Типовые схемы

Ключи и нагрузки

Вывод микроконтроллера отдаёт единицы, максимум десятки миллиампер при своём напряжении питания. Всё, что требует большего тока или другого напряжения, включают через ключ. Ключ на биполярном транзисторе подходит для токов до сотен миллиампер, ключ на MOSFET — для ампер и ШИМ. Отдельно разобран драйвер реле: катушка — индуктивная нагрузка, и без защитного диода ключ быстро выходит из строя.

Светодиоды и логика

Подключение светодиода — от одного индикатора на выводе до цепочки на 12 В через транзистор. Согласование уровней 3,3 и 5 В — когда можно соединить выводы напрямую, когда нужен делитель и как работает двунаправленный преобразователь для I²C на одном MOSFET. Стабилизатор тока для светодиодов — схема на двух транзисторах для индикатора от 5–24 В и источник тока на ОУ LM358 и MOSFET для цепочки мощных светодиодов с ШИМ-регулировкой, расчётом погрешности и радиатора.

Измерение и питание

Делитель напряжения для АЦП — как измерить напряжение выше опорного: коэффициент, допустимое сопротивление источника для ATmega328P и STM32F103, конденсатор у вывода, защита входа и делитель батареи, который отключается MOSFET-ключом. Линейный стабилизатор 78xx — типовые схемы 7805, 7905 и LM1117 с конденсаторами по даташитам, расчётом радиатора и защитными диодами. Источник тока на LM317 — питание светодиодов и зарядка аккумулятора стабильным током.

Перед стабилизатором обычно стоит выпрямитель с диодным мостом: как рассчитать пульсации, ток диодов и конденсатора, бросок тока и предохранитель. Стабилизатор на TL431 — шунтовой стабилизатор, вариант с проходным транзистором, компаратор с опорой и устойчивость с конденсатором на выходе.

Питание 5 В от бортовой сети 12 В — что бывает в сети автомобиля по документам TI и Vishay: пуск от 24 В, сброс нагрузки, импульсы ISO 7637-2; выбор TVS-диода с учётом температуры, защита от переполюсовки и преобразователь TPS54360 вместо 7805. Плавный пуск — как ограничить бросок тока в конденсаторы нагрузки: NTC-термистор, P-канальный MOSFET с конденсатором затвор–сток с проверкой области безопасной работы и ключ нагрузки TPS22918.

Понижающий модуль на LM2596 — схема популярного модуля по даташиту TI: делитель с опорой 1,23 В и его разброс, дроссель по номограмме, конденсаторы по току пульсаций, диод, нагрев при 2 А и типичные отказы. Удвоитель напряжения — зарядовый насос на двух диодах от вывода ШИМ микроконтроллера и микросхема LM2663: выход под нагрузкой и пульсации.

Аналоговые узлы и генераторы

Усилитель на ОУ с однополярным питанием — инвертирующий усилитель с виртуальной землёй и неинвертирующий для АЦП на MCP6002, почему LM358 плохо работает от 3,3 В. Компаратор с гистерезисом — LM393 на входе микроконтроллера: два порога вместо дребезга, открытый коллектор с подтяжкой к 3,3 В. Схемы на NE555 — генератор, одновибратор от кнопки и ШИМ, отличия TLC555 и LMC555. Мультивибратор на двух транзисторах — мигалка на BC547 и откуда берётся формула 0,693·R·C. Усилитель звука на LM386 — динамик от ЦАП микроконтроллера: усиление 20 и 200, уровень входа, BYPASS, выходные цепи, мощность и нагрев корпуса.

Развязка, датчики и защита

Гальваническая развязка на оптопаре — VO617A между двумя микроконтроллерами и изолированный вход 24 В: ток светодиода, CTR с поправками на температуру и старение, подтяжка и скорость. Датчик освещённости — фоторезистор в делителе, фототранзистор TEMT6000 и BH1750 на I²C с номиналами для 3,3 В. Термостат на NTC-термисторе — делитель с термистором, LM393 с гистерезисом 2 °C, MOSFET и реле, расчёт погрешности в градусах. Защита USB и GPIO от электростатики — TVS-сборки USBLC6-2, TPD2E2U06 и PRTR5V0U2X, допустимая ёмкость для USB 2.0, резистор перед выводом и разводка у разъёма. Электронный предохранитель — eFuse TPS2595 на выходе 5 В в сравнении с PPTC и плавкой вставкой: порог тока, защёлка или автоповтор, нагрев. Защита crowbar на тиристоре — порог на TL431, тиристор и согласование с предохранителем по I²t: последний рубеж при пробое стабилизатора.

Периферия микроконтроллера

Часы реального времени DS3231 — подключение к STM32 по I²C: подтяжки, батарея CR2032 и её срок, прерывание от будильника, вывод 32 кГц и подстройка хода регистром старения. ИК-приёмник и передатчик — TSOP38438 с фильтром питания, требования к пачкам несущей 38 кГц, ИК-светодиод TSAL6200 с ключом на MOSFET и расчёт тока в импульсе.

Сброс и тактирование

Сброс по питанию и супервизор — RC-цепь на выводе RESET, пороги BOD у ATmega328P и STM32F103, супервизоры и особенности двунаправленного NRST. Кварцевый генератор микроконтроллера — расчёт конденсаторов по нагрузочной ёмкости, запас по усилению, часовой кварц 32 768 Гц и разводка.

Как пользоваться

Начните с примера на странице, затем введите свои значения в калькулятор. Параметры деталей берите из их даташитов — минимальные и максимальные, а не типичные: расчёт по типичным значениям работает на столе, но не в серии и не на морозе. Теория по каждому узлу — в разделе «Теория»: биполярный транзистор, MOSFET и IGBT, компаратор.