнской плате и подключённые через разъёмы, например USB или PCI Express

Разъём ATX, основные напряжения

Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины. (Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов.)

Сокет

Рядом с сокетом располагается 4(ATX12V) или 8(EPS12V) контактный разъём для питания процессора. На материнских платах предназначенных для установки мощных CPU, устанавливаются несколько таких разъёмов,

ATX 12V, EPS 12V Питание процессора

но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.

Питание процессора

Поэтому вокруг процессорного сокета находятся модули регулирования напряжения или сокращённо VRM, они нужны для преобразования 12 вольт в напряжение необходимое процессору.

VRM

Один такой модуль или фаза, состоит из конденсатора, дросселя, двух мосфетов и драйвера. В современных платах драйвер и два мосфета объединены в один корпус.

Драйвер и транзисторы в одном корпусе

Драйвер управляет процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером, а катушка и конденсатор сглаживают напряжение с транзисторов.

Упрощённая схема однофазного VRM

Для получения более стабильного напряжения на процессор используют несколько фаз питания, импульсы которых смещены друг относительно друга. Управляет ими ШИМ-Контроллер, который находится рядом.

Упрощённая схема многофазного VRM

Обычно устанавливают от 4 до 8 реальных фаз, так как используют столько же фазный ШИМ-контроллеры. Если на плате установлено к примеру 16 фаз, то производитель использует делители, то есть сигнал с одного канала ШИМ-контролера распределяется на два драйвера.

ШИМ-контроллер

Физически фаз больше, но работают они синхронно и поэтому они не сглаживают пульсации, а лишь позволяют установить более мощный процессор и уменьшить тепловыделение элементов.

Даблеры (удвоители), схема

Так же рядом с процессорным сокетом размещаются слоты для установки модулей оперативной памяти. У современных модулей рабочее напряжение 1.1 в, поэтому рядом со слотами тоже есть цепи питания, которые преобразовывают напряжение, но для DRAM используют одну или две фазы.

Разъёмы DIMM

Количество слотов на материнской плате, зависит от контроллера памяти, который находится в процессоре или в северном мосте. Обычно это двухканальный контроллер, то есть шина памяти у него разделена на два канала, что позволяет осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два.

Каналы памяти

На каждый канал можно установить до двух модулей DRAM, что даёт возможность установить 4 модуля оперативной памяти, если на материнской плате есть для них слоты. (Многие контроллеры памяти позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно, это повышает производительность)

Четырёхканальный контроллер

В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.

Топология, схема

Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.

Прямая топология

Прямая топология используется в ITX платах с двумя слотами памяти. С ней можно добиться высоких частот памяти при заполнении 2 слотов. (Электрические характеристики наилучшие)

Т-образная топология

Т-образная, оптимизированна для заполнения всех слотов памяти, у неё длина проводников до двух модулей одинаковая и с ней можно добиться хороших частот памяти при заполнении всех слотов, но стабильность работы при заполнении 2 слотов будет хуже.

Топология Daisy Chain

Daisy Chain оптимизированна для установки одного модуля на канал, у неё длина проводников меньше чем с Т-образной и с ней можно добиться больших частот памяти, но стабильность работы при заполнении всех слотов, хуже.

Разъём PCI express

Ниже слотов памяти, в левой части платы размещают разъемы PCI Express. Эти разъёмы предназначены для установки плат расширения.

Разъёмы PCI express x16, x4

Они бывают несколько типов, с разным количеством выделенных линий. X16 используются в основном для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.

Распиновка PCI express x16 (питание)

Маломощные карты получают питание от самого слота. В качестве силовых линий используются выводы на левой части разъема. Через них подключаемое устройство получает +12 и +3.3 вольта.

Распиновка PCI express x16 (Data)

С помощью контактов на правой стороне происходит обмен данными. 8 контактов формируют одну линию PCI-E. 2 контакта используются на приём, два на передачу и 4 контакта земли. (Обмен сигналами производится с помощью дифференциальных сигналов по двум проводам, за один цикл передается 1 бит данных. При этом одновременно используется два сигнальных пина и два контакта земли.)

Совместимость слотов

Скорость передачи данных через слот зависит от количества задействованных линий и версий PCIe. Их существует 5 версий и все они полностью совместимы. То есть при установке устройства с интерфейсом PCI Express 5.0 в плату с версией 4.0 устройство будет работать, но на скорости старой версии.

(Чем больше выделенных линий тем больше высокоскоростных устройств можно подключить к плате.)

Таблица пропускной способности PCI express

Так же, рядом с разъемами PCI Express, иногда устанавливают разъём PCI — он нужен для подключения старых плат расширения и сейчас практически не используется.

Разъём PCI

Ещё на плату устанавливают один или несколько разъёмов М. 2(NGFF). Этот разъём используется для подключения специальных SSD и карт расширения. Их бывает 2 типа, с «B» и «M» ключом.

Разъём M.2

Правее, находится главный элемент материнской платы, это чипсет. Именно от него зависит какой процессор и какой тип оперативной памяти можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро, и стабильно все они будут работать.

Чипсет (южный мост, I/O Controller Hub, ICH)

Если посмотреть на блок схему, то видно что чипсет, состоит из двух микросхем: Северного моста и Южного.

Структурная схема материнской платы (классическая)

Северный мост обеспечивает работу самых быстрых узлов компьютера. Он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express. Именно он определяет какой тип памяти можно установить, её максимальный объём и в каких режимах она может работать. В некоторых случаях северный мост может содержать встроенный графический процессор.

(Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы

Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express.)

Южный мост обеспечивает работу медленных устройств: накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и многих других. Он управляет связью между медленными компонентами

Структурная схема материнской платы (современная)

Северный и южный мост это классическая схема, в современных системах функции северного моста переносят в центральный процессор, из-за чего уменьшаются задержки и увеличивается производительность всей системы.

Поэтому чипсет в новых платах представлен одной микросхемой — южным мостом.

Чипсет

Так же важна микросхема BIOS. BIOS — это базовая система ввода-вывода, программа записанная во флэш-память, которая отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату и большинства подключённых к ней устройств. Именно BIOS устанавливает базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, контроллера памяти, процессора.

(Иногда используют две микросхемы, для хранения текущей версии и резервная)

Микросхемы BIOS

Рядом находится 3х вольтовая батарейка, она питает схему часов и память CMOS. Без неё бы сбрасывалось системное время и параметры работы некоторых устройств.

(CMOS-энергозависимая память с настройками BIOS)

Батарейка 3v

На правом краю платы размещают SATA порты, они служат для подключения накопителей с интерфейсом SATA. Обычно с помощью чипсета реализуют 4 порта, а остальные с помощью внешних дополнительных контроллеров.

(Существует три версии SATA, это SATA 1.0, SATA 2.0 и SATA 3.0. Все эти версии полностью совместимы и отличаются только скоростью передачи данных. Для SATA 1.0 скорость составляет 1.5 Гбит/с, для SATA 2.0 – 3 Гбит/с, а для SATA 3.0 – 6 Гбит/с.)

SATA-контроллер

На левом краю материнской платы размещают Мультиконтроллер (Super i/o).

Он следит за состоянием платы, мониторит напряжения, следит за показаниями температурных датчиков и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В некоторых платах отвечает за устаревшие порты ввода-вывода, такие как COM порт и PS/2.

Мультиконтроллер (Super I/O)

Под мультиконтроллером обычно находится звуковая подсистема состоящая из аудиокодека, резисторов и твердотельных конденсаторов. Кодек содержит в своём корпусе ЦАП и АЦП, что позволяет воспроизводить и принимать звук всего одной микросхемой.

Встроенная звуковая карта

(1. прием, передача, буферизация цифровых данных;

2. преобразование данных из цифровой в аналоговую форму и обратно;

3. микширование данных, поступающих от разных источников (аналоговых и цифровых);

4. управление уровнем сигнала, поступающего от разных источников (т. е. управление громкостью);

5. усиление сигнала, поступающего на микрофонный звук;

6. реализация расширения стереобазы для улучшения звучания на дешевых компьютерных колонках.)

Если посмотреть на схему, то легко понять как работает интегрированный звук. Центральный процессор полностью кодирует сигнал, а южный мост обеспечивает обмен данными.

Схема встроенной звуковой карты

В современных платах для уменьшения помех и наводок, аудиотракт изолируют от остальной части платы, а левый и правый канал размещают на разных слоях текстолита.

Аудиотракт

Так же в левой части платы находится панель с разъёмами для подключения внешних устройств – клавиатуры, мыши, флешек и многого другого.

Блок ввода/вывода (I/O set)

Сбоку панели находятся микросхемы, которые обеспечивают работу этих портов, обычно устанавливают Ethernet и usb Контроллеры.

Контроллеры панели ввода/вывода (I/O set)

Помимо этих микросхем, есть много дополнительных элементов обеспечивающие работу платы. Например, ре-драйверы — это усилители сигнала шины. Есть свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.

Редрайвер и свитч PCIe

Есть несколько кварцевых резонаторов, задающие базовые частоты. Так же есть внешние генераторы частот и специальные контроллеры, которые задают и управляют частотами шин.

Клокер и кварц

В самой нижней части платы, размещают разъёмы для подключения помп СЖО, термодатчиков, аудиокабеля, есть колодка для кнопок и индикаторов передней панели корпуса, есть кнопки или перемычки для сброса настроек BIOS и переключения режимов работы.

Колодки

Устройство материнской платы показано на примере форм фактора EATX, существует множество стандартов плат с разным размером из-за чего их устройство может показаться разным, но отличаются они лишь плотностью компонентов, расположением и количеством разъёмов.

Форм-факторы материнских плат

VRM. Что такое, зачем? Фазы и цепи питания.

В современном мире GPU и CPU кристаллы потребляют довольно много энергии, при этом они требуют питание с довольно низким напряжением, что создаёт очень серьезную проблему, связанную с большой силой тока которую передать от блока питания без потерь довольно сложно. Передача больших токов — это вообще значительная проблема и в любых электросетях.

Допустим на электростанциях специально выводят линии высокого напряжения, чтобы передавать большие мощности малыми токами. И уже только вблизи потребителя устанавливаются трансформаторные подстанции понижающие напряжение до бытовых 230 Вольт на фазу, если говорить про российские стандарты.

Именно для того чтобы так это всё работало и не приходилось вести толщенные медные кабели от электростанций и существуют все эти преобразования. По этой же причине мы используем переменный ток. Законы природы подарили нам прекрасное свойство электромагнитных излучений, при котором наведённые ЭДС сильно зависят от того чем они наводятся и на что они наводятся. Поэтому достаточно просто подобрать катушки с нужным числом витков и почти без потери мощности можно трансформировать питание изменяя как нам удобно ток и напряжение. Собственно эти устройства для преобразования переменного тока называются трансформаторами. А нужно нам преобразования чтобы получить нужное питание.

Простейший трансформатор

И тут встаёт вопрос в том, что чипам графики и процессора нужно довольно низкое напряжение — менее полутора вольт. И это создает проблемы. Допустим, видеокарта может потреблять 350 и даже более Ватт. Учитывая, что напряжение питания на чип составляет порядка 1,35 Вольт, то получается, что ток в подводящих кабелях должен быть около 260 Ампер. И для передачи такого тока с малыми потерями на 1 метр от блока питания до видеокарты вам нужно будет хотя бы провод сечением в 120-150 квадратных мм. Это должен быть кабель толщина которого примерно как у большого пальца на руке, плюс изоляция и выходит штуковина в почти два сантиметра диаметром. И это всё из меди. Даже отбрасывая вопросы того какими должны быть клеммы для того чтобы они не плавились встают вопросы гибкости такого кабеля, а также токоподводящие кабели будут в несколько раз дороже тех блоков питания, что сейчас продаются.

В общем проблема точно такая же как и с электростанциями. Поэтому требуются компромиссы при которых часть задач по преобразованию отводится в блок питания, а часть остаётся за материнской платой (более того часть отводится сейчас самим процессорам, которые одно входное напряжение трансформируют в несколько более низких уже внутри себя).

Если нам надо использовать VRM, почему весь блок питания нельзя разместить на материнской плате?

Если представить что все вопросы по трансформации брали бы на себя материнские платы, то это бы вызвало ряд проблем. Во первых питание у нас идёт 230 Вольт переменного напряжения. То есть прямо на материнской плате пришлось бы разводить и часть включающую в себя переменное напряжение. А это тоже проблема, и проблема в наводках. Корпуса блоков питания металлические по двум причинам. Первая — это вопрос пожарной безопасности, то есть в случае возникновения открытого горения внутри блока питания — огню через какое-то время будет нечего жечь, корпус при этом не пропустит огонь наружу и горение прекратится. А вторая причина — корпус блока питания металлический и заземлён и он экранирует наводки от переменного напряжения. То есть если бы у нас преобразование происходило на материнской плате, то и в динамиках у нас постоянно бы фонили 50 Герц от розетки и было бы намного больше ошибок записи и чтения данных, особенно на устройствах которые либо записывают и читают изначально по аналоговому (например жёские диски), либо имеют много градаций логических уровней, или требуют точных зарядок и разрядок каких-то элементов, то есть это SSD диски, оперативная память и тому подобное. Всё это бы было плохо электромагнитно совместимо с той частью материнской платы которая бы получала переменное напряжение. Вторая проблема — напряжение 230 Вольт достаточно большое, чтобы пробивать через живые ткани человека, поражая электрическим током пользователя который будет недостаточно аккуратен. А это, помимо прочего, и законодательные проблемы. То есть нельзя будет сертифицировать для розничной продажи отдельные комплектующие, можно было бы в таком случае продавать только полностью собранные компьютеры в корпусе без доступа к его содержимому пользователей. И это тоже проблема.

Поэтому такая штука как отдельный блок питания и существует. И она занимается тем чтобы получать из розетки переменное напряжение, а выдавать несколько наиболее потенциально востребованных выходных постоянных напряжений, но достаточно высоких, чтобы токи были не очень большими, и можно было использовать провода адекватных сечений, но при этом напряжение должно быть не настолько высокое, чтобы пользователя могло ударить током, и чтобы в целом свести возможности случайных замыканий и пробоев к минимуму. И в настоящий момент такое напряжение — это напряжение 12 Вольт. Блок питания выдаёт и другие напряжения, но для самых требовательных компонентов по мощности используются именно 12 Вольтовые линии, так как обеспечивают наименьшие потери при передаче тока.

А всё остальное — то есть преобразование 12 Вольт в более низкое напряжение — это уже выполняется на материнской плате или на плате видеокарты в непосредственной физической близости к самим кристаллам.

Как преобразовать напряжение в более низкое?

И тут возникает главное НО. Дело в том, что переменный ток трансформировать с малыми потерями в мощности довольно просто. Надо намотать катушки с нужными пропорциями витков и поместить их в общий замкнутый магнитный контур и всё. С постоянным напряжением, выходящим из блока питания, трансформатор будет работать только как кипятильник, ничего преобразовывать он не будет.

И тут на помощь приходит импульсный понижающий преобразователь напряжения. Чаще всего мы все эту область называем как VRM.

А характеризуются VRM возможным преобразуемым током и создаваемыми пульсациями. Но эти цифры никто не указывает, а указывают как правило только число фаз питания или число цепей питания. А максимальный ток вообще производители не указывают, потому что иногда меняют элементы в VRM на получше, если первые версии показали проблемы и выходы из строя или на похуже, если производитель хочет сэкономить в ущерб запасу по передаваемой мощности. И чтобы понять что такое фазы, а что такое цепи или линии питания и в чём разница между цепями и фазами нужно для начала понять общий смысл работы импульсного преобразователя напряжения.

Представьте, что у вас есть питание в 12 Вольт, а вам надо 2 вольта.

Кто хорошо помнит школьный курс физики тот может вспомнить, что можно разбить нагрузками цепь так, что в нужных частях вы получите меньшее напряжение. В таком случае альтернативная ветвь либо должна выполнять какую-то другую полезную работу, либо просто рассеивать мощность в тепло.

Данных вид понижающих преобразователей существует и называется линейным регулятором напряжения и бывают случаи когда применяют именно такой метод, но у нас с вами значительная мощностная нагрузка и нам надо очень сильно снизить напряжение, то есть мы берём малую долю от исходных 12 Вольт. В случае использования линейного преобразователя напряжения КПД такого снижения был бы очень низким. Вдобавок у нас процессор и видеокарта потребляют всегда разное количество мощности, а значит и другая нагрузка должна постоянно меняться чтобы напряжение всегда создавалось правильное. То есть это не будут просто резисторы как на схеме, нужна управляемая нагрузка, которую, как правило, ещё и тоже нельзя перегревать, то есть создаётся много проблем.

Этот метод нам не подходит.

В нашем случае куда лучше подойдёт импульсный преобразователь, чтобы понять общий смысл его работы приведу пример. Допустим если у нас за секунду первую 1/6 времени будет 12 Вольт, а оставшихся ⅚ секунды 0 Вольт, то в среднем у нас будет 2 Вольта, которые нам и надо получить.

С точки зрения математики всё прекрасно, мы получили из 12 Вольт — 2 Вольта с КПД 100%, но с точки зрения техники у нас всё равно 12 Вольт вперемешку с отсутствием питания и работать это не будет. Благо есть методы позволяющие частично решить эту проблему. Существует такое электротехническое решение как LC фильтр применяемый в куче разных мест.

Данная конструкция не даёт происходить любым изменениям очень резко, то есть все переходные процессы становятся заторможенными во времени. В том числе размываются и наши включения/выключения.

Красный — импульсы до сглаживания, синий — импульсы после сглаживания

И в итоге на выходе мы получаем некое подобие постоянного напряжения и некое подобие относительно высокого КПД. Естественно это не 100%, но куда выше, чем в линейном преобразователе.

Проблема только в том, что мы всё равно не получаем постоянное напряжение как в линейном преобразователе потому что есть пульсации напряжения.

И если супер критично отсутствие этих пульсаций то и применяется линейный преобразователь напряжения. Для процессора эти пульсации тоже критичны. Дело в том, что процессор работает на частотах выше, чем происходит пульсирующее включение питания, а значит в отдельные такты он будет менее стабильным, так как получает недостаточное напряжение для питания, то есть для стабильной работы придется завышать напряжение, так чтобы в моменты падений между импульсами было достаточно стабильности, то есть среднее напряжение должно быть излишним, что ухудшит энергоэффективность работы. Помимо этого — высокие пульсации — это ещё и наводки, то есть помехи при работе.

Но проблема эта не единственная. Есть вторая сложность, которая заключается в том, что процессор потребляет довольно много энергии.

Как работает VRM?

И тут уже стоит перейти к тому как же всё таки происходит генерация этих самых импульсов напряжения, чтобы понять почему высокие токи — это проблема.

В классическом исполнении мы для подачи импульсного питания ставим сборку из двух MOSFETов которые в данном случае чаще называют ключом (по русски мосфетами в данном случае называются МДП транзисторы с изолированным каналом N типа).

Суть таких транзисторов заключается в том, что он состоит из трёх областей кремния с разным лигированием, так что заряды просто так не могут преодолеть центральную часть, то есть центральная часть отталкивает от себя заряды подаваемые в крайние области. То есть по умолчанию он работает как диэлектрик не пропуская ток. Но если чуть-чуть помочь зарядам преодолеть малую область пространства центральной части, то заряд пройдёт. Собственно если подать напряжение на затвор, то есть к электроду у центральной части, то создаваемое электромагнитное поле поможет подровнять в центральной области потенциальную яму, которую не могут преодолеть заряды, и образуется в центральной области переход по которому между крайними частями начинает идти ток, а если с центрального электрода опять убрать заряд, то ток опять перестаёт идти через центральную часть.

И эти переключения режимов могут происходить часто и быстро.

Но сами по себе транзисторы не могут открываться и закрываться, затворами нужно управлять. Для того чтобы это происходило правильно нужен драйвер который и отвечает за управление базой.

Но проблема в том, что в задачи драйвера входит только управление затворами. Он не знает на сколько их надо открывать по времени. Нагрузка, то есть потребление процессором, постоянно меняется, и это проблема, потому что от увеличения нагрузки может происходить просадка напряжения и эти драйверы должны не бездумно включать и выключать течение тока, а делать это на необходимое время. И это необходимое время включения драйверу сообщает контроллер.

Контроллер в режиме реального времени отслеживает состояние питания и быстро корректирует требуемые изменения скважности импульсов, этим требованиям подчиняется драйвер который уже управляет затворами транзисторов.

Но вернёмся к двум ранее высказанным проблемам. Первая — это высокие токи, а вторая — это пульсации.

Начнём с высоких токов.

Дело в том, что геометрические размеры перехода для тока в транзисторах значительно ограничены, то есть у нас получается место с малым сечением проводника в транзисторе, а это значит что в этом месте есть сопротивление и как следствие нагрев. Обычно применяются мосфеты способные передать через себя от 20 до 60 Ампер. С ними есть ещё одна неприятная особенность, что их характеристики зависят от температуры. Кроме того в момент переходного процесса между работой как диэлектрик и проводник — транзистор также является далеко не идеальным проводником, то есть несмотря на то что мы их используем как ключи постоянно закрывая и открывая с высокой частотой — это не самый их любимый режим работы. И эти характеристики портятся от роста температур. То есть при приближении силы тока к заявленным пределам — происходит повышенный нагрев выше 80 градусов, который ещё ухудшает характеристики перехода, отчего нагрев происходит интенсивней, от чего ещё сильнее ухудшаются характеристики от чего нагрев становится ещё выше, от чего характеристики ещё ухудшаются и… вы поняли.

Решается вопрос с недостатком пропускной способности по току довольно просто. Ставится просто несколько цепей питания (не путать с фазами питания, об этом будет чуть позже).

Допустим надо обеспечить пропускание 300 Ампер через VRM, производитель, берёт, допустим, 50 Амперные транзисторные сборки, делит 300 А на 50 А и получает — 6. Именно столько цепей питания потребуется. А если взять 30 Амперные, то надо поставить 10 цепей питания (300/30=10). Ни то ни другое не является худшим или лучшим решением в плане передачи тока. Худшим решением является когда производитель железки заказывает разработку VRM, скажем на 100 Ампер, а маркетологи пишут, что на это можно поставить i9 9900ks и называют плату оверклокерской.

А вот со второй проблемой — пульсациями — всё сложнее.

Если просто так поставить много цепей питания — это не решит вопрос пульсаций ровным счётом никак.

Но и тут есть целых два варианта уменьшения пульсаций.

Первый — более очевидный. Если делать импульсы пропорционально чаще и при этом короче по длине, то будет гораздо короче промежуток времени на котором происходит сглаживание.

И этот метод отлично работает и применяется довольно широко, особенно в оверклокерских материнских платах. Проблема только в том, что режим переключения далеко не самый любимый для транзисторов. То есть при увеличении частоты увеличивается нагрев и падает КПД VRM. Но метод этот всё равно применяется очень активно. Допустим лет 5 назад оверклокерские платы давали возможность делать переключения в лучшем случае по 500 тыс раз в секунду, то есть 500 КГц. Сейчас уже вполне себе средние платы имеют частоту 500 КГц, есть множество видеокарт с частотой даже выше. А топовые оверклокерские материнские платы имеют частоту переключений в 1 МГц. Но это всегда был метод в тупую и вспомогательный. Он работает и очень хорош, но имеет минусы в ухудшении эффективности.

Есть методы и не в тупую. Не в тупую потому что не приносят ухудшений в КПД и в разы снижают пульсации.

В реальности, я напомню, у нас цепей питания не одна, а больше. И это важно не только для того чтобы увеличить максимальный преобразуемый ток.

В теории возможно одновременное управление этими цепями питания, то есть управление таким образом, что все импульсы включения будут совпадать во всех цепях.

Но если промежутки включения в каждой из цепей сместить, равномерно распределив по всему периоду времени, то пульсаций станет меньше, при этом мы не получаем никаких отрицательных эффектов, виртуально частично имитируя более высокую частоту. Цепи питания со смещением импульсов друг относительно друга называются уже не просто цепями питания, они называются фазами питания.

Каждый из драйверов управляется контроллером со смещением.

И тут начинается путаница. дело в том, что иногда число фаз и цепей равны друг другу, а иногда эти числа разные. То есть если все цепи питания разнесены друг относительно друга по фазам срабатывания импульсов, то число фаз и число цепей равно, и каждая цепь имеет уникальную фазу в работе. А если, допустим, есть 4 цепи питания, но две пары из них синфазны, то есть имеют совпадающие фазы, то в таком случае это будет 4 цепи питания, но при этом две фазы питания. С точки зрения первой проблемы — передачи большого тока это будут именно 4 цепи питания и они ничем не хуже, чем такие же цепи, но не синфазные, но с точки зрения уменьшения пульсаций, это будет две фазы.

Теперь разберёмся кто же отвечает за смещение фаз.

И тут не всё просто.

Напомню, что у нас есть контроллер, есть драйвер и пара транзисторов с фильтром.

Задача распределить открытие цепей питания по разным фазам ложится на плечи контроллера. Одна из характеристик контроллеров — это число выходных каналов для управления драйверами. Соответственно если таких каналов 8, то такой контроллер может управлять драйверами так чтобы те обеспечили 8 разных фаз питания. Если 6, то 6 и т.д.

И несколько лет назад — на этом бы рассказ и закончился. То есть контроллер управляет драйверами каждый со своим смещением по фазе, те управляют транзисторами со смещением по фазе и так это и работает. А если цепей питания больше, чем максимально может выдать фаз контроллер, значит часть цепей работает синфазно, то есть, допустим, цепей питания 8, а фаз питания — 4.

Но сейчас — это уже не так. Дело в том, что часть задач по разбитию на фазы взяли на себя драйвера. То есть драйвер может получить от контроллера сигнал со своим смещением по фазе и уже сам драйвер может обслуживать более 1-ой цепи питания, самостоятельно разделяя эти цепи на фазы.

В текущий момент драйвера уже умеют разбивать одну фазу на свои 4 подфазы, но в процессорных VRM используется сейчас либо фазы с чистым управлением от контроллера либо фазы полученные драйверами удвоителями, называемых даблерами, квадреры, то есть драйвера делящие одну фазу на 4 до материнских плат ещё не добрались, а вот в видеокартах они периодически встречаются.

Выводы

Теперь вы уже должны понимать разницу между цепями и фазами. Ну и то что количество цепей и максимальный ток на транзисторах описывает возможный передаваемый ток, а количество фаз описывает как хорошо происходит борьба с пульсациями.

Материнская плата устройство и принцип работы. Что такое VRM, сокет, чипсет, BIOS, немного про контроллеры и разъёмы

Материнская плата — важная часть компьютера (ЭВМ) , так как это основная плата, к которой подключаются все основные компоненты, такие как процессор, оперативная память, видеокарта и накопители.

Она обеспечивает взаимодействие всех подключаемых к ней устройств, а представляет из себя многослойную печатную плату, на которой тонким слоем нанесены дорожки и установлены различные радио-элементы и разъёмы.

Лишь небольшая часть проводников находится снаружи, большая их часть скрыта внутри самой платы, так как она состоит из множества слоев, и включает в себя слой заземления, несколько силовых и сигнальных слоёв. Снаружи плата покрыта диэлектрическим лаком, который защищает дорожки от короткого замыкания и внешних воздействий.

Сбоку платы находится 24-контактный разъём ATX, через него от блока питания, плата получает основные напряжения 12, 5 и 3,3 вольта, эти напряжения получают различные компоненты на самой материнской плате и подключённые через разъёмы, например USB или PCI Express

Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины.
(Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов.)

Рядом с сокетом располагается 4(ATX12V) или 8(EPS12V) контактный разъём для питания процессора. На материнских платах предназначенных для установки мощных CPU, устанавливаются несколько таких разъёмов.

Но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.

Поэтому вокруг процессорного сокета находятся модули регулирования напряжения или сокращённо VRM, они нужны для преобразования 12 вольт в напряжение необходимое процессору.

Один такой модуль или фаза, состоит из конденсатора, дросселя, двух мосфетов и драйвера. В современных платах драйвер и два мосфета объединены в один корпус.

Драйвер управляет процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером, а катушка и конденсатор сглаживают напряжение с транзисторов.

Для получения более стабильного напряжения на процессор используют несколько фаз питания, импульсы которых смещены друг относительно друга. Управляет ими ШИМ-Контроллер, который находится рядом.

Обычно устанавливают от 4 до 8 реальных фаз, так как используют столько же фазный ШИМ-контроллеры. Если на плате установлено к примеру 16 фаз, то производитель использует делители, то есть сигнал с одного канала ШИМ-контролера распределяется на два драйвера.

Физически фаз больше, но работают они синхронно и поэтому они не сглаживают пульсации, а лишь позволяют установить более мощный процессор и уменьшить тепловыделение элементов.

Так же рядом с процессорным сокетом размещаются слоты для установки модулей оперативной памяти. У современных модулей рабочее напряжение 1.1 в, поэтому рядом со слотами тоже есть цепи питания, которые преобразовывают напряжение, но для DRAM используют одну или две фазы.

Количество слотов на материнской плате, зависит от контроллера памяти, который находится в процессоре или в северном мосте. Обычно это двухканальный контроллер, то есть шина памяти у него разделена на два канала, что позволяет осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два.

На каждый канал можно установить до двух модулей DRAM, что даёт возможность установить 4 модуля оперативной памяти, если на материнской плате есть для них слоты. (Многие контроллеры памяти позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно, это повышает производительность)

В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.

Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.

Прямая топология используется в ITX платах с двумя слотами памяти. С ней можно добиться высоких частот памяти при заполнении 2 слотов. (Электрические характеристики наилучшие)

Т-образная, оптимизированна для заполнения всех слотов памяти, у неё длина проводников до двух модулей одинаковая и с ней можно добиться хороших частот памяти при заполнении всех слотов, но стабильность работы при заполнении 2 слотов будет хуже.

Daisy Chain оптимизированна для установки одного модуля на канал, у неё длина проводников меньше чем с Т-образной и с ней можно добиться больших частот памяти, но стабильность работы при заполнении всех слотов, хуже.

Ниже слотов памяти, в левой части платы размещают разъемы PCI Express. Эти разъёмы предназначены для установки плат расширения.

Они бывают несколько типов, с разным количеством выделенных линий. X16 используются в основном для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.

Маломощные карты получают питание от самого слота. В качестве силовых линий используются выводы на левой части разъема. Через них подключаемое устройство получает +12 и +3.3 вольта.

С помощью контактов на правой стороне происходит обмен данными. 8 контактов формируют одну линию PCI-E. 2 контакта используются на приём, два на передачу и 4 контакта земли. (Обмен сигналами производится с помощью дифференциальных сигналов по двум проводам, за один цикл передается 1 бит данных. При этом одновременно используется два сигнальных пина и два контакта земли.)

Скорость передачи данных через слот зависит от количества задействованных линий и версий PCIe. Их существует 5 версий и все они полностью совместимы. То есть при установке устройства с интерфейсом PCI Express 5.0 в плату с версией 4.0 устройство будет работать, но на скорости старой версии.

(Чем больше выделенных линий тем больше высокоскоростных устройств можно подключить к плате.)

Так же, рядом с разъемами PCI Express, иногда устанавливают разъём PCI — он нужен для подключения старых плат расширения и сейчас практически не используется.

Ещё на плату устанавливают один или несколько разъёмов М. 2(NGFF). Этот разъём используется для подключения специальных SSD и карт расширения. Их бывает 2 типа, с «B» и «M» ключом.

Правее, находится главный элемент материнской платы, это чипсет. Именно от него зависит какой процессор и какой тип оперативной памяти можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро, и стабильно все они будут работать.

Если посмотреть на блок схему, то видно что чипсет, состоит из двух микросхем: Северного моста и Южного.

Северный мост обеспечивает работу самых быстрых узлов компьютера. Он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express. Именно он определяет какой тип памяти можно установить, её максимальный объём и в каких режимах она может работать. В некоторых случаях северный мост может содержать встроенный графический процессор.

(Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы

Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express.)

Южный мост обеспечивает работу медленных устройств: накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и многих других. Он управляет связью между медленными компонентами

Северный и южный мост это классическая схема, в современных системах функции северного моста переносят в центральный процессор, из-за чего уменьшаются задержки и увеличивается производительность всей системы.

Поэтому чипсет в новых платах представлен одной микросхемой — южным мостом.

Так же важна микросхема BIOS. BIOS — это базовая система ввода-вывода, программа записанная во флэш-память, которая отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату и большинства подключённых к ней устройств. Именно BIOS устанавливает базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, контроллера памяти, процессора.

(Иногда используют две микросхемы, для хранения текущей версии и резервная)

Рядом находится 3х вольтовая батарейка, она питает схему часов и память CMOS. Без неё бы сбрасывалось системное время и параметры работы некоторых устройств.

(CMOS-энергозависимая память с настройками BIOS)

На правом краю платы размещают SATA порты, они служат для подключения накопителей с интерфейсом SATA. Обычно с помощью чипсета реализуют 4 порта, а остальные с помощью внешних дополнительных контроллеров.

(Существует три версии SATA, это SATA 1.0, SATA 2.0 и SATA 3.0. Все эти версии полностью совместимы и отличаются только скоростью передачи данных. Для SATA 1.0 скорость составляет 1.5 Гбит/с, для SATA 2.0 – 3 Гбит/с, а для SATA 3.0 – 6 Гбит/с.)

На левом краю материнской платы размещают Мультиконтроллер (Super i/o).
Он следит за состоянием платы, мониторит напряжения, следит за показаниями температурных датчиков и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В некоторых платах отвечает за устаревшие порты ввода-вывода, такие как COM порт и PS/2.

Под мультиконтроллером обычно находится звуковая подсистема состоящая из аудиокодека, резисторов и твердотельных конденсаторов. Кодек содержит в своём корпусе ЦАП и АЦП, что позволяет воспроизводить и принимать звук всего одной микросхемой.

Часть 1. Устройство материнской платы. Как работает VRM, что такое чипсет, сокет, BIOS и немного о других компонентах на плате ⁠ ⁠

Материнская плата — важная часть компьютера (ЭВМ), так как это основная плата, к которой подключаются все основные компоненты, такие как процессор, оперативная память, видеокарта, накопители и прочие устройства.

Она обеспечивает взаимодействие всех подключаемых к ней устройств, а представляет из себя многослойную печатную плату, на которой тонким слоем нанесены дорожки и установлены различные радио-элементы и разъемы.

Лишь небольшая часть проводников находится снаружи, большая их часть скрыта внутри самой платы, так как она состоит из множества слоев, и включает в себя слой заземления, несколько силовых и сигнальных слоёв. Снаружи плата покрыта диэлектрическим лаком, который защищает дорожки от короткого замыкания и внешних воздействий.

Сбоку платы находится 24-контактный разъём ATX, через него от блока питания, плата получает основные напряжения 12, 5 и 3,3 вольта, эти напряжения получают различные компоненты на самой материнской плате и подключённые через разъёмы, например USB или PCI Express

Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины.

(Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов)

Рядом с сокетом располагается 4(ATX12V) или 8(EPS12V) контактный разъём для питания процессора. На материнских платах предназначенных для установки мощных CPU, устанавливаются несколько таких разъёмов.

Но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.

Поэтому вокруг процессорного сокета находятся модули регулирования напряжения или сокращённо VRM, они нужны для преобразования 12 вольт в напряжение необходимое процессору.

Один такой модуль или фаза, состоит из конденсатора, дросселя, двух мосфетов и драйвера. В современных платах драйвер и два мосфета объеденены в один корпус.

Драйвер управляет процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером, а катушка и конденсатор сглаживают напряжение с транзисторов.

Для получения более стабильного напряжения на процессор используют несколько фаз питания, импульсы которых смещены друг относительно друга. Управляет ими ШИМ-Контроллер, который находится рядом.

Обычно устанавливают от 4 до 8 реальных фаз, так как используют столько же фазный ШИМ-контроллеры. Если на плате установлено к примеру 16 фаз, то производитель использует делители, то есть сигнал с одного канала ШИМ-контролера распределяется на два драйвера.

Физически фаз больше, но работают они синхронно и поэтому они не сглаживают пульсации, а лишь позволяют установить более мощный процессор и уменьшить тепловыделение элементов.

Так же рядом с процессорным сокетом размещаются слоты для установки модулей оперативной памяти. У современных модулей рабочее напряжение 1.1 в, поэтому рядом со слотами тоже есть цепи питания, которые преобразовывают напряжение, но для DRAM используют одну или две фазы.

Количество слотов на материнской плате, зависит от контроллера памяти, который находится в процессоре или в северном мосте. Обычно это двухканальный контроллер, то есть шина памяти у него разделена на два канала, что позволяет осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два.

На каждый канал можно установить до двух модулей DRAM, что даёт возможность установить 4 модуля оперативной памяти, если на материнской плате есть для них слоты.
(Многие контроллеры памяти позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно, это повышает производительность)

В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.

Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.

Прямая топология используется в ITX платах с двумя слотами памяти. С ней можно добиться высоких частот памяти при заполнении 2 слотов. (Электрические характеристики наилучшие)

Т-образная, оптимизированна для заполнения всех слотов памяти, у неё длина проводников до двух модулей одинаковая и с ней можно добиться хороших частот памяти при заполнении всех слотов, но стабильность работы при заполнении 2 слотов будет хуже.

Daisy Chain оптимизированна для установки одного модуля на канал, у неё длина проводников меньше чем с Т-образной и с ней можно добиться больших частот памяти, но стабильность работы при заполнении всех слотов, хуже.

Ниже слотов памяти, в левой части платы размещают разъемы PCI Express. Эти разъёмы предназначены для установки плат расширения.

Они бывают несколько типов, с разным количеством выделенных линий. X16 используются в основном для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.

Маломощные карты получают питание от самого слота. В качестве силовых линий используются выводы на левой части разъема. Через них подключаемое устройство получает +12 и +3.3 вольта.

Так как пикабу не разрешил вставлять картинки в более длинный пост, продолжение во второй части

1.1K постов 10.9K подписчиков

Правила сообщества

1-Мы А-политическое сообщество. 2-Запрещено оскорбление: Администрации Пикабу, сообщества, участников сообщества а также родных, близких выше указанных.

3-Категорически запрещается разжигание межнациональной розни или действий, направленных на возбуждение национальной, расовой вражды, унижение национального достоинства, а также высказывания о превосходстве либо неполноценности пользователей по признаку их отношения к национальной принадлежности или политических взглядов. Мат — Нежелателен. Учитесь выражать мысли без матерщины

Здаётся мне,джентельмены,что это диплом

Для тех кто не смотрел видео. Улыбнуло 🙂

Это товарищ майор следит ?

Видео отличное. Графика показательная и смотрится сочно. Звук пиздец. Тупо какафония, не мог из-за неё на словах сосредоточиться

Биоэлектроника: печатные платы из чайного гриба⁠ ⁠

Чайный гриб — это не только ценный мех чай с сахаром, но и полсотни различных симбиотических бактерий и дрожжей (SCOBY), представляющие собой кулинарную ферментационную культуру (закваску). В своей наиболее распространённой форме, SCOBY является желеобразной биоплёнкой на основе целлюлозы или так называемым микробным матом (дальше для краткости будем называть просто «матом»), плавающий у поверхности жидкости в сосуде. Пелликулы SCOBY могут служить для продолжения процесса ферментации в другом сосуде и воспроизведения нового продукта.

Биоплёнку чайного гриба, после того, как она будет высушена и обработана, можно использовать в промышленности в качестве альтернативы коже животных. Также, в ходе экспериментов маты чайного гриба продемонстрировали динамическую электрическую активность, что позволяет на их основе создание электронных печатных плат. Возможности и электрические свойства чайного гриба, а также их лёгкость, дешевизна и гибкость, по сравнению с классическими электронными схемами, открывают путь для их использования в самых разных областях.

❯ Оно живое

Для приготовления чайного гриба надо смешать чай и сахар с культурой чайного гриба (SCOBY). Растворив сахар в нехлорированном кипятке, необходимо заварить несколько ложек чая по выбору. Как только чай остынет, нужно добавить закваску и перелить всё это в стерилизованный стакан или банку. Затем накрыть стакан или банку бумажным полотенцем или марлей для защиты от насекомых, оставить на две-три недели и вуаля! У вас есть собственный домашний чайный гриб. Новый «ребёнок» SCOBY будет плавать прямо на поверхности жидкости (технически известный в этой форме как пелликула).

Помимо популярности чайного кваса, которую делают из чайного гриба, биоплёнка SCOBY потенциально является полезным биоматериалом. Например, в 2016 году дизайнер из Айовы продемонстрировала экспериментальное исследование по изготовлению из высушенного SCOBY экологичного кожезаменителя для одежды, обуви и аксессуаров. В 2021 году исследователи из Массачусетского технологического института и Имперского колледжа Лондона создали новые виды прочных «живых материалов», которые можно использовать как биосенсоры для очистки воды или обнаружения повреждений упаковочных материалов. Эксперименты, проведённые в 2022 году исследователями из Технологического университета Монтаны (MTU) и Университета штата Аризона (ASU) доказали, что фильтры, выращенные из матов чайного гриба, лучше устраняют образование биоплёнок — серьёзную проблему при очистке воды — чем существующие коммерческие фильтры.

На сегодняшний день чайный гриб является потенциальным кандидатом для производства экологически чистого текстиля. Также, высушенные и живые маты чайного гриба планируют внедрять в умные носимые устройства, чтобы расширить функциональность одежды и гаджетов. Разрабатываются умные эко-носимые устройства, которые будут представлять собой конвергенцию «мёртвой» и «живой» биологической материи.

В научной работе 2021 года, говорится, что маты чайного гриба продемонстрировали динамическую электрическую активность. А в статье 2022 года, описывается разработка бактериальной реактивной перчатки, которая может служить биоэлектронным сенсорным устройством. Вдохновлённые этими результатами и потенциалом мата чайного гриба для носимой электроники, небольшая международная группа инженеров по материалам и компьютерам разработала новый метод печатания электронных схем на высушенных матах SCOBY.

❯ Новая электроника

В свете продолжающихся исследований сенсорных и вычислительных механизмов, встроенных в носимые устройства, учёные оценивают чайный гриб как материал с нелинейными и нетривиальными электрическими свойствами для встраивания в киберфизические носимые устройства. Для достижения цели они проверили, можно ли изготовить основные компоненты электрических цепей на высушенных матах чайного гриба.

Современные электрические схемы требуют надёжных электрических соединений между электронными компонентами и внешних источников сигналов для их построения. Печатные платы обычно изготавливаются с помощью шелкографии, паяльной маски, меди и подложки. Выбор материала имеет решающее значение для успешной работы печатных плат, особенно для теплового равновесия. Большинство подложек печатных плат попадают в одну из двух категорий: жёсткие или гибкие.

Дорожка токопроводящих полимеров на «чайном грибе»

Жёсткие материалы, например, керамика, обычно обеспечивают отличную теплопроводность, хорошие диэлектрические свойства, высокую рабочую температуру и низкий коэффициент расширения. Самый популярный жёсткий материал FR-4, армированный стекловолокном эпоксидный ламинат, недорогой и универсальный. Существенные диэлектрические потери (фактор рассеяния) FR-4 делает его непригодным для высокоскоростных цифровых или высокочастотных аналоговых схем. Печатные платы для носимых устройств часто должны быть механически гибкими, лёгкими, водонепроницаемыми и ударопрочными. Традиционно они на основе пластика, хотя им обычно не хватает устойчивости и экономической эффективности. Полимерные мягкие материалы обладают превосходной устойчивостью к растяжению, изгибу и многим циклам стирки. Кроме того, носимые устройства предназначены для тесного взаимодействия с их носителем, поэтому выгодна биосовместимость или, по крайней мере, стойкость к активной химической среде тела человека. Следовательно сочетание печатных плат на биологической основе и биоразлагаемых компонентов особенно выгодно для носимых устройств.

(а) Контейнер с живым матом чайного гриба на поверхности жидкой культуры. (б) высушенный мат.

Команда учёных использовала бактерии SCOBY, чтобы вырастить маты чайного гриба. После сушки, маты не рвались и не разрушались даже при погружении в воду на несколько суток, и выдерживали температуру в духовке до 200°C, хотя возгорались при контакте с огнём. Учёные распечатали схемы из проводящего полимера (PEDOT:PSS) на высушенных матах чайного гриба при помощи аэрозольного струйного принтера (Aerosol Jet Printing), а также успешно протестировали альтернативный метод 3D-печати схем из проводящей смеси полиэстера и меди. Они подсоединили к схемам небольшие светодиоды при помощи эпоксидного клея с серебром. Схемы сохраняли функциональность после того, как их многократно сгибали/разгибали и растягивали.

❯ Результаты

Продемонстрировано, что можно точно разрезать маты чайного гриба при помощи лазера, распечатать аэрозольной струей PEDOT:PSS схемы металлополимерного композита на матах, нарисовать токопроводящие дорожки и расположить функциональные элементы токопроводящими красками. Лазерная резка оказалась беспроблемной процедурой. Было обнаружено, что с оптимизированными настройками маты чайного гриба хорошо режутся с минимальными затратами.

Образцы напыления PEDOT:PSS и измерения электрических свойств (a) PEDOT:PSS на фиксированном расстоянии друг от друга с соединительными дорожками (b) сопло Aerosol Jet Printing (с) определённый зазор между дорожками (d) измерение электродами PEDOT:PSS (e) измерение электродами поверхности чайного гриба (f) гидратация PEDOT:PSS

Компания Aerosol Jet Printing напечатала органические электрические проводники с целью создания схем на матах чайного гриба, используемых в качестве потенциальных субстратов в носимой электронике. Аэрозольная струйная печать особенно подходит для печати на неровных поверхностях, гибких и/или поддающихся растяжению подложках из натуральных материалов (биополимеров), поскольку работает в бесконтактном режиме на фиксированном расстоянии от субстрата.

В отличие от живых матов чайного гриба, высушенные маты не проводят электрический ток. Эти маты также значительно легче, дешевле и более гибкие, чем керамика или пластик. Печатные платы из матов SCOBY в перспективе могут действовать как биосенсоры для беспроводной передачи и хранения данных в облаке. Потенциальные приложения с такими электронными схемами включают, например, носимые мониторы сердечного ритма. Дальнейшие исследования нацелены на разработку передовых функциональных электронных схем для обнаружения и распознавания механических, оптических и химических сигналов.

Подпишись на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Топ-12 товаров для самостоятельной сборки и пайки (Часть 3)⁠ ⁠

1) Детектор утечки газа с сигнализацией

Набор для самостоятельной сборки устройства сигнализации при утечке газа. Стоит такой набор около 300 руб. ссылка

2) Мини металлоискатель

Максимальный диапазон обнаружения: 5 см. стоит такой около 218 руб. ссылка на источник

3) Светочувствительный сигнализатор

Набор для сборки датчика, который реагирует на появление яркого света (к примеру включения света в комнате) и оповещает звуковым сигналом. Стоит такой 157 р. ссылка на набор

4) Лазерная арфа

Комплект «сделай сам» с струнами-лазерами, стоит такой набор около 768 руб. ссылка

5) Электронное пианино

Стоит такой набор для сборки своего пианино 289 руб. ссылка на источник

Набор для пайки и сборки простого фонарика, стоит набор около 110 руб. ссылка

7) Аппарат для точечной сварки от сети 220v

Довольно серьёзный набор для сборки, стоит около 5 300 руб. ссылка на источник

8) Звуковая коробка

Набор для сборки платы издающей 16 разных звуков. Стоит такой около 90 руб. ссылка

9) Электронная ветряная мельница

Набор для сборки мельницы в виде имитирующих вращение светодиодов. Стоит такой около 130 р. ссылка

10) Светодиодный куб

Набор для сборки и пайки светодиодов и чипов, который в итоге превратится в Куб, ритмично зажигающий под вашу музыку, стоит такой около 2 300 руб. ссылка

11) Светодиодная башня

Аналогичный аппарат, ‘танцующий’ под вашу музыку. Стоит такой около 1 470 руб. ссылка

12) Новогодняя ёлка

Набор для самостоятельной сборки и пайки ёлки. Стоит такая 560 руб. ссылка на источник

Кран и электроника⁠ ⁠

Да, согласен, у меня тот же вопрос: «Зачем?»

Новый регламент должен был замедлить «Ред Булл», но он их сделал еще быстрее, чем в прошлом году⁠ ⁠

Преимущество «Ред Булл» над конкурентами на открытии сезона в Бахрейне оказалось даже больше, чем в конце 2022 года.

Хотя соответствующие концепции дизайна трех лучших команд прошлого года принципиально не изменились, каждая из них смогла добиться повышения эффективности. Не остановили даже новые правила, увеличивающие высоту днища перед задними колесами — как видно из таблицы ниже.

Что сразу видно из этой таблицы, так это то, что «Ред Булл» добился наибольшего прироста. Ключом к результатам быков в прошлом году была их аэродинамическая эффективность, поскольку они создавали хорошую прижимную силу во всем диапазоне скоростей с меньшим сопротивлением, чем у «Феррари» или «Мерседеса».

Вывод из этого состоит в том, что днище «Ред Булл» было более эффективным, чем у их соперников, поэтому машине требовалось меньше площади крыла, вызывающей сопротивление, для эквивалентной прижимной силы.

Задача «Ред Булла» в 2023 году заключалась в том, чтобы сохранить это преимущество на трассе при внесении изменений в машину.

Увеличение высоты внешнего края днища перед задней шиной на 10 мм и диффузора на 15 мм было сделано для уменьшения чувствительности к галопированию. Чем ближе к земле край днища и горловина диффузора, расположенного под кузовом туннеля Вентури, тем быстрее будет проходить воздушный поток через всю эту область.

Манипулирование давлением воздуха таким образом создает большую прижимную силу. Увеличение разрешенной минимальной высоты приведет к уменьшению этой прижимной силы. Поэтому, пытаясь возместить потери, понесенные в результате изменения правил, «Ред Булл» искал другой способ ускорения воздушного потока через днище.

Изображено днище «Ред Булл» 2023 года со вставкой днища 2022 года. Правая стрелка показывает закрылок в районе выреза днища. Средняя и левая стрелки указывают, где днище было обрезано от максимально допустимой ширины, чтобы освободить пространство за закрылком, позволяя ему работать интенсивнее. Низкое давление на нижней стороне закрылка будет притягивать воздушный поток в передней части днища, ускоряя его и тем самым увеличивая прижимную силу, создаваемую днищем

Разрешено использовать один профиль крыла вдоль каждой кромки днища, и в прошлом году «Ред Булл» умело интерпретировал это, чтобы разместить крыло под днищем, прямо перед задним колесом. Прозванное из-за своей формы «крылом-лезвием», его размещение там означало, что «Ред Булл» не мог использовать профиль крыла на верхней поверхности кромки днища.

Увеличение высоты днища, вероятно, сделало лопастное крыло менее эффективным, чем раньше, и был найден новый способ активизации воздушного потока путем перемещения мини-крыла на верхнюю поверхность — прямо перед единственным разрешенным правилами вырезом, вызывающим вихрь.

Мини-крыло само по себе создает очень небольшую прижимную силу, но более важной функцией является то, что низкое давление на нижней стороне крыла увеличивает энергию соседнего вихря, побуждая поток воздуха из передней части днища всасываться сильнее, увеличивая его скорость.

Для того чтобы мини-крыло работало как можно интенсивнее, боковины днища позади него были срезаны, чтобы дать воздушному потоку на нижней стороне крыла больше пространства для расширения. Хотя при этом днище теряет часть площади поверхности, создающей прижимную силу, отрезанная часть позволяет крылу работать лучше, что, в свою очередь, увеличивает энергию вихря, который, в свою очередь, ускоряет воздушный поток с передней части днища.

Хотя улучшенные характеристики машины были получены во многих областях, адаптация края днища к изменению правил была важной частью всего прогресса.

Как объяснила компания «Ред Булл» в официальном документе об изменениях болида в Бахрейне: «Перемены в регламенте привели к изменению геометрии по сравнению с прошлым годом с точки зрения увеличения минимальной высоты внешней кромки днища. Это не то изменение, которое нужно было команде, и оно не способствовало улучшению характеристик болида, поэтому было принято решение найти новый способ компенсации потерь».

То, чего лишили правила, изобретательность с лихвой компенсировала.

Ставим лайки и всем сегодня сердечек, и счастья!

Часть 1. Устройство компьютерных блоков питания, схемы, компоненты⁠ ⁠

Компьютерный блок питания (БП) это устройство, которое преобразовывает сетевое переменное напряжение в несколько постоянных напряжений, номиналом 12, 5 и 3.3 Вольта, которые и потребляют различные компоненты компьютера.

Есть два типа блоков питания: Трансформаторные (линейные) и Импульсные (инверторные).

Отличаются они способом преобразования электричества, размером и КПД.

Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. После него устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и ряд элементов обеспечивающие стабилизацию выходных напряжений и ряд защит.

Импульсный блок питания имеет более сложную схемотехнику, но при этом имеет меньшие габариты и большой КПД, поэтому в современных системах используют именно его.

Чтобы понять как в нём происходит преобразование, нужно начать с самого начала, с разъёма через который поступает высокое, переменное напряжение.

Два верхних контакта, это фаза и ноль, средний контакт это заземление.

(Разъемы серии IEC 320 (вилка (папа) – в маркировке обозначается IEC C14; или розетка (мама) – обозначается IEC C13)

Если посмотреть на разъём с обратной стороны, то видно что к среднему контакту припаян проводник с металлическим лепестком на конце, который механически соединён с ближайшим винтом.

Так выполняется подключение корпуса к контуру заземления.

Навесные элементы на разъёме, это первый блок входного помехопадавляющего фильтра. (ПП-фильтр, ЭМП-фильтр).

Фильтр состоит из двух блоков, первый ставят как можно ближе к разъёму, к источнику помех, так фильтр будет эффективней. Обычно он состоит из нескольких конденсаторов, припаянных к контактам разъёма, для защиты от кондуктивных помех.

Второй блок находится рядом на плате и выполняет более сложную фильтрацию. В минимальном варианте представляет собой дроссель и несколько конденсаторов, включенных параллельно входу и нагрузке.

Они так же подавляют кондуктивные помехи, которые возникают в результате работы самого блока питания и приходящие из сети. В этих цепях используются специальные помехопадавляющие конденсаторы, которые разделяются на классы X и Y.

(Конденсаторы (X и Y), во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара)

Большой плёночный конденсатор подавляет дифференциальные помехи, то есть те помехи которые возникают между двумя проводниками цепи.

Синфазные помехи которые протекают через паразитные емкости между силовыми шинами питания и землёй, подавляются небольшими керамическими конденсаторами, они соединяют линии питания в общей точке с землей.

Синфазный дроссель также создаёт сопротивление для этих помех.

Синфазный дроссель состоит из двух одинаковых катушек, изолированных друг от друга и намотанных на одном сердечнике. Помехи на проводниках, подключённых ко входу дросселя, встречают высокое индуктивное сопротивление обеих катушек и подавляются.

В более сложном варианте фильтра, схемы дублируются и добавляются новые, например высокочастотные и низкочастотные фильтры.

(Для корректной работы фильтра необходимо рабочее заземление)

Это важно, так как без входного фильтра, нарушалась бы работа самого блока питания и другой техники, так как импульсный БП является мощным источником импульсных помех.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищают предохранителем.

Он нужен для защиты цепи от короткого замыкания. Его номинал должен зависеть от потребляемой мощности, но в большинство БП ставят 3 или 5-амперные предохранители.
(400 Вт – 2,5 А, 600 Вт-4, 800 Вт – 5 А)

Рядом с предохранителем ставят термистор. Он защищает элементы цепи от бросков тока.

При включении импульсного блока питания, происходит резкий скачок тока превышающий рабочие параметры во много раз, для борьбы с броском тока, ставится NTC-термистор, его сопротивление при комнатной температуре велико и импульс при включении гасится об него. В процессе дальнейшего воздействия тока терморезистор нагревается и выходит в рабочий режим, в котором у него низкое сопротивление и дальше на работу цепи он не влияет.

После предохранителя ставят варистор, его устанавливают параллельно нагрузке для защиты цепи от высоковольтных импульсов. При нормальном сетевом напряжении варистор не влияет на работу схемы.

При возникновении высоковольтного импульса, варистор резко уменьшает своё сопротивление и ток протекает через него, рассеивая импульс в виде тепла.

При длительном перенапряжении, варистор возросшим через него током выжигает плавкий предохранитель, защищая остальные элементы блока питания от повреждения.

(Варисторы обеспечивают защиту высоковольтной части блока питания от всплесков напряжения, а термисторы — от большого тока при включении)

После этого блока отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ).

Выпрямитель делает из переменного напряжения, постоянное. Состоит он обычно из 4 диодов. Диоды пропускают ток только в одном направлении, при подключении их по мостовой схеме, на выходе получается пульсирующий ток одной полярности. Такую схему ещё называют «диодный мост». Иногда 4 диода можно встретить в одном корпусе, как одну микросхему.

С выхода диодного моста, пульсирующее напряжение подается на емкостной фильтр.

Его реализуют на плате как один или два высоковольтных конденсатора, включённых параллельно нагрузке.

Конденсатор запасает энергию на вершинах импульсов пульсаций и отдаёт её в нагрузку при провалах выходного напряжения моста, поэтому после фильтра получается стабильное постоянное напряжение.

Массивный дроссель с конденсатором перед фильтром, это PFC — корректор коэффициента мощности.

Он снижает резкую нагрузку на проводку и предотвращает её нагрев и повреждение. Дроссель препятствует заряду конденсатора на пике входной синусоиде и позволяет при спаде. Если этим процессом управляет отдельная схема на плате или контроллер, то это увеличивает эффективность блока питания и такая коррекция называется активной. В некоторых схемах для более высокой эффективности используют, несколько дросселей.
(APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter)

После фильтра получившееся выпрямленное напряжение поступает на высокочастотный преобразователь.

Он делает из выпрямленного постоянного напряжения высокочастотные импульсы прямоугольной формы. Делается это обычно двумя мощными транзисторами, которые по очереди открываются и закрываются, их частоту и скважность, задаёт ШИМ-контроллер, путем подачи сигналов на их затворы.

Чем дольше транзистор будет открыт, тем больше он передаст энергии, на первичную обмотку главного трансформатора.

Принцип работы импульсного трансформатора такой же как и у обычного, но работает он на гораздо более высоких частотах, из за чего увеличивается кпд и меньше энергии уходит в тепло, что позволяет заметно уменьшить массу и размер трансформатора, а значит и блока питания в целом.

Так как пикабу не разрешил вставлять больше картинок, продолжение по ссылке Часть 2

Часть 2. Устройство компьютерных блоков питания, схемы, компоненты⁠ ⁠

Трансформатор состоит из нескольких катушек проволоки, намотанных на намагничиваемый сердечник. Высоковольтные импульсы, поступающие в первичную обмотку трансформатора, создают магнитное поле.

Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в них напряжение, которое зависит от количества витков.

В разных блоках по-разному реализована элементная база, поэтому пример может отличаться, но в основном, со вторичных обмоток импульсного трансформатора, снимаются 12, 5 и 3,3 вольта.

Трансформированные напряжения с обмоток дальше поступают на выходные выпрямители.

В отличии от аналога на входе, здесь ток выпрямляется с помощью силовых диодов Шоотки. В каждом таком корпусе находится по два диода, они имеют высокою рабочую частоту и низкое падение напряжения, поэтому именно их используют в качестве выходных (импульсных) выпрямителей.

После, выпрямленные напряжения с диодов поступают на выходной фильтр где сглаживаются конденсаторами и дросселями.

Обычно используют Г и П-образные LC-фильтры, так как сглаживаются высокочастотные импульсы, то большая мощность конденсаторов и катушек не нужна. Для напряжений 12В и 5В используют дроссель групповой стабилизации. 3,3 вольтовая линия стабилизируется отдельно, дросселем поменьше. Связанный дроссель, на несколько линий ставят для экономии места и уменьшения скачков напряжения при резком изменении нагрузки.

Бывают и другие схемы, например есть блоки питания в которых только одна несущая шина, в таких блоках со вторичной обмотки трансформатора снимается только 12 вольт, а напряжения 5 и 3,3 В получают из 12 В, с помощью DC-DC преобразователей, которые распаиваются на небольшой плате. В таких блоках питания выходные напряжения более стабильны.

Чтобы постоянно поддерживать напряжения на должном уровне, при изменении нагрузки. В импульсных блоках питания есть узел стабилизации, который дополнительно является блоком защиты от перегрузки и короткого замыкания. Выполнен узел в виде микросхемы, которая называется супервизор (supervisor).

В современных БП супервизор и ШИМ-контроллер объединены в одну микросхему. Она следит за величиной выходных напряжений. Если напряжение слишком низкое, микросхема увеличивает ширину импульсов (Скважность), пропуская больше мощности через трансформатор и увеличивая напряжение на вторичной обмотке БП. Если хотя бы одно из напряжений выйдет за допустимые пределы, то отключится сигнал Power Good, тем самым материнская плата экстренно остановит систему.

Питается этот узел, от отдельного трансформатора, со своим преобразователем.

Даже когда компьютер «выключен», 5В источник дежурного питания обеспечивает работу: часов реального времени, функции пробуждения, а также подает питание на порты USB.
(Он работает все время, пока БП подключен к сети)

Дежурные 5 вольт поступают на материнскую плату через фиолетовый провод.

Сигнал что питание в норме(PW_OK, Power Good), через серый. Через зелёный провод отправляется сигнал включения (PS_ON, Power On). Черный — это общий провод, «земля».

Эти провода вместе с линиями 3,3 оранжевыми проводами, 5 вольтовыми красными и 12 вольтовыми жёлтыми образуют главный 24-контактный разъём для питания материнской платы и устройств, подключённых к ней.

Раньше на 20 и 14 контакт разъёма выводились отрицательные напряжения 5 В белый провод и 12 В синий провод.

Они допускали небольшие токи, в современных материнских платах эти напряжения не используются. Поэтому в новых блоках этих проводов нет, либо они просто декоративные

Замыкание зелёного провода на землю (на чёрный провод), включит блок питания без подключения к материнской плате. Так его можно проверить на работоспособность

Накопители, приводы и прочие маломощные устройства питаются отдельно, от разъёмов SATA и MOLEX.

Центральный процессор и видеокарты получают дополнительное питание от отдельных разборных разъёмов

Основная мощность отдаётся через эти разъёмы по 12 вольтовой линии, поэтому важно чтобы сечение проводов было достаточным чтобы выдержать токовую нагрузку.

Обычно используют кабели с сечением — 0.5(20AWG) 0.8(18AWG) и 1.3 кв. мм(16AWG). Более толстые провода обладают меньшим сопротивлением, чем тонкие, поэтому меньше греются при увеличении силы тока, необходимой для нормальной работы видеокарт и процессора под нагрузкой.

Выдаваемая сила тока по всем линиям, указывается на наклейке блока питания. На ней так же указывается общая мощность.

Обычно производители указывают общую мощность которая отдаётся по всем линиям, но нужно обращать внимание на мощность, которую блок питания может выдать по линии 12В, умножив напряжение на силу тока, ведь линии 5В и 3.3В в современных компьютерах практически не нагружены.

Урок информатики⁠ ⁠

Компьютерный класс в школе в 80-е годы прошлого века. На фото знаменитые компьютеры «Агат-4», которые в 1983 вышли с производства. На них был установлен софт «Школьник», а оперативная память составляла 64 кб.

SSD технологии древних: DiskOnChip⁠ ⁠

Автор: dlinyj

Оригинальный материал

Дополнительные фото, ссылки, а также информация по DiskOnChip в источнике материала. Всё попросту не влезло 🙁

В середине 1990-х, FLASH-накопители были очень дорогими, поэтому появление твердотельных накопителей сильно задерживалось. Стоимость 1 МБ FLASH-памяти была несоизмеримо дорога в сравнении со стоимостью 1 МБ памяти на физическом жёстком диске, с блинами.

Но, несмотря на это, в 1995 году — израильская компания M-Systems представила первый полупроводниковый накопитель. Это был настоящий жёсткий «диск», который выглядел как обычная 32-х контактная DIP-микросхема. Более того, он устанавливался вместо микросхемы расширения BIOS, при этом имел на борту ёмкость в десятки, а то и сотни мегабайт. В те годы — это было просто космические технологии, и в последствии они встречались и использовались достаточно часто, но уже в промышленном секторе.

Это система DiskOnChip – фактически полноценный жёсткий диск на одной маленькой микросхеме, с минимальной обвязкой, которая для своей работы потребует всего два чипа логики.

Ну что же, попробуем собрать свою необычную систему с этим жёстким «диском», проверю, может ли она работать с обычной ROM-памятью, запущу наконец свой BIOS на 386 машине с ISA-картой, чего не удалось в прошлый раз.

❯ Что же такое DiskOnChip®?

DiskOnChip (далее – DOC) – это фактически продолжение идеи расширения BIOS, о котором я достаточно подробно писал в статье «Пишем свой ROM BIOS».

DOC представляет собой обычную DIP-микросхему и вставляется в ту же панельку, что EEPROM, как на сетевой карте, живёт по тем же адресам и даже в начале содержит код BIOS инициализации. И микросхема pin-to-pin совместима с некоторыми микросхемами ПЗУ! Однако далее, в старших адресах этой микросхемы, содержатся регистры управления, которые переключают окна FLASH-памяти.

Для сравнения можно посмотреть расположение выводов DiskOnChip 2000 и микросхемы EEPROM SST 29EE512 (64К x 8). Отличие только в количестве адресных линий, потому что DOC работает через окно в 8К х 8 (как восьмикилобайтная EEPROM).

Сравнение распиновки EEPROM и DOC

Фактически электрический интерфейс работы с DiskOnChip ничем не отличается от интерфейса работы с обычной EEPROM. Сигнальные линии называются также, и она совместима с ними по ногам.

Структурная схема DOC

DiskOnChip занимает 8 КБ памяти. При этом — во время старта, она выглядит как обычная ROM BIOS, и инициализирует код для работы в реальном режиме, добавляя в прерывание BIOS 13h ПО для работы по этому интерфейсу.

При работе в реальном режиме, когда передаётся код управления BIOS в его внутреннюю EEPROM, он подменяет прерывание 13h по работе с диском. Таким образом, он начинает мапить в старшие адреса по очереди страницы флэш-памяти, с помощью регистров управления.

Карта памяти DiskOnChip 2000

Если рассмотреть карту памяти, которая доступна системе в пространстве 8 КБ, то мы увидим что оно состоит из четырёх разделов по 2 КБ.

Секция 0: Загрузочный блок. Этот раздел содержит данные, которые выполняются при загрузке BIOS.

Секция 1: Загрузочный блок 2. Содержит вторую часть загрузочной области.

Секция 2: Регистры управления. Используется для управления поведением DiskOnChip 2000 и флэш-носителя.

Секция 3: Окно доступа к FLASH-накопителю. Окно, чрез которую видно область FLASH для записи или чтения данных.

Как можно понять, вся доступная память, в моём случае 8 МБ, доступна через маленькое окно в 2 КБ и переключается с помощью регистров управления.

В более сложных системах, которые работают уже в защищённом режиме, таких как Windows CE, Windows 2000, QNX, Linux и т. д., где недоступен код инициализации и прерывание 13h, для работы требуются специализированные драйвера файловой системы DOC, называемой TrueFFS.

Подводя итог, можно сказать, что DiskOnChip – это примитивный SSD того времени, который успешно применялся во многих встраиваемых системах. Чаще всего его можно было встретить в одноплатных компьютерах, в кассах, тонких клиентах и другом аналогичном оборудовании. Вот, например, недавно через мои руки прошёл моноблок для ресторанов Micros WS4. Как я понял, он использовался официантами для приёма заказа.

Внешний вид моноблока

И после вскрытия внутри можно обнаружить микросхему DiskOnChip, несмотря на то, что он работает под управлением операционной системы Windows CE.

Микросхема DiskOnChip

Самое приятное, что из-за простоты устройства DOC для его подключения к компьютеру не требуется использовать каких-либо контроллеров жёстких дисков, от них можно вообще отказаться! Схема подключения содержит всего две микросхемы логики.

Кстати, если вас пугают импортные микросхемы 74-й серии, то, во-первых, их можно взять с другими буквенными индексами, а во-вторых, вполне можно заменить на отечественные аналоги, например:

74-серияаналог74139155ид1474138155ид7
А ещё их можно заменить на микросхемы серии к155, к555, кр1564 и всё будет прекрасно работать.

Схема простая, значит можно попробовать запустить его на любом старом железе!

❯ Ваяю плату расширения

Много лет хочу сделать плату расширения для шины ISA. Ещё со студенческой скамьи вынашивал идеи, прикидывал дешифраторы адреса для создания своей платы расширения. Даже как-то пытался паять параллельный порт на микросхеме КР580ВВ55. Но всё это было не торт, и толком не работало.

Здесь другое дело, схема простая, всего три микросхемы, как работает – понятно. Осталось дело за малым – это всё реализовать. Мне было лениво заниматься разводкой печатной платы, поэтому решил делать всё на макетке. В качестве основы платы взял проект IBM PC XT8-bit ISA Prototype PCB Card XL.

В Китае заказал изготовления платы, микросхему DOC на 8 МБ и уже здесь нашёл подходящие микросхемы логики: 74HC138AP и 74HC139AP (обратите внимание, что буквенные индексы иные). Самое тяжёлое – это было томительное ожидание, когда изготовят платы и их отправят. Спустя несколько месяцев у меня всё было на руках.

Всё готово к сборке

После того как я всё получил, распечатал схему и даташиты на микросхемы с распиновкой. Для удобства сразу нарисовал, что и куда должно идти. Что удобно, на макетке подписаны все сигналы, и ошибиться просто невозможно.

Набросок схемы

Далее предстоит кружок кройки и шитья, и покуда я собирал всё это хозяйство, десять раз пожалел, что не развёл плату сразу. Потому что убил просто громадное количество времени на все эти проводочки.

Кружок кройки и шитья

Спустя неделю вечеров пайки получил-таки готовый результат.

Вид спереди

Далее предстоит самое интересное – тестирование!

❯ Проверка работоспособности DiskOnChip

Проверку проводил на материнских платах с процессорами 386SX и Pentium 1. Как обычно бывает, где-то был неконтакт или непропай. После исправления мелких недочётов система сразу подхватила BIOS из DOC, и я увидел при загрузке ключевое сообщение, о том, что TrueFFS-BIOS запустился.

Если загрузиться вместе с жёстким диском, то можно увидеть второй диск D:, который можно отформатировать в системный раздел и перенести на него файлы, что я и сделал. Забегая вперёд, скажу, что форматировать стандартным format d: /s нельзя! То есть если очень хочется, то можно, но результат непредсказуем.

Намного более правильно работать с этим «диском» с помощью его родных утилит, которые корректно работают с TrueFFS. После того как я отформатировал диск родными утилитами, можно было перенести систему, отсоединить плату контроллера дисков и оставить только видеокарту и мою самодельную платку.

Удивительно, но это работает!

Ничего лишнего: только материнская плата, видеокарта и DOC

Самое забавное, что при загрузке BIOS не видит никаких подключённых носителей: ни флоппи, ни жёстких дисков. Но несмотря на это, всё равно идёт загрузка DOS. Лучше всего посмотреть на видео.

❯ Не всё так гладко с этим DOC…

На самом деле, не всё так гладко. То ли мне не повезло с микросхемой, то ли какая-то другая проблема, но DOC глючил. Он не всегда успешно загружался на моей плате, так и на железе, которое умеет работать с DOC из коробки (имеет аппаратную и программную поддержку в системном BIOS). То есть выглядело так, BIOS TrueFFS стартует, но диска при загрузке не видит. После перезагрузки стартует нормально, потом снова не видит. С чем связано – непонятно.
В какой-то момент при загрузке начались артефакты с запуском программ, а при переходе в папку увидел такое:

Так выглядит смерть жёсткого диска

И после этого загружаться он отказался. Спасло только форматирование его штатными утилитами. Что это было – я не знаю. Сетую на то, что у меня одна из первых версий микросхем, возможно, она немного сырая.

❯ Замена DiskOnChip на EEPROM

Hо перед нами прогресс открывал все пути,
И, бросив старых друзей ради новых ХТ,
Мы выжимали, что можно, из DOS и из архитектуры,

Меняли коды команд, трассировали INT’ы
Дизассемблировали BIOS и писали в порты
То, что я б не позволил печатать на месте цензуры.

Мне всё же хотелось продемонстрировать, что вместо DOC можно поставить обычную ROM микросхему, и это решение будет работать. В результате это вылилось в столь громадный квест, что потянет на ещё одну статью, а то и не одну. Там пришлось дизассемблировать основной BIOS, была попытка запустить его в qemu и много других забавных экспериментов. Но всё же, оставлю это всё самое интересное за кадром, и расскажу суть.

В качестве микросхемы ПЗУ взял EEPROM SST 29EE512 просто потому, что она у меня была под рукой, и была pin-to-pin совместима с DOC. Внимательный читатель заметит (хотя уверен, что таких нет), что это та же самая микросхема, которую я использовал в статье «Пишем свой ROM BIOS». Для корректной работы 64КБ ROM в области памяти 8 КБ, нужно посадить неиспользуемые старшие адреса на землю. То есть, фактически мы превращаем микросхему в 8 килобайтную EEPROM.

В процессе экспериментом выяснилось, что БИОС на материнской плате пытается писать в EEPROM, и, таким образом, портит её содержимое. Для того чтобы этого не происходило, доработал переходник, удалив контакт с сигналом разрешения записи WE.

Больше переходников, богу переходников!

Изначально планировал попробовать точно также запустить BASIC-ROM, но как я не бился, так и не смог его стартануть. То есть, видно, что происходит успешная инициализация, системный BIOS «зависает» без ошибок, значит переход на код ПЗУ состоялся, о чём также свидетельствовали POST-коды. Но ничего больше не происходило. В отчаянной попытке я начал искать JTAG-отладчики для 386 архитектуры, пытался запустить BIOS материнской платы в qemu, но всё тщетно. Идей, как отлаживать подобные BIOS у меня пока нет. Хотя задача, крайне интересная, как же заниматься отладкой различных расширений BIOS.

Обращаю внимание, что в qemu c SeaBIOS и на другой материнской плате, с EPROM на PCI-карте всё прекрасно работало.

Установленная микросхема ПЗУ, вместо DOC

В конце концов, я не нашёл выхода из этой ситуации, поэтому решил идти по более простому пути и запустить ROM HELLO. К слову сказать, в том коде я тоже обнаружил ошибку.

Как оказалось, после того как я посчитал контрольную сумму, оставшиеся байты надо было сделать равными нулю. Чтобы в результате общая сумма давала нуль. И мне сильно повезло, что на PCI тогда этот код завёлся. Вообще, то что на PCI плате это работало – чудо, потому что потом я внимательно прочитал стандарты, он не должен был работать никак. Исправление этой ошибки запуску BASIC не поспособствовали.

В результате всех мытарств, которые по времени заняли больший и наиболее сложный промежуток, чем эксперименты с DOC, мне удалось на этой же плате стартануть мой самописный BIOS.

Успешный запуск на материнской плате Pentium

Это, конечно, очень интересное колхозничество, но что насчёт промышленных железок, будет ли оно работать и там?

❯ Тест на железе с панелькой под DOC

Всё это забавно и хорошо, хочется попробовать запустить реальное железо, которое имеет поддержку DiskOnChip прямо из коробки. Специально для этого прикупил себе старинный тонкий клиент Light System LG8101, внутри которого есть панелька для DOC.

Внешний вид тонкого клиента

Если вскрыть эту штуку, то внутри можно обнаружить CF, с которой идёт загрузка, и панельку под DiskOnChip. В неё можно и проинсталлировать нашу замечательную микросхему.

Эта железка имеет поддержку DOC на уровне BIOS, так что запуск TrueFFS-BIOS не требуется. Обратная сторона этой поддержки в том, что сюда не получится вставить свою ROM-память, эта панелька предназначена только для микросхемы DiskOnChip (да, я попробовал вставить туда свою ROM, но ничего не произошло).

Выбираем в BIOS загрузку с DOC

После всех манипуляций система будет успешно загружена с этой микросхемы, будто бы там установлен обычный жёсткий диск.

Успешная загрузка тонкого клиента с установленной микросхемы DiskOnChip

❯ Заключение

Удивительно, но многие из вас не знают, что первые SSD-накопители появились аж в 1995 году, и даже вполне себе успешно применялись и использовались. Их высокая стоимость и малая ёмкость привели к тому, что рядовые пользователи не могли встретить их в своих ПК. Однако нашли широкое применение во встраиваемых системах, либо там, где не требуется частая запись на диск, как, например, тонкий клиент. Их могли использовать также в игровых автоматах или станках.

Условный игровой автомат на DiskOnChip

Тем не менее широкого распространения они так и не получили. Впоследствии дешевизна и расширение рынка CompactFlash свели на нет эту перспективную разработку. К её недостаткам также следует отнести, что она довольно медленная, так как работа идёт через маленькое окно в 2 КБ.

❯ Полезные ссылки:

❯ Благодарности:

Выражаю большую благодарность MaFrance351 в поддержке с этим проектом. Он раньше меня разобрался с DOC, и помогал потом мне советами и ссылками. Как минимум половину ссылок в этой статье получил от него.

P.S. Поскольку в рамках одной статьи невозможно рассказать обо всех тонкостях, то некоторые заметки на полях буду публиковать у себя в телеграмме.

Подпишись на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!

HDMI Tester часть вторая⁠ ⁠

Всем привет мои дорогие ребятушки-котятушки)

Это вторая часть постов про мой HDMI тестер (первый пост).

В прошлом посте я показал вам «наработки» своего тестера, в этом же уже почти все функции отполированы почти до зеркального блеска (убраны глюки, оптимизирована работа и тд.), поэтому тут я расскажу все более подробно, чем в первом посте.

Ну и как для большинства своих устройств, этому я тоже дал свое имя: RUNA. Это имя я дал тестеру по той причине, что в скандинавской мифологии оно указывала направление к чему либо. В нашем случае указывает направление для поиска неисправности.

Перейдем от слов к делу. Сначала для тестера была спроектирована и заказана печатная плата (в телеграмм канале я уже кидал эти фото):

Без косяков конечно не вышло, но немного поколхозив все начинает работать как надо. В китае заказал еще плат, для производства этих тестеров, изменения в плату уже внес. Из прошивки были убраны некоторые функции, такие как: измерение напряжения на USB и HDMI разъемах и вычитывание EDID данных из телевизора. Вырезаны они по той причине, что пользы от них очень мало, а места все равно занимают. И да, хоть в прошлом посте я не говорил про функцию вычитывания EDID из телевизора, но она была в подвешенном состоянии тк уже были сомнения что она не нужна. В итоге так это и оказалось. Но были добавлены и новые возможности, такие как: сервисный пульт, состояние акб и настройки.

Так же сейчас в разработке находится приложение для тестера, которое будет готово через примерно неделю-полторы. Тестер будет обновляться, все через тоже приложение.

Теперь повторно пробежимся по каждой из функции.

Измерение сопротивления HDMI

Измеряются DATA линии разъема HDMI. Тут особых изменений нет, кроме того что ускорена работа и немного увеличена точность. Измерение так же выводится в вольтах, но попозже добавлю настройку которая меняет в ОМах. Переписана функция определения подключения тестируемого устройства.

Измерение сопротивления USB

Тут тоже самое что и в тесте сопротивления HDMI, но линий передачи данных гораздо меньше.

Режим терминала

Ну и наверное самая объемная функция по проделанной работе. В прошлой версии прошивок был один очень неприятный баг. Заключался он в том, что из режима терминала можно было выйти только принудительной перезагрузкой мк. Было написано достаточно много версий реализации работы терминала с сохранением управления тестера. В итоге удалось победить этот баг, чему я очень сильно радовался. Так же увеличена скорость работы со 100 до почти 500 символов в секунду (зачем не знаю, но оптимизация точно не помешает). Кстати, забыл указать в прошлом посте, что терминал работает на стандартной для телевизоров частоте в 115200 бод.

Режим ИК (проверки пульта)

Переделана информация, выводимая пользователю для удобства работы, поставлен фильтр сигнала тк иногда ловились какие-то сигналы, которые не считались как какой-то код, и вся эта белиберда выводилась на телефоне, что не удобно. Так же оптимизирована работа.

Сервисный пульт

Ну и еще одна очень удобная функция как по мне. Позволяет заходить в сервисное меню на телевизоре не нажимая специальных комбинаций на пульте (PHILIPS) или вообще не имея на руках сервисного пульта (LG, SAMSUNG). То есть не надо держать в голове комбинации кнопок и тренироваться их быстро вводить. На данный момент функция отсутствует на плате тестера, по одной простой причине: плата была сделана еще до того, как отлажена эта функция. На тестере для продаж эта функция будет. Ну и видео с примером работы сервисного пульта:

Состояние акб

Тут все так же, показывает напряжение на акб тестера и переводит это значение в проценты.

Тут можно менять время перехода тестера в спящий режим и язык устройства (Русский или Английский). Пока это все настройки, но определенно будут добавлены еще.

Только сейчас увидел что значение указано в секундах, хотя по факту в миллисекундах.

Ну а тут выводится серийный номер устройства, версия прошивки и платы. Так же почта для обратной связи и ссылка на телеграмм канал по этому тестеру.

Тестер можно выключить несколькими способами. Первый — через отправку команды, второй — удержанием кнопки на тестере, третий — ожиданием указанного в настройках времени выключения.

Подключение к компьютеру

У тестера есть возможность выводить терминальный лог не только в телефон, но и в компьютер через разъем USB. Для этого необходимо переставить перемычки из положения А в положение В и подключить тестер к компьютеру.

В диспетчере устройств появится новое устройство, и любым терминальным приложением на windows можно считать лог. Предварительно необходимо выставить частоту в 115200 бод. Необходимые драйвера и рекомендуемое приложение можно будет скачать позже в телеграмм канале по этому тестеру.

Зарядка устройства

Устройство заряжается при подключении в правый разъем USB, от тестируемых устройств зарядка не осуществляется. Ток зарядки не превышает 500 мА, для безопасного подключения к компьютеру.

Ну а сейчас я жду заказанные мной компоненты и когда мне скинут приложение для тестера. Хоть и с заказом плат возникли некоторые проблемы, в том плане что JLCPCB с 1 марта не отправляют платы в РФ. Но платы заказать удалось, в последнем посте перед стартом продаж я расскажу как я это сделал, если они снова не начнут отправлять в РФ.

И да, тестеры я буду продавать. Продажи начнутся в последнюю неделю апреля, с 24 числа. Стоимость одного тестера без учета доставки будет 5k. Более подробно я расскажу в телеграмм канале по этому тестеру.

Как по мне, этих функций вполне хватит для диагностики телевизоров, хоть и есть еще идеи что можно добавить, но пока мне это не по силам.

Будет еще 3 пост по этому тестеру, а в телеграмм канале будет выходить еще доп информация по нему. Так же через несколько дней выйдет полноценный обзор на ютуб канале, ссылка будет тут в комментариях и в телеграмм канале.

Всем удачных ремонтов!)

Что внутри транзистора или почему не стоит покупать компоненты на рынке⁠ ⁠

Поиск реле на плате без тестера⁠ ⁠

Часовые усложнения. Часть 3⁠ ⁠

В прошлый раз я писал про часовую эротику в часах. Сегодня будет очень жёсткое порно. Ставить ли тэг соответствующий — решайте сами.

История вполне короткая на словах, но не на деле: усложнения в часах появились очень давно. С какого-то определенного момента появилась гонка в количестве этих самых усложнений и их безумстве: дядьки хотели мериться, у кого. кхм. часы больше, а производители поняли, что на этом можно заработать. Речь про полезность уже не шла. Как пример такого безумства — история про Джеймса Паккарда и Генри Грейвза, соревновавшихся между собой в количестве усложнений в своих часах ещё в 20-30-хх годах прошлого века. Эти два уважаемых господина выпендривались друг перед другом много в чём. Например, покупали что-то безумно дорогое и уж точно не очень нужное, типа картины, за десятку тысяч долларов во времена великой депрессии. И когда дело дошло до часов, а у Паккарда был сделанный на заказ сложный карманный хронограф с 16 усложнения от Patek Philippe, часы с 10 усложнениями (в том числе, карта звёздного неба — подобных по сложности часов тогда не существовало), Грейвз хотел его превзойти. Для этого он обратился к той же конторе, только чтобы те в условиях секретности разработали для него самые сложные часы в мире. Через несколько лет он получил одни-единственные часы с 24 усложнениями. Это не серийное производство, и вторых таких часов нет. Это причина, по которой как-то эти часы были проданы на аукционе за 11.000.000 долларов.

Среди усложнений были:

— карта звёздного неба (причём карта неба для того участка планеты, в котором жил заказчик);

— вторая часовая зона;

— сплит-хронограф (я намеренно не писал отдельно о некоторых видах/вариантах усложнений, например, сплит-хронографах, стоп-секунды, мгновенного перевода даты и т.д., потому что это сильно бы увеличило объём текста, не сильно прибавив этому смысла);

— индикатор восхода и заката солнца для места жительства заказчика;

— индикатор запаса хода;

— часовой и четверьчасовой бой;

— термометр (какие же карманные часы без термометра?)

Надо понимать, что речь уже тогда шла о понтах, а не об удобстве: корпус часов был довольно пухленьким. 1933 год. С этими знаниями мы посмотрим на том, что существует сейчас. Погнали.

В прошлом посте я показал модель часов, говоря о турбийоне, однако про саму модель не рассказал. И сейчас уберите детей от экрана, потому что это жёсткое порно без намёка на искусство и любовь к чему-то прекрасному.

Эта цыганщина — Franck Muller Aeternitas Mega 4, часы от довольно молодого (по меркам многих других часовых марок) производителя. Компания знаменита усложнениями в своих моделях и формой часов — типичная бочка.

Не смотря на огромный корпус и сумасшедшее количество кнопок, на циферблате видна работа 25 из 36 усложнений.

Можно ли говорить про изящество, про искусство?

Что же запихнули в этот гараж? Турбийон, про который уже говорили в прошлом посте, flyback-хронограф, ретроградная дата, указатели второй часовой зоны, вечный календарь, фаза луны, репетир, бой (большой и малый: в режиме большого боя каждые 15 минут часы отбивают количество часов и четвертей часа; в режиме малого боя в начале часа отбивается лишь количество часов, при наступлении четверти — лишь количество четвертей), звучание Aeternitas Mega 4 в точности повторяет звучание легендарного лондонского «Биг-Бена»), 24-часовой индикатор. Часы определённо не для каждодневной носки. Уверен, подобное покупается для коллекции, как и в случае с гипер-карами, обладающими запредельными характеристиками для гонок, при этом никогда гонок не видевших.

И хоть я пишу про наручные часы, стоит упомянуть модель, созданную Patek Philippe много позже упомянутых вначале. А стоит упомянуть потому, что карманные часы весят. 1.1 кг. Таскать такое в кармане можно, только если собираешься топиться. Зато тут помимо астрономических усложнений существует, например, индикация даты Пасхи, карта звёздного неба, фазы Луны и термометр. Вам же надо знать, какая температура накануне Пасхи?

Вообще среди извращений усложнений можно встретить напоминание приближающегося Йом-Кипура, иудейский календарь и прочее. Это, правда, снова ненаручные часы. То есть их как бы нельзя указывать. Хотя очень хочется. Знакомьтесь — Vacheron Constantin Reference 57260:

57 усложнений. Пятьдесят семь. И хотя про адекватность считывания времени речь снова не идёт, у Vacheron Constantin получилось (на мой субъективный взгляд) утрамбовать эти усложнения весьма симпатично (вспоминаем Френка нашего Мюллера и крестимся).

А я напоминаю, что речь идёт про механические часы. Не про компьютеры. Поэтому даже такие мастера, как Vacheron Constantin, потратили на разработку модели 8 лет.

Однако вернёмся к наручным часам. Думаете, всё обсудили?

У Jaeger-LeCoultre существует интересная модель Reverso, суть которой в узнаваемом корпусе и «фишке»: она может лёгким движением переодеваться, предлагаю владельцу поменять циферблат. Корпус часов съезжает по полозьям вбок, поднимается и переворачивается другой стороной.

Так вот хитрецы из жежера придумали сделать ещё и третий циферблат в корпусе одних часов. Как? А вот так:

Пожалуй, из сегодняшних это — единственные часы, которые можно носить.

Руки устали печатать. И вы, возможно, подумали, что если мы затронули часовое порно от Мюллера, технологии от Патека, искусство от Вашерона и дизайн от Жежер, то и усложнения кончились. Да мы только разогреваемся!

«Чиповые (полупроводниковые) войны:⁠ ⁠

Битва за самую важную технологию» (Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology) Крис Миллер.

«Используя более сложные линзы и химические вещества, в конце концов стало возможным печатать на кремниевых пластинах формы размером в пару сотен нанометров. Длина волны видимого света составляет несколько сотен нанометров, в зависимости от цвета, поэтому он (свет) в конечном итоге столкнулся с ограничениями, поскольку транзисторы [чипы] становились все меньше. Позже промышленность перешла к использованию различных типов ультрафиолетового света с длиной волны 248 и 193 нанометра. Эти длины волн могли создавать более точные формы, чем видимый свет, но и они имели свои ограничения, поэтому промышленность возлагала надежды на экстремальный ультрафиолетовый свет (EUV) с длиной волны 13,5 нанометров.

Использование EUV создало новые трудности, которые оказалось почти невозможно разрешить. Все ключевые компоненты EUV надо было специально создавать. Невозможно просто купить лампочку EUV. Для получения достаточного количества EUV-света необходимо распылить небольшой шарик олова с помощью лазера. Инженеры компании поняли, что лучший подход — это выстрелить крошечным шариком олова шириной в тридцать миллионных долей метра, движущимся через вакуум со скоростью около двухсот миль в час. Затем по олову дважды ударяют лазером, первый импульс нагревает его, а второй — превращает в плазму с температурой около полумиллиона градусов, что во много раз горячее, чем поверхность Солнца. Затем этот процесс обработки олова повторяется пятьдесят тысяч раз в секунду для получения EUV-излучения в количествах, необходимых для изготовления чипов».

«Самые современные литографические машины, которые используются для изготовления миллионов микроскопических транзисторов, каждый из которых намного меньше человеческой клетки, производятся компанией ASML в Нидерландах. Каждая машина стоит более 100 миллионов долларов и собирается из сотен тысяч компонентов».

Главная тайна электроники⁠ ⁠

Термисторы или как устроен плавный пуск в электронных устройствах⁠ ⁠

Краткая инструкция по монтажу ретро-проводке (лофт) или как это делаю я⁠ ⁠

Сразу скажу, я не Пикассо! Объекта по ретро-проводке сейчас нет, поэтому живых пошаговых фото не будет, рисую на коленке по памяти. Это не полное руководство (каждый объект индивидуален и надо думать и решать по месту)

1.Для начала стоит определиться с расположением всех ЭУИ (кто бы сомневался) Старайтесь по возможности создавать некоторые группы, чтобы не плодить распределительные коробки (на рисунке выключатель над 2ой розеткой, центровка по крайнему механизму)

2.Все рамки (подложки/подрозетники) надо установить на свои места по уровню (если у вас бревно цилиндрическое, ловить надо и горизонт, и вертикаль, чтобы механизм не клевал носом и не задирал его). При установке на профилированный брус постарайтесь оставить расстояние между краем рамки и швом бревен около 7-8 см для изолятора или на краю бруса, чтобы изолятору достался брус целиком

3.Посчитайте количество горизонтальных линий, чтобы выбрать высоту установки РК и изоляторов. Не забывайте про окна, карнизы для штор и проемы, по возможности провода должны идти по прямой и не огибать препятствия, в тоже время провода не должны мешать тем же карнизам. На круглом бревне обычно хорошо смотрятся 1-2 провода, 3-4 нормально, более – перебор (см. рис), к тому же появляются проблемы с поворотами и проходами через стену. (Так же завит от диаметра бревна)

4.Теперь стоит установить все распределительные коробки над теми механизмами, которые не являются крайними в цепочке (см. рисунок) при этом, обратите внимание на количество проводов, подходящих к коробке, и расположите коробку «Х» или «+» (см. рис). Сразу можно накрутить изоляторы около коробки на расстоянии 5-4 см от коробки или ее подложки.

5.Теперь, когда появилось понимание по какому бревну, пойдут горизонтальные линии, ставим уровень и прикручиваем изоляторы от рамки ЭУИ (первый на расстоянии 5-4 см, если бревно, то первое бревно от ЭУИ) вертикально вверх до горизонтальной линии, последний изолятор пока не крутим. Расстояние между изоляторами в вертикальном ряду 30-40 см или через одно бревно (решить по месту)

6.На повороте провода ЭУИ и устанавливаем изолятор на начало и конец поворота (см. рис). Если параллельно идет несколько проводов – надо экспериментировать с радиусом поворота.

7.Для горизонтального ряда: меряем расстояние между крайними точками делим на потенциальное количество промежутков между изоляторами, подбираем количество изоляторов в расчете 25-40 см между изоляторами. Натягиваем шнур между крайними изоляторами и с помощью линейки размечаем места установки изоляторов по нитке. (Не всегда по уровню получается красиво, иногда надо придерживаться центра бревна, иногда параллельно потолку, бывает по уровню, зависит от того, как сложен сруб)

8.Сверлим проходы в стенах для установки стальной трубки и декоративных втулок (втулки также предотвращают от перетирания). Отверстие лучше делать вдвоем. Вымеряете точку входа, спиральное сверло по дереву 18мм ставите горизонтально и параллельно стене и сверлите, пока кончик сверла не покажется с другой стороны, сверлите навстречу. Получается ровное отверстие без сколов на выходе. Устанавливаем трубку по длине прохода за минусом втулок. Края трубки обработайте от заусенцев

9.Провода растягивать начинаем от крайнего механизма, подключили розетку/выключатель прикрутили на место накинули на первый изолятор, привязали два-три изолятора пропустили на третий-четвертый надели провод и так до поворота. Провод вяжем на начале поворота. Накидываем провод на пропущенные изоляторы – должно получиться хорошее натяжение

10.Делаем поворот без натяжки на первый изолятор в горизонтальном ряду, привязываем. Опять через 2-3 изолятора накидываем провод до распределительной коробки (запас провода в коробке около 15 см, до начала сборки коробки), привязываем крайний, надеваем провод на пропущенные изоляторы.

11.Повторяем со всеми механизмами, бра, люстрами и от распайки до распайки пункты 8-9

12.Собираем распределительные коробки (в случае открытой электропроводки отдаю предпочтение WAGO)

13.Собираем распределительный щит

1.Работу начинать, когда сруб уже дал усадку

2.Размеры для отступов от углов и проходов см. на рис.

3.Для подвязки провода можно использовать снятую тряпичную изоляцию с провода, но лучше подобрать в текстильном магазине крепкую нить в цвет

4.Не перетягивайте провода – лопаются изоляторы

5.Первый к механизму изолятор ставьте на максимально рекомендованное расстояние, в случае провисания проводов можно легко добавить натяжение сместив изолятор на 0,5-1 см

6.Для добавления натяжения неподключенного, но привязанного провода – скиньте провода с изоляторов, открутите крайний изолятор и подкрутите провод. Прикрутите изолятор на старое место, накиньте провод на изоляторы (один виток ужен неслабо натягивает). Обратное действие, соответственно ослабляет натяжение. Так-же провод можно подтянуть добавив узел на промежуточном изоляторе и добавить промежуточный изолятор

7.Для прохода через стены идеально подходит сильфонная подводка

8.Лишнее отверстие от самореза маскируем спичками

9.Изоляторы параллельных линий располагайте в одну линию горизонтально/вертикально

10.Расстояние между горизонтальными линиями 2,5-3,5 см. Между вертикальными 3,5-7 см. (7см – межосевое расстояние между механизмами, но у некоторых производителей больше – берите поправку)

11.Для фиксации втулки в бревне – подматывайте изоленту в цвет

12.Если не получается избежать перехлеста и двухуровневый изолятор негде взять. Один изолятор утапливаем в стену на 1-1,5 см (перо вам в помощь) второй изолятор укорачиваем посредством УШМ и прикручиваем длинным саморезом (рис. выше )

13.В темных местах, тех. помещениях и на большой высоте узлы можно заменить на нейлоновые стяжки в цвет.

13.Используйте по возможности РК для маскировки проходов в стенах (т.е. распайка прямо на проходе)

14.Для подъема на этаж можно использовать технические помещения/ниши или лестничный марш

15.Вероятно, для второго этажа будет смысл собрать свой РЩ

16.Примеры расположения проходов в бревнах см. на фото и рисунках

17.При сборке сруба сборщики могут оставить пометки на бревнах – где закручен глухарь, смотрите а отметки, что бы не испортить сверла

Пример использования всех этих рекомендаций можете наблюдать в моих ранних публикациях

Фоторезист. Как изготовить печатную плату без утюга⁠ ⁠

Перегорание предохранителей ТН в автономной системе⁠ ⁠

Исходные условия:
— Электростанция на 4 машины по 12 МВт. Генераторы выдают 10 кВ, потом повышение до 35 кВ (две двухцепные линии до потребителей);
— Сеть с изолированной нейтралью;
— Характер нагрузки — активный. Коэффициент нагрузки 0,99;
— Феррорезонанс не наш случай. ОЗЗ отсутствуют, небаланс в треугольнике только при коммутациях;
— Предохранители — китайские XRNP6 40,6KV 0,3A. Они, как оказалось не образуют разрыв при перегорании, а происходит необратимое увеличение сопротивления. Вероятно это происходит из-за спиральной намотки нити, а при перегорании слабого места образуется искровой разряд (фиксировался сильный нагрев при замене предохранителей);
— Трансформаторы напряжения ЗНОЛП-35, о производителе умолчу. В нейтрале резисторов нет, в треугольнике установлен варистор.

Как фиксировалось перегорание предохранителей.
Один из генераторов начал входить в сеть при синхронизации с повышенным напряжением. Показания на терминале РЗА показывали снижение напряжения одной из фаз на 5 % относительно остальных. Вытащили предохранители, сопротивление перегоревшего 50 кОм, остальных 16 Ом. Дальше так фиксировали перегорание, по снижению напряжения отдельных фаз. За лето перегорело около 12 шт.

В чем причина?
В нормальных условия ток в первичной обмотки ТН составляет несколько десятков мА. Увеличение тока нагрузки, в том числе и короткое замыкание на выводах вторичных обмоток ТН, не вызовет перегорание предохранителя в первичной обмотке (был опыт КЗ на выводах ТН, литой корпус треснул, а предохранители целые и невредимые).
При феррорезонансе происходит насыщение магнитопровода ТН и снижение индуктивного сопротивления, в результате растет ток в первичной обмотке ТН. Тут происходит вывод ТН из режима с помощью вспомогательных устройств (варистор в цепи треугольника) или перегорание предохранителей. Феррорезонанс фиксируется по напряжению на треугольнике, которое превышает 120 В вторичных. Это не наш случай, т.к. напряжение на треугольнике в лучшем случае составляло 20 В вторичных, что мало даже для переходного ОЗЗ.

Итого имеем:
— ток в первичной обмотке ТН, как при феррорезонансе;
— феррорезонанса в сети нет.

Что же показали осциллограммы?
Ниже показаны осциллограммы при отключении ВЛ 35 кВ.

А вот и гармонический анализ.

Как видно из осциллограмм, в сети при отключении ВЛ 35 кВ возникает постоянная составляющая напряжения. Из-за чего она появилась, разберемся чуть позже. Сейчас посмотрим, что происходит с ТН при напряжении постоянного тока.
Основное сопротивление первичной обмотки ТН является индуктивным, а вот активное сопротивление обмотки всего 3,9 кОм для ЗНОЛП-35. Для постоянного тока сопротивление ТН имеет только активную составляющую, поэтому при коммутации ВЛ 35 кВ ток протекающий по первичной обмотке ТН превышает 2х кратный номинальный ток предохранителя.

Примечание: Трансформатор не трансформирует постоянный ток из одной обмотки в другую, но трансформирует изменение постоянного тока. Положительная волна — это увеличение напряжения постоянного тока в сети, а отрицательная волна — это снижение напряжения постоянного тока. Поэтому фактическое значение напряжения постоянного тока в сети 35 кВ при коммутациях может быть, как больше, так и меньше. Длительность протекания постоянного тока является суммой всех волн на осциллограмме.

Откуда постоянное напряжение в сети 35 кВ?
У переменного тока есть частота и напряжение. Частота регулируется топливными регуляторами на первичном двигателе, а напряжение током возбуждения. При дефиците активной мощности в системе происходит снижение частоты, при избытке — увеличение. Так же и с реактивной мощностью, если ее избыток, то напряжение в узле повышается (например при подключении статических компенсаторов).
Если в системе 10 МВт, то дефицит в 100 кВт не вызовет значительного снижения частоты, а вот дефицит в 1 МВт может снизить частоту и до 45 Гц, но тут зависит от регулирующего эффекта нагрузки. С частотой пример более показателен, чем с напряжением, но у напряжения есть особенность.
Система имеет определенную емкость, а напряжение на емкости не может изменяться скачком, поэтому при значительной просадке или скачке реактивной мощности в системе, происходит появление апериодической составляющей. Величина этой составляющей зависит от величины просадки/скачка относительно общей мощности системы.

В исходных данных написано, что коэффициент нагрузки около 1, суммарная потребляемая реактивная мощность в системе около 800 кВАр летом, 2500 кВАр зимой (зимой предохранители и не перегорали). В нашем случае ВЛ 35 кВ является большим распределенным конденсатором с зарядной мощностью 200-400 кВАр, поэтому при отключении ВЛ дефицит в системе составляет до 50 %, что вызывает появление апериодической составляющей большой величины, которая вызывает перегорание предохранителей.

Решение проблемы.
Завод-изготовитель ссылается на то, что на электростанциях ЗНОЛПы плохо работают из-за содержания гармоник в сети и предлагают купить НАЛИ с предохранителями в 1 А.
Владелец оборудования хочет просто увеличить номинал предохранителя на ЗНОЛП.
Я вижу решение в установке резисторов в нейтраль группы ТН для ограничения протекающих токов. На линейные напряжения это не окажет никакого влияния (счетчики, пуски по напряжению, дистанционная защита), но для треугольника изменится коэффициент трансформации.

Примечание.
Все вышесказанное является моим мнением. В подтверждение выступает перегорание предохранителя на ТН при многократной коммутации ВЛ 35 кВ (зарядная мощность линии 350 кВАр), когда искали связь между коммутациями и перегораниями предохранителей.