Динамическая индикация не сдается
Свет в окнах PSL-2401 уже зажегся, хотя пока только в тестовом режиме. На самом первом этапе запуска платы индикации столкнулся с проблемами.
Тут, пожалуй, будет уместно небольшое отступление. Радиолюбительство, безусловно, нужно рассматривать как отдых, а не как работу. А отдых тем лучше, чем больше он содержит приключений. Что такое приключения? Это набор внештатных ситуаций. Если все идет так, как запланировано, если результат совпадает с расчетами - это совершенно неинтересно. Да, это эффективно, но не интересно. Действовать по четкому плану, не совершая ошибок, хорошо на работе, где от эффективности зависит зарплата, но для хобби такой сценарий совершенно не подходит. Здесь нужна другая жизнь - жизнь, полная приключений.
Поэтому даже если схема поддается расчету, для любительской схемы расчет лучше не делать. Это скучно и трудоемко. Мастерство радиолюбителя - это всё делать навскидку, ни разу не заглядывая в справочник и не выполняя ни одного математического действия. Вершина мастерства заключается в том, чтобы даже при таком подходе хоть что-то работало.
В прошлый раз, при наладке предыдущего источника питания PSL-3604, пришлось столкнуться с хитрым поведением схемы динамической индикации. В тот раз причина крылась в микросхеме ULN2003. Эта особенность, конечно, открытием не является, она документирована в datasheet от некоторых производителей. Правда, очень мелким шрифтом.
В тот раз я решил для следующего БП взять с потолка какую-нибудь другую схему, благо на потолке их много. Вместо ULN2003 выбрал схему управления скан-линиями индикатора на транзисторах BC847C. Так было и сделано.
И вот настал час включения. Сделал тестовую прошивку, включаю питание. Все работает, индикаторы горят, яркость нормальная, все цифры отображаются. Но стоило войти в режим редактирования (а тогда одна из цифр мигает), тут и вылезла проблема. В такт с гашением одного индикатора, другой синхронно увеличивает яркость. Причина понятна сразу - меняется падение напряжения на ключах сканирования. Действительно, на экране осциллографа хорошо видно, как линия сканирования "подскакивает" с 200 мВ до 1.3 В, когда включаются оба индикатора. На снимке видны сразу два прохода луча, один - для одного включенного индикатора, другой - для двух.
Транзистор явно выходит из насыщения, надо увеличивать ток базы. Уменьшение резистора 1 кОм до 510 Ом почти ничего не дало, при 330 Ом эффект стал меньше, при 100 Ом он исчез полностью. Но такой высокий ток базы выходит за все разумные рамки, тем более, не хочется через ножки процессора гонять большие импульсные токи, чтобы не мешать работе встроенных ЦАП и АЦП.
Почему все так плохо? Конечно же, при разработке схемы читать datasheet - последнее дело. Но теперь, когда приключения начались, уже можно. Что имеется: средний ток коллектора примерно 50 мА (максимальный по datasheet 100 мА, вписываемся), импульсный ток коллектора около 150 мА (максимальный по datasheet 200 мА, тоже вписываемся). Смотрим коэффициент передачи тока. В таблице параметров для BC847C он значится от 420 до 800. Но этот параметр очень ненадежный - он зависит от всего на свете. В таблице дан для тока коллектора 2 мА, нас же интересует импульсный ток 150 мА. К счастью, в datasheet есть график зависимости коэффициента передачи тока от тока коллектора.
При токе 150 мА коэффициента передачи составляет около 200. Этого было бы более, чем достаточно, но есть еще одно "но": график приведен для напряжения коллектор-эмиттер 5 В. В результате по datasheet нельзя сказать, будет нормально работать схема, или нет.
Отбросим эти пижонские штучки, типа чтения datasheet, и займемся настоящим радолюбительским делом - подбором транзисторов в данное место схемы. Прежде всего интересно было попробовать MOSFET. На старой материнке нашел 2N7002 (маркировка G28). Впаял - работают неудовлетворительно. Эффект хоть и уменьшился, но не пропал. Все-таки 3.3 В маловато для управления затворами. В загашнике нашел дорогие IRLML2502. Впаял - работают идеально. Но жалко такие хорошие транзисторы ставить в такое пустяковое место. Быстренько пробежался по разным старым платам. Нашел на них BC817-25 (маркировка 6B). Впаял - работают замечательно. Их и оставил. По datasheet для них при токе 150 мА коэффициент передачи составляет где-то 280, отличие незначительное. Но сам график дан для напряжения коллектор-эмиттер 1 В.
Вдумываться во все эти цифры радиолюбитель не должен. Подбором деталей с ненужных плат достигнут желаемый результат, состоялось увлекательное приключение - то, зачем все это и затевалось. Между тем, запишем эмоции в базу данных метода "навскидку", запомним транзистор BC817, который мощнее "народных" BC847, и будем в следующий раз иметь его в виду.
В качестве заключительного отступления хочется сказать про еще два транзистора (VT6 и VT7), которые есть на схеме индикации. Это такой трюк, который позволяет перенаправить некоторые сегменты индикатора на внешние светодиоды. В данном случае это ненужные точки крайнего правого разряда. Если бы матрица была составлена из отдельных одноразрядных индикаторов, не представляло бы никакой проблемы заменить точки светодиодами, просто точки можно было бы не подключать. Но здесь используются 3-разрядные индикаторы, у которых все сегменты разрядов объединены внутри, отключить одну точку не представляется возможным. Идея состоит в том, чтобы зашунтировать ненужный сегмент индикатора переходом база-эмиттер внешнего транзистора. Падение на переходе кремниевого транзистора меньше падения на светодиоде любого цвета, это гарантирует отсутствие свечения сегмента. Ток базы будет примерно равен заданному току сегментов индикатора. Ток коллектора можно использовать для зажигания внешнего светодиода, который будет протекать через этот транзистор и ключ линии сканирования. Внешний светодиод должен иметь свой собственный токоограничительный резистор, но это даже хорошо, так как при общих с индикатором резисторах нельзя было бы получить одинаковую яркость светодиода и сегментов индикатора.