Что радиолюбителям нужно знать о разъемах на печатной плате
Радиолюбители, добро пожаловать в мир, где используются разъемы для печатной платы. Нас повсюду окружают разъемы USB, RCA, цилиндрические соединители и еще множество других. Они могут передавать энергию, подавать данные на вход и выступать в роли выводов. Возможно, вы уже встречали многие из этих разъемов в вашей электронике. Вы знаете, как они называются? Вы можете рассказать, что они делают? К концу этой статьи вы сможете это сделать.
Сначала освоим жаргон
Если вы планируете работать с разными разъемами, тогда вам нужно знать их язык, повадки, чтобы смешаться с ними! Во-первых, каждый коннектор бывает одного из двух полов – «папа» (male) или «мама» (female). Эти разъемы типа папа-мама и определяют количество циклов соединения и разъединения, то есть они могут быть соединены и разъединены только определенное количество раз прежде, чем сломаются! Например, конструкция USB-разъемов позволяет соединять их тысячи раз, в то время как разъем питания Molex можно соединиться с ответной частью только несколько раз, пока он не упадет лапами кверху.
Разъемы USB: типа «папа» (слева) и типа «мама» (справа), готовые к соединению
Как же соединяются эти разъемы «папа» и «мама»? Этот процесс называется контактом. На каждом разъеме есть набор металлических деталей, которые касаются друг друга и создают металлический контакт. Естественно, коннекторы не могут просто соединяться с любыми другими коннекторами. Каждый из них имеет собственную полярность, что означает, что они могут быть соединены только в одном положении в зависимости от типа разъема. Вы можете также слышать, что при этом говорят о ключе, который имеется на разъеме.
Превосходный пример того, что такое полярность, показан на рисунке ниже. Это разъем типа XLR. Вы можете заметить выступ, который позволяет ориентировать разъем только одним способом. Вы можете найти такой выступ или другую похожую отметину на почти каждом разъеме.
Видите выступ на верхней стороне разъема кабеля XLR типа «мама»?
С помощью него можно присоединить другой разъем только одним способом
У каждого разъема есть свой способ защиты, называемый «хвостовик разъема» или «оправка кабеля». Она помогает защитить все нежные детали металлического соединения от поломки, когда его берут в руки, а также от механических вибраций.
В электронике монтаж – это способ присоединения разъема к панели или печатной плате. Это можно сделать с помощью поверхностного монтажа (SMT) или установив разъем в отверстие. Способ монтажа будет также определять угол между разъемом и печатной платой. Разъем может быть параллелен или перпендикулярен печатной плате.
Какие разъемы можно встретить
В современном мире можно найти разъемы повсюду. Они используются для соединения участков электрической схемы на печатной плате с другими устройствами. Каждый разъем имеет собственный уникальный набор характеристик, в том числе они обладают различными физическими размерами, формами, устойчивостью к вибрации и т.п. Но это еще не все - вы можете также сгруппировать разъемы в отличительные семейства – это позволит проще удержать их в голове. Семейства включают в себя:
Клеммные колодки. Это семейство разъемов появилось в тот момент, когда инженерам потребовался простой способ соединения электрических проводов, не соединяя при этом физические детали вместе. Вы можете найти клеммные колодки на некоторых печатных платах, где часть клеммных колодок закреплена на печатной плате, а другая часть с проводами может быть удалена по желанию для облегчения процесса замены.
Полюсные соединители. Это семейство разъемов похоже на клеммные колодки в том смысле, что они позволяют подсоединять провода к схеме, не требуя при этом механического соединения деталей. Такие соединители можно найти в оборудовании для испытания электроники и в устройствах воспроизведения звука. Эти соединители удерживают присоединенные провода при помощи винтов и зажимов, закрепленных на металлическом выводе.
Вилки и гнезда. И, наконец, это семейство разъемов наиболее популярного типа, и именно на них сегодня мы и сосредоточимся. Эти коннекторы включают в себя и разъемы типа «папа», и разъемы «мама», они имеют различное количество контактов, их можно вставлять в гнезда для передачи данных, электропитания, видеоинформации и пр.
Понимание, откуда произошло каждое семейство коннекторов, поможет вам легко понять общие характеристики, которые лежат в основе того или иного семейства. Например, разъем USB принадлежит семейству вилок и гнезд, представители которого бывают двух типов – «мама» и «папа». И не смотря на большое разнообразие USB-коннекторов, у них есть общие для семейства свойства, а различаются они лишь слегка по внешнему виду и способу действия!
USB-коннекторы
USB-коннекторы используются по всюду и применяются совершенно по-разному, в том числе, они соединяют мышь, клавиатуру и ваш компьютер, заряжают ваш смартфон. Наиболее развитые представители даже выступают в качестве дисплейного порта.
Подобно многим другим типам соединителей, USB-коннектор можно подключить только правильной стороной, кроме новых таинственных коннекторов USB-C (подробнее об этом позже!). Они имеют не менее 4 контактов – один для питания, один для заземления, а два оставшихся служат для передачи и приема данных.
Вы также можете заметить, что у USB-коннекторов есть металлическое экранирование, что помогает защитить данные. Это очень удобно, если вокруг жужжит множество шумной электроники. Вот несколько представителей семейства USB-коннекторов, которые можно встретить:
Всевозможные вариации USB-коннекторов наконец-то собрались вместе!
От Type-A до Type-C
USB-A. В наши дни вы встретите вариант типа «мама» данного коннектора почти в каждом компьютере. Он требует для подключения коннектор USB-A типа «папа», а вот разъемы типа «папа» можно найти на флэшках, у клавиатур, мышей и множества других устройств.
USB-B. Этот представитель семейства USB-разъемов крепче и толще, чем его сородич USB-A. Он используется там, где размер - не проблема. За счет его большого размера он обладает большей надежностью и долговечностью.
USB-Micro. Этот тип USB-коннектора – один из самых молодых потомков семейства USB, заменивший собой разъемы USB-Mini, используемые в миниатюрных электронных устройствах: электронных книгах, смартфонах, внешних жестких дисках, цифровых камерах и пр. Подобно другим представителем семейства USB, разъемы USB-Micro «папа» вставляются в разъемы USB-Micro «мама».
USB-C. Последняя эволюция в семействе USB-коннекторов. USB-C обладает прокаченными навыками, в том числе способностью одновременной передачи данных, видео и электропитания. Он как хамелеон! Плюс USB-C – единственный представитель USB-коннекторов, для которого не важна ориентация. Его можно подключить к ответному разъему любой стороной!
Разъемы RCA
RCA-коннектор постепенно входит в список исчезающих видов, его все чаще и чаще заменяют разъемом типа HDMI. Но поскольку разъемы RCA известны с 1940-х годов, их широкое распространение и долгое применение привели к тому, что их часто выбирают для использования в системах домашнего кинотеатра. И никто не знает, когда они вымрут окончательно и вымрут ли вообще. Разъемы RCA могут передавать сигнал один из четырех типов – компонентное видео, композитное видео, стереозвук и звуковой сигнал S/PDIF.
Выглядит знакомо? Кабели RCA используются уже более 50 лет,
и все еще широко распространены в системах домашнего кинотеатра
Звуковые разъемы
Если только вы не являетесь пользователем iPhone 7, то, скорее всего, вы узнаете это звуковой разъем с первого взгляда! Подобно USB, звуковые разъемы различаются по размеру, что также определяет их применение. Звуковые разъемы включают в себя:
1/4" (6,35 мм) – сверх популярны в сообществе производителей музыки и аудио устройств благодаря использованию в электрогитарах и усилителях.
1/8" (3,5 мм) - лучше подходят для наушников, подключающихся к смартфонам, MP3-плеерам и ноутбукам
2,5 мм звуковой штекер позволяет использовать один разъем и для подключения наушников, и для подключения микрофона благодаря наконечнику типа кончик-кольцо-кольцо-гильза (TRRS).
Разъемы для подключения питания
Разъемы для подключения питания – это неуклюжие великаны в диком мире электрических коннекторов, удерживающих на своих плечах ответственность за обеспечение электропитанием всех наших устройств! В дикой природе можно увидеть различные типы разъемов для питания, в том числе цилиндрические соединители, коннекторы Molex, разъемы IEC, штыревые разъемы и разъемы JST.
Цилиндрические соединители
Цилиндрические соединители можно встретить во многих недорогих электронных устройствах, а еще можно заметить их с первого взгляда в корпусах этих громоздких преобразователей перемеренного/постоянного тока. Что самое замечательное в этих соединителях – их способность работать с различными токами и напряжениями, поэтому их и выбирают во всем мире! Будучи электронщиком-любителем и отправляясь в магазин, вам следует обращать внимание на следующие три вещи:
Гильза. Это внешний корпус разъема. Он выполнен из пластика или резины. Он бывает 5,5 мм или 3,55 мм в диаметре;
Штырь. Это тот самый металлический контакт соединителя, размер которого зависит от размера гильзы. Например, если гильза 5,55 мм, то штырь будет 2,5 мм или 2,1 мм.
Полярность. И, наконец, эти цилиндрические соединители также имеют полярность, определяемую гильзой и штырем. На гильзе напряжение 0 В, а напряжение на штыре определяется относительно гильзы. Обязательно проверьте спецификацию устройства, чтобы определить, какое напряжение и какая полярность гильзы и штыря необходимо вашему устройству.
Вот так выглядит цилиндрический соединитель
для постоянного тока до того, как его припаяют к печатной плате
Соединители Molex
В отличие от своих худосочных собратьев, соединители Molex крупнее, их, как правило, можно встретить в качестве разъемов питания жестких дисков, оптических приводов и других внутренних устройств компьютера. Замечательной особенностью разъемов Molex является их способность выдерживать большой ток более 11 ампер на штырь.
Тем не менее, в отличие от других разъемов «папа» и «мама», семейство Molex немного вводит в заблуждение из-за ориентации «папы» и «мамы». На конце кабеля Molex можно обнаружить разъем «мама», хотя обычно на конце провода устанавливается разъем «папа», который в данном случае установлен на устройстве. Еще разъем «мама» содержит набор штырей как у разъема «папа».
Выглядит знакомо? Это разъем Molex типа «папа», который можно найти внутри множества современных компьютеров. Он служит для питания жестких дисков, оптических приводов и пр.
Разъемы IEC
Разъемы IEC можно встретить везде, где для питания устройства используется непосредственно переменный ток. Знаете толстый черный сетевой кабель, выходящий из системного блока компьютера или даже телевизора? Да, это и есть кабель с разъемом IEC. Эти существа не требуют преобразователя из переменного тока в постоянный, поскольку внутри компьютера уже есть внутренний блок питания, выполняющий все преобразования.
Вы найдете коннекторы IEC повсюду, начиная с задней стенки системного блока вашего компьютера, и заканчивая телевизором и игровой консолью Xbox
Штыревые разъемы
Если вы когда-либо собирали собственный настольный персональный компьютер, то вы уже знакомы со штыревыми разъемами. Это небольшие группы штырьков, торчащие тут и там на материнской плате. Сами по себе штыри бывают различных типов, наиболее часто они сгруппированы в одно- или двухрядный коннектор с шагом 0,1 дюйма.
Штыревые разъемы типа «папа» бывают двух видов – к каждому из них может быть подсоединен отдельный провод, либо ко всему разъему может быть припаян плоский кабель для одновременного подключения всех проводов сразу. В настольном ПК штыревые разъемы используются для управления кучей разных устройств, таких как индикаторы питания, вентиляторы на центральном процессоре, питание жесткого диска и т.п.
Штыревые разъемы типа «папа» и «мама» на коммутационной плате RasPIO GPIO
Разъем JST
Последний и заключительный разъем для подключения питания – разъем JST, созданный японской компанией, которая называется так же – «JST». Этот разъем для подключения питания очень надежный и компактный, но из-за небольшого поперечного сечения его бывает трудно отсоединить. Разъем идеален, если вам нужно надежное соединение, но если вам нужно заменять подключенное устройство или аккумулятор, то вам понадобится немного терпения и подходящие инструменты!
Эти плотно сидящие разъемы JST известны благодаря их надежности
и компактным размерам, но мы желаем вам удачи в их разъединении!
Разъемы для макетирования и испытаний
Если вы вдруг захотите заняться макетированием или испытанием электрических схем, то, скорее всего вам бы не хотелось иметь кучу проблем с припаиванием этих изящных разъемов для долговременного подключения, о которых мы говорили выше. В этих случаях превосходной заменой являются разъемы для макетирования и испытаний. Они позволяют вам на лету вносить изменения в конструкцию, не перепаивая разъемы на печатной плате. Этот тип разъемов включает в себя:
Разъемы «банан». Эти разъемы можно найти в оборудовании для испытания электронных устройств, таких как мультиметры, имеющие один или несколько гнезд типа «банан». Разъем «банан» типа «папа» вставляется в разъем типа «мама», при этом получается простое подключение питания.
Разъемы «крокодил». Этот тип разъемов превосходно подходит для работы с тестовыми электронными схемами, когда необходимо экспериментировать с различными электрическими соединениями. Единственной проблемой является лишь то, что эти парни предназначены для временного использования, и вы можете вдруг обнаружить, что боретесь с их соскальзывающими захватами, при этом создавая случайные короткие замыкания при касании ими рядом расположенных металлических контактов.
Зажимы для интегральных микросхем. Если вам нужны более функциональные разъемы, то зажимы для интегральных микросхем – лучшее средство. Эти зажимы можно подключать непосредственно к выводам интегральных схем без касания соседних выводов, что делает их идеальными для отладки устройства.
Другие коннекторы, которые вы можете встретить
Возможно, вы заметили, что мы не охватили несколько типов коннекторов, например, коннекторы RJ и D-Sub. Коннекторы D-Sub (D-сверхминиатюрные) – это классические разъемы-представители компьютерного мира. Они бывают различных видов в зависимости от количества контактов и размеров корпуса, удерживающих контакты вместе. Все еще можно встретить разъем DE-9 последовательного порта и DB-25 параллельного порта – это коннекторы D-Sub, которые в наши дни еще используются в стационарных компьютерах. Они отлично подходят для подключения питания и обеспечивают коммуникационные возможности для связи двух устройств.
RJ-коннекторы, или Registered Jack (информационная розетка или стандартное коммутационное гнездо), изначально разработанные компанией Bell System в 1976 году, используются в телекоммуникационной индустрии. Эти коннекторы типа RJ соединяют вместе множество проводников в один гибкий и дешевый корпус. При помощи такого соединителя можно передавать и данные, и 100-200 миллиампер тока от одного устройства к другому. Вот почему чаще всего их можно увидеть у офисных телефонов и в Интернете вещей, запитанных по системе питания через Ethernet (PoE), позволяющих телефону и принимать данные, и получать питание по одному и тому же кабелю локальной сети.
Наше путешествие подходит к концу
Уф! Мы надеемся, вам понравилось наше больше путешествие, в котором вы повидали электрические коннекторы в естественной среде обитания. Мы увидели удивительные вещи, в том числе множество разных представителей семейства USB-разъемов, бродящих тут и там, таких как USB-A, USB-B, USB-Micro и увидели новый USB-C! Еще мы заметили множество временных коннекторов, суетящихся вокруг, таких как скользких зажимов-крокодилов и коннекторов типа банан, превосходно подходящих для макетирования и испытаний. И последнее, но не по значимости – мы видели неуклюжих великанов из семейства коннекторов – разъемов для подключения питания, пробирающихся через дебри в поисках новых устройств для питания. Вы можете назвать все коннекторы по памяти? Давайте!