Курс начинающего электронщика часть 1
Перевёл alexlevchenko для mozgochiny.ru
Каждый из нас, когда начинает увлекаться чем-то новым, сразу кидается в «пучину страсти» пытаясь выполнить или реализовать непростые проекты самоделок. Так было и со мной, когда я увлекся электроникой. Но как обычно бывает – первые неудачи поубавили запал. Однако отступать я не привык и начал систематически (буквально с азов) постигать таинства мира электроники. Так и родилось «руководство для начинающих технарей»
Шаг 1: Напряжение, ток, сопротивление
Эти понятия являются фундаментальными и без знакомства с ними продолжать обучение основам было бы бессмысленно. Давайте просто вспомним, что каждый материал состоит из атомов, а каждый атом в свою очередь имеет три типа частиц. Электрон — одна из этих частицы, имеет отрицательный заряд. Протоны же имеют положительный заряд. В проводящих материалах (серебро, медь, золото, алюминий и т.д.) есть много свободных электронов, которые перемещаются хаотично. Напряжение является той силой, которая заставляет электроны перемещаться в определенном направлении. Поток электронов, который движется в одном направлении, называется током. Когда электроны перемещаются по проводнику, то они сталкиваются с неким трением. Это трение называют сопротивлением. Сопротивление «ужимает» свободное перемещения электронов, таким образом снижая величину тока.
Более научное определение тока – скорость изменения количество электронов в определенном направлении. Единица измерения тока — Ампер (I). В электронных схемах протекающий ток лежит в диапазоне миллиампера (1 ампер = 1000 миллиампер). Например, свойственный ток для светодиода 20mA.
Единица измерения напряжения – Вольт (В). Батарея – является источником напряжения. Напряжение 3В, 3.3В, 3.7В и 5В является наиболее распространенным в электронных схемах и устройствах.
Напряжение является причиной, а ток – результатом.
Единица измерения сопротивления – Ом (Ω).
Шаг 2: Источник питания
Аккумуляторная батарея — источник напряжения или «правильно» источник электроэнергии. Батарея производит электроэнергию за счет внутренней химической реакции. На внешней стороне у неё присутствуют две клеммы. Одна из них является положительным выводом (+ V), а другая отрицательным (-V), или «землёй». Обычно источники питания бывают двух типов.
- Батареи;
- Аккумуляторы.
Батарейки используются один раз, а затем утилизируются. Аккумуляторы могут быть использованы несколько раз. Батарейки бывают разных форм и размеров, от миниатюрных, используемых для питания слуховых аппаратов и наручных часов до батарей размером с комнату, которые обеспечивают резервное питание для телефонных станций и компьютерных центров. В зависимости от внутреннего состава источники питания могут быть разных типов. Несколько наиболее распространённых типов, используемых в робототехнике и технических проектах:
Батареи 1,5 В
Батарейки с таким напряжением могут иметь различные размеры. Наиболее распространённые размеры АА и ААА. Диапазон ёмкости от 500 до 3000 мАч.
3В литиевая «монетка»
Все эти литиевые элементы рассчитаны номинально на 3 В (при нагрузке) и с напряжением холостого хода около 3,6 вольт. Ёмкость может достигать от 30 до 500мAч. Широко используется в карманных устройствах за счёт их крошечных размеров.
Никель-металлогидридные (NiМГ)
Эти батареи имеют высокую плотность энергии и могут заряжаться почти мгновенно. Другая важная особенность — цена. Такие аккумуляторы дешёвые (в сравнение с их размерами и ёмкостями). Этот тип батареи часто используется в робототехнических самоделках.
3.7 В литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы
Они имеют хорошую разряжающую способность, высокую плотность энергии, отличную производительность и небольшой размер. Литий-полимерный аккумулятор широко используется в робототехнике.
9-вольтовая батарея
Наиболее распространенная форма — прямоугольная призма с округленными краями и клеммами, что расположены сверху. Ёмкость составляет около 600 мАч.
Свинцово-кислотные
Свинцово-кислотные аккумуляторы являются рабочей лошадкой всей радио-электронной промышленности. Они невероятно дешёвы, перезаряжаются и их легко купить. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в машиностроении, UPS (источниках бесперебойного питания), робототехнике и других системах, где необходим большой запас энергии, а вес не так важен. Наиболее распространенными являются напряжения 2В, 6В, 12В и 24В.
Последовательно-параллельное соединение батарей
Источник питания может быть подключен последовательно или параллельно. При подключении последовательно величина напряжения увеличивается, а когда подключение параллельное – увеличивается текущая величина тока.
Существует два важных момента относительно батарей:
Емкость является мерой (как правило, в Aмп-ч) заряда, хранящейся в батарее, и определяется массой активного материала, содержащегося в ней. Ёмкость представляет собой максимальное количество энергии, которую можно извлечь при определенно заданных условиях. Тем не менее, фактические возможности хранения энергии аккумулятора могут значительно отличаться от номинального заявленного значения, а ёмкость батареи сильно зависит от возраста и температуры, режимов зарядки или разрядки.
Ёмкость батареи измеряется в ватт-часах (Вт*ч), киловатт-часах (кВт-ч), ампер-часах (А*ч) или миллиампер-час (мА * ч). Ватт-час – это напряжение (В) умноженное на силу тока(I) (получаем мощность – единица измерения Ватты (Вт)), которое может выдавать батарея определенный период времени (как правило, 1 час). Так как напряжение фиксируемое и зависит от типа аккумулятора (щелочные, литиевые, свинцово-кислотные, и т.д.), часто на внешней оболочке отмечают лишь Ач или мАч (1000 мАч = 1Aч). Для более продолжительной работы электронного устройства необходимо брать батареи с низким током утечки. Чтобы определить срок службы аккумулятора, разделите ёмкость на фактический ток нагрузки. Цепь, которая потребляет 10 мА и питается от 9-вольтной батареи будет работать около 50 часов: 500 мАч / 10 мА = 50 часов.
Во многих типах аккумуляторов, вы не можете «забрать» энергию полностью (другими словами, аккумулятор не может быть полностью разряжен), не нанося серьезный, и часто непоправимый ущерб химическим составляющим. Глубина разрядки (DOD) аккумулятора определяет долю тока, которая может быть извлечена. Например, если DOD определено производителем как 25%, то только 25% от ёмкости батареи может быть использовано.
Темпы зарядки/разрядки влияют на номинальную ёмкость батареи. Если источник питания разряжается очень быстро (т.е., ток разряда высокий), то количество энергии, которое может быть извлечено из батареи снижается и ёмкость будет ниже. С другой стороны если батарея разряжается очень медленно (используется низкий ток), то ёмкость будет выше.
Температура батареи также будет влиять на ёмкость. При более высоких температурах ёмкость аккумулятора, как правило, выше, чем при более низких температурах. Тем не менее, намеренное повышение температуры не является эффективным способом повышения ёмкости аккумулятора, так как это также уменьшает срок службы самого источника питания.
С-Ёмкость: Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно её емкости. Большинство батарей, за исключением свинцово-кислотных, оценено в 1C. Например, батарея с ёмкостью 1000mAh, выдает 1000mA в течение одного часа, если уровень – 1C. Та же батарея, с уровнем 0.5C, выдает 500mA в течение двух часов. С уровнем 2C, та же батарея выдает 2000mA в течение 30 минут. 1C часто упоминается как одночасовой разряд; 0.5C – как двухчасовой и 0.1C – как 10-часовой.
Ёмкость батареи обычно измеряется с помощью анализатора. Анализаторы тока отображают информацию в процентах отталкиваясь от значения номинальной ёмкости. Новая батарея иногда выдает больше 100 % тока. В таком случае, батарея просто оценена консервативно и может выдержать более длительное время, чем указанно производителем.
Зарядное устройство может быть подобрано с точки зрения ёмкости батареи или величины C. Например зарядное устройство с номиналом C/10 полностью зарядит батарею через 10 часов, зарядное устройство с номиналом в 4C, зарядило бы аккумулятор через 15 минут. Очень быстрые темпы зарядки (1 час или менее) обычно требуют того, чтобы зарядное устройство тщательно контролировало параметры аккумулятора, такие как предельное напряжение и температура, чтобы предотвратить перезаряд и повреждения батареи.
Напряжение гальванического элемента определяется химическими реакциями, что проходят внутри него. Например, щелочные элементы – 1.5 В, все свинцово- кислотные – 2 В, а литиевые – 3 В. Батареи могут состоять из нескольких ячеек, поэтому вы редко, где сможете увидеть 2-вольтовую свинцово-кислотную батарею. Обычно они соединены вместе внутри, чтобы выдавать 6 В, 12 В или 24 В. Не стоит забывать о том, что номинальное напряжение в «1.5-вольтовой» батарее типа AA фактически начинается с 1.6 В, затем быстро опускается к 1.5, после чего медленно дрейфует вниз к 1.0 В, при котором батарею уже принято считать ‘разряженной’.
Как лучше выбрать батарею для поделки?
Как вы уже поняли, в свободном доступе, можно найти много типов батарей с разным химическим составом, таким образом, не легко выбрать, какое питание является лучшим для именно вашего проекта. Если проект очень энергозависимый (большие системы звука и моторизованные самоделки) следует выбирать свинцово-кислотную батарею. Если вы хотите построить переносную поделку, которая будет потреблять небольшой ток, то следует выбрать литиевую батарею. Для любого портативного проекта (легкий вес и умеренное питание) выбираем литиево-ионный аккумулятор. Вы можете выбрать более дешёвый аккумулятор на основе метало-никелевого гидрида (NIMH), хотя они более тяжёлые, но не уступают литиево-ионным в остальных характеристиках. Если вы хотели бы сделать энергоёмкий проект то литиево-ионный щелочной (LiPo) аккумулятор будет лучшим вариантом, потому что он имеет маленькие размеры, лёгок по сравнению с другими типами батарей, перезаряжается очень быстро и выдаёт ток высокого значения.
Хотите, чтобы Ваши аккумуляторы прослужили долгое время? Используйте высококачественное зарядное устройство, которое имеет датчики для поддержания надлежащего уровня заряда и подзарядки малым током. Дешёвое зарядное устройство убьёт ваши аккумуляторы.
Шаг 3: Резисторы
Резистор — очень простой и наиболее распространённый элемент на схемах. Он применяется для того, чтобы управлять или ограничивать ток в электрической цепи.
Резисторы — пассивные компоненты, которые только потребляют энергию (и не могут производить её). Резисторы, как правило, добавляются в цепь, где они дополняют активные компоненты, такие как ОУ, микроконтроллеры и другие интегральные схемы. Обычно они используются, чтобы ограничить ток, разделить напряжения и линии ввода/вывода.
Сопротивление резистора измеряется в Омах. Большие значения могут быть сопоставлены с префиксом кило-, мега-, или гига, чтобы сделать значения легко читаемыми. Часто можно увидеть резисторы с меткой кОм и МОм диапазоне (гораздо реже мОм резисторы). Например, 4,700Ω резистор эквивалентен 4.7kΩ резистору и 5,600,000Ω резистор можно записать в виде 5,600kΩ или (более обычно ) 5.6MΩ.
Существуют тысячи различных типов резисторов и множество фирм, что их производят. Если брать грубую градацию то существуют два вида резисторов:
- с чётко заданными характеристиками;
- общего назначения, чьи характеристики могут «гулять» (производитель сам указывает возможное отклонение).
Пример общих характеристик:
- Температурный коэффициент;
- Коэффициент напряжения;
- Шум;
- Частотный диапазон;
- Мощность;
- Физический размер.
По своим свойствам резисторы могут быть классифицированы как:
Линейный резистор — тип резистора, сопротивление которого остается постоянным с увеличением разности потенциалов (напряжения), что прикладываются к нему (сопротивление и ток, что проходит через резистор не изменяется от приложенного напряжения). Особенности вольт-амперной характеристики такого резистора — прямая линия.
Не линейный резистор – это резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от значения прикладываемого напряжения или протекающего через него тока. Это тип имеет нелинейную вольт-амперную характеристику и не строго следует закону Ома.
Есть несколько типов нелинейных резисторов:
- Резисторы ОТК (Отрицательный Температурный Коэффициент) — их сопротивление понижается с повышением температуры.
- Резисторы ПЕК (Положительный Температурный Коэффициент) — их сопротивление увеличивается с повышением температуры.
- Резисторы ЛЗР (Светло-зависимые резисторы) — их сопротивление изменяется с изменением интенсивности светового потока.
- Резисторы VDR (Вольт зависимые резисторы) — их сопротивление критически понижается, когда значение напряжения превышает определенное значение.
Не линейные резисторы используются в различных проектах. ЛЗР используется в качестве датчика в различных робототехнических проектах.
Кроме этого, резисторы бывают с постоянным и переменным значением:
Резисторы постоянного значения — типы резисторов, значение которых уже установлено, при производстве и не может быть изменено во время использования.
Переменный резистор или потенциометр – тип резистора, значение которого может быть изменено во время использования. Этот тип обычно имеет вал, который поворачивается или перемещается вручную для изменения значения сопротивления в фиксированном диапазоне, например, от. 0 кОм до 100 кОм.
Магазин сопротивлений:
Этот тип резистора состоит из «упаковки», в которой содержится два или более резисторов. Он имеет несколько терминалов, благодаря которым может быть выбрано значение сопротивления.
По составу резисторы бывают:
Углеродные:
Сердечник таких резисторов отливается из углерода и связующего вещества, создающих требуемое сопротивление. Сердечник имеет чашеобразные контакты, удерживающие стержень резистора с каждой стороны. Весь сердечник заливается материалом (наподобие бакелита) в изолированном корпусе. Корпус имеет пористую структуру, поэтому углеродные композиционные резисторы чувствительны к относительной влажности окружающей среды.
Эти типы резисторов обычно производит шум в цепи за счёт электронов, проходящих через углеродные частицы, таким образом, эти резисторы, не используются в «важных» схемах, хотя они дешевле.
Осаждения углерода:
Резистор, который сделан путём нанесения тонкого слоя углерода вокруг керамического стержня — называется углеродо-осаждённым резистором. Он изготавливается путем нагревания керамических стержней внутри колбы метана и осаждением углерода вокруг них. Значение резистора определяется количеством углерода, осажденного вокруг керамического стержня.
Пленочный резистор:
Резистор выполнен путем осаждения распыляемого металла в вакууме на керамическую основу прута. Эти типы резисторов очень надежны, имеют высокую устойчивость, а также имеют высокий температурный коэффициент. Хотя они дороже по сравнению с другими, но используются в основных системах.
Проволочный резистор:
Проволочный резистор изготовлен путем намотки металлической проволоки вокруг керамического сердечника. Металлический провод представляет собой сплав различных металлов подобранных согласно заявленным особенностям и сопротивлениям требуемого резистора. Эти тип резистора имеет высокую стабильность, а также выдерживает большие мощности, но, как правило, они более громоздкие по сравнению с другими типами резисторов.
Метало-керамические:
Эти резисторы изготовлены путем обжига некоторых металлов, смешанные с керамикой на керамической подложке. Доля смеси в смешанном метало-керамическом резисторе определяет значение сопротивления. Этот тип очень стабилен, а также имеет точно вымеренное сопротивление. Их в основном используют для поверхностного монтажа на печатных платах.
Прецизионные резисторы:
Резисторы, значение сопротивлений которых лежит в пределах допуска, поэтому они очень точны (номинальная величина находится в узком диапазоне).
Все резисторы имеют допуск, который даётся в процентах. Допуск говорит нам, насколько близко к номинальному значению сопротивления может изменяться. Например, 500Ω резистор, который имеет значение допуска 10%, может иметь сопротивление между 550Ω или 450Ω. Если же резистор имеет допуск 1%, сопротивление будет меняться только на 1%. Таким образом, 500Ω резистор может варьироваться от 495Ω 505Ω.
Прецизионный резистор — резистор, у которого уровень допуска всего 0.005%.
Плавкий резистор:
Проволочный резистор, разработан таким образом, чтобы легко перегореть, когда номинальная мощность превысет граничный порог. Таким образом плавкий резистор имеет две функции. Когда питание не превышено, он служит ограничителем тока. Когда номинальная мощность превышена, оа функционирует как предохранитель, после перегорания цепь становится разорванной, что защищает компоненты от короткого замыкания.
Терморезисторы:
Теплочувствительный резистор, значение сопротивления которого изменяется с изменением рабочей температуры.
Терморезисторы показывают или положительный температурный коэффициент (PTC) или отрицательный температурный коэффициент (NTC).
Насколько изменяется сопротивление с изменениями рабочей температуры зависит от размера и конструкции терморезистора. Всегда лучше проверить справочные данные, чтобы узнать все спецификации терморезисторов.
Фоторезисторы:
Резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от светового потока, что падает на его поверхность. В тёмной среде сопротивление фоторезистора очень высоко, несколько M Ω. Когда интенсивный свет попадает на поверхность, сопротивление фоторезистора существенно падает.
Таким образом фоторезисторы — переменные резисторы, сопротивление которых зависит от количества света, что падает на его поверхность.
Выводные и безвыводные типы резисторов:
Выводные резисторы: Этот тип резисторов использовался в самых первых электронных схемах. Компоненты подключались к выводным клеммам. С течением времени, начали использоваться печатные платы, в монтажные отверстия которых впаивались выводы радиоэлементов.
Резисторы поверхностного монтажа:
Этот тип резистора всё более часто стали использовать начиная с введения технологии поверхностного монтажа. Обычно этот тип резистора создается путём использования тонкоплёночной технологии.
Шаг 4: Стандартные или общие значения резисторов
Система обозначений имеет свои истоки, которые выходят с начала прошлого века, когда большинство резисторов были углеродными с относительно плохими производственными допусками. Объяснение довольно простое – используя 10% допуск можно уменьшить число выпускаемых резисторов. Было бы малоэффективно производить резисторы с сопротивлением 105 Ом, так как 105 находится в пределах 10%-го диапазона допуска резистора на 100 Ом. Следующая рыночная категория составляет 120 Ом, потому что у резистора на 100 Ом с 10%-й терпимостью, будет диапазон между 90 и 110 Ом. У резистора на 120 Ом диапазон лежит между 110 и 130 Ом. По этой логики предпочтительно выпускать резисторы с 10% допуском 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330 и так далее (соответственно округлены). Это — ряд E12, показанный ниже.
Терпимость 20% E6,
Терпимость 10% E12,
Терпимость 5% E24 (и обычно 2%-я терпимость),
Терпимость 2% E48,
E96 1% терпимости,
E192 0,5, 0,25, 0,1% и выше допуски.
Стандартные значения резисторов:
Е6 серии: (20% допуска) 10, 15, 22, 33, 47, 68
E12 серии: (10% допуска) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
E24 серии: (5% допуска) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
E48 серии: (2% допуска) 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 261, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953
E96 серии: (1% допуска) 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 491, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 959, 976
E192 серии: (0,5, 0,25, 0,1 и 0,05% допуска) 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 165, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205, 208, 210, 213, 215, 218, 221, 223, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267, 271, 274, 277, 280, 284, 287, 291, 294, 298, 301, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379, 383, 388, 392, 397, 402, 407, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 517, 523, 530, 536, 542, 549, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673, 681, 690, 698, 706, 715, 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 920, 931, 942, 953, 965, 976, 988
При разработке оборудования лучше всего придерживаться самого низкого раздела, т.е. лучше использовать E6, а не E12. Таким образом, чтобы число различных групп в любом оборудовании было минимизировано.
Продолжение следует
(A-z Source)
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!
About alexlevchenko
Ценю в людях честность и открытость. Люблю мастерить разные самоделки. Нравится переводить статьи, ведь кроме того, что узнаешь что-то новое — ещё и даришь другим возможность окунуться в мир самоделок.mozgochiny.ru
Курсы Электронщика
Определять неисправность деталей, как установленных на плате, так и в «чистом» виде. Подбирать аналоги для замены, узнаете по каким основным критериям это делается, определять взаимозаменяемость деталей.
На практике узнаете типовые схемы включения с примерами включения в схеме реального устройства. В качестве примера мы рассмотрим схемы наиболее распространённых устройств: блок питания, ноутбуки, мониторы, зарядные устройства и т.д. В результате вы самостоятельно сможете проводить их ремонт на компонентном уровне.
Изучение различных электронных компонентов, встречающихся практически во всех без исключения бытовых и промышленных устройствах электронной техники. Построение схем на их базе, от элементарно простых до более сложных, с построением временных диаграмм и детальным изучением, протекающих процессов
Изучение работы операционных усилителей, компараторов, логических элементов. Также проводиться сборка небольших схем на основе почти всех перечисленных элементов, с изучением их работы, измерением основных параметров или исследованием схем с помощью осциллографа.
Изучение основных принципов работы измерительных приборов, предназначенных для измерения тока напряжения сопротивления, визуального исследования электрических сигналов (осциллограф)
Будут рассмотрены топологии построения схем и примеры реальных схем на базе той или иной топологии. Рассказано об особенностях данных схем и областях применения. Рассмотрим несколько основных типовых схем построения импульсных БП, рассказывается об особенностях и областях применения той или иной схемы. Далее слушателям будут предложены реальные схемы (розданы листы со схемами БП-разными) и они будут должны самостоятельно определить топологию данной схемы. Именно определение топологии построения схемы на 80% определяет успех дальнейшего ремонта, который в 99% случаев придётся проводить, не имея схемы конкретно именно ремонтируемого БП.
fixit-plus.ru
Здравствуйте, мои дорогие друзья! В этом блоге я хочу рассказать всем начинающим радиолюбителям о том, с чего-же всё-таки начать этот нелёгкий путь. Сподвигнули меня написать эту статью люди, которые появляются на форумах и создают там темы с такими громкими названиями, как «помогите отличить на схеме резистор от конденсатора» и «Дайте какие-нибудь схемы, я ничё ни знаю». При том, что люди ничего при этом не знают и не хотят ни что-либо изучать, ни шевелить своим мозгом… Возможно, вам это статья может показаться нудной, но не переживайте — здесь вы почерпнёте много нового
1. Нужно определиться — зачем оно вам?
2. Начальные понятия и знания о физике.
3. Теория.
4. Практика.
Напоследок хочу сказать одну очень важную вещь — соблюдайте технику безопасности!!! |
radioskot.ru
Радиоэлектроника, или как я начал её постигать / Habr
Добрый день, уважаемое сообщество.Меня все время удивляли люди, которые понимают в радиоэлектронике. Я всегда их считал своего рода шаманами: как можно разобраться в этом обилии элементов, дорожек и документации? Как можно только взглянуть на плату, пару раз «тыкнуть» осциллографом в только одному ему понятные места и со словами «а, понятно» взять паяльник в руки и воскресить, вроде как почившую любимую игрушку. Иначе как волшебством это не назовёшь.
Расцвет радиоэлектроники в нашей стране пришёлся на 80-е годы, когда ничего не было и все приходилось делать своими руками. С той поры прошло много лет. Сейчас у меня складывается впечатление, что вместе с поколением 70-х уходят и знания с умением. Мне не повезло: половину эпохи расцвета меня планировали родители, а вторую половину я провёл играя в кубики и прочие машинки. Когда в 12 лет я пошёл в кружок «Юный техник» — это были не самые благополучные времена, и ввиду обстоятельств через полгода пришлось с кружком «завязать», но мечта осталась.
По текущей деятельности я программист. Я осознаю, что найти ошибку в большом коде ровно тоже самое, что найти «плохой» конденсатор на плате. Сказано — сделано. Так как по натуре я люблю учиться самостоятельно — пошёл искать литературу. Попыток начать было несколько, но каждый раз при начале чтения книг я упирался в то, что не мог разобраться в базовых вещах, например, «что есть напряжение и сила тока». Запросы к великому и ужасному Гуглу также давали шаблонные ответы, скопированные из учебников. Попробовал найти место в Москве, где можно поучиться этому мастерству — поиски не закончились результатом.
Итак, добро пожаловать в кружок начинающего радиолюбителя.
Я люблю учиться и узнавать что-то новое, но просто знания мне мало. В школе мне привили навык «теорему нельзя выучить — её можно только понять» и теперь я несу это правило по жизни. Окружающие, конечно, смотрят с недоумением, когда вместо того, чтобы взять готовые решения и сложить по-быстрому их воедино я начинаю изобретать свои велосипеды. Второй довод для написания статьи — это мысль «если ты понимаешь предмет — ты можешь его с лёгкостью объяснить другому». Ну что ж, попробую сам понять и другим объяснить.
Первая моя цель, прямо как по книгам — аналоговый радиоприёмник, а там пойдем и в цифру.
Сразу хочу предупредить — статья написана дилетантом в радиоэлектронике и физике и является скорее рассуждением. Все поправки буду рад выслушать в комментариях.
Итак, чем что такое напряжение, ток и прочее сопротивление? В большинстве случаев для понимания электрических процессов приводят аналогию с водой. Мы не будем отходить от этого правила, правда с небольшими отклонениями.
Представим трубу. Для контроля некоторых показателей мы включим в неё несколько счётчиков расхода воды, манометров для измерения давления, и элементы, которые мешают току воды.
В электрическом эквиваленте схема будет выглядеть примерно так:
Напряжение
Курс физики нам говорит, что напряжение — это разность потенциалов между двумя точками. Если перекладывать определение на нашу трубу с водой, то потенциал — это давление, т. е. напряжение — это разница давлений между двумя точках. Этим и объясняется принцип его измерения вольтметром. Получается, что если попытаться измерить напряжение в двух соседних точках трубы, где нет никаких сопротивлений движению воды (отсутствуют краны и сужения, внутренним трением воды о стенки трубы мы пока пренебрежём) и давление не меняется — то разница давлений в этих двух точках будет равна нулю. Если же сопротивление присутствует, происходит снижение давления (в электрическом эквиваленте падение напряжения), то мы получим величину напряжения. Сумма напряжений на всех элементах равна напряжению на источнике. Т.е. если сложить показания всех вольтметров на нашей схеме, мы получим напряжение батареи.
Например, будем считать, что наша батарея даёт напряжение 5 вольт и резисторы имеют сопротивление 100 и 150 Ом. Тогда по закону Ома U=IR, или I=U/R, получаем, что по цепи течёт ток с силой I=5/250=20мА. Так как сила тока во всей цепи одинакова (пояснения чуть дальше), из того же закона Ома следует, что первый вольтметр покажет U=0,02*100=2В, а второй U=0,02*150=3В.
Сила тока
Из того же курса физики известно, что это количество заряда за единицу времени. В водяном эквиваленте — это сама вода, а её измеритель, амперметр — есть счётчик воды. Опять таки становится понятно, почему амперметр подключается в разрыв цепи. Если его подключить на место, например, вольтметра V1, то образуется новая цепь, из которой будет исключено сопротивление R1, а значит как минимум мы получим некорректные значения (что будет «как максимум»станет понятно чуть позже). Вернёмся к нашей водичке — подключение амперметра параллельно любому из элементов означает, что часть воды пойдёт по основной трубе, а другая часть пойдёт через счётчик — и как раз этот счётчик будет врать.
Ах, да, о цепи. В большинстве литературы что мне попадалось фраза о том, что батарейки являются лишь источником напряжения, и только сопротивления являются источником тока. Как же так? Как сопротивление может являться источником чего-то ещё, кроме как источником сопротивления (тепло пока не в счёт)? Все верно, если опираться на закон Ома I=U/R, однако сколько не прикладывай сопротивление, ток не появится, пока не будет источника напряжения и замкнутой цепи (ровно как если заткнуть справа нашу трубу пробкой что не делай — счётчики воды будут молчать)!
Сопротивление в цепи просто должно присутствовать, ведь если оно равно нулю — сила тока устремится в бесконечность. Такую ситуацию мы видим при «замыкании» — искры это и есть очень большая сила тока, а если точнее теплота, равная Q=(I^2)Rt (формула действительна при постоянной силе тока и сопротивления).
Ещё одно важное замечание — при рассмотрении расчёта напряжения и силы тока я не нашёл уточнений, что в замкнутой цепи на всех участках сила тока будет одинаковой. Т.е. все счётчики будут крутиться с одной скоростью и показывать одни и те же значения. По сути, количество тока, который прошёл по цепи аналогичен количеству «воды», вышедшей из трубы.
Сопротивление
Пожалуй, самое простое явление для объяснения. Вернувшись к нашей трубе, сопротивление — это есть все возможные сужения и краны. Согласно тому, что мы разобрали выше — при повышении сопротивления уменьшается ток во всей цепи и понижает напряжение на концах сопротивления. Или снова в водяных реалиях — закрытие нашего крана на пол оборота вызовет уменьшение расхода воды на всех счётчиках и пропорциональное (в зависимости от сопротивления) снижение давления на манометрах.
Так куда же все падает и уменьшается? Вот здесь аналогия с водой неоднозначна, так как в случае с электричеством «излишки» превращаются в тепло и рассеиваются. Количество теплоты, которое при этом выделяется, снова можно рассчитать формулой Q=(ΔI^2)Rt (снова при постоянном сопротивлении). Если поделить количество теплоты на время, получим мощность, которую нужно применить при выборе самого резистора P=Q/t=(ΔI^2)R.
Курить не круто!Когда я ходил в кружок Юный техник более старшие товарищи проводили «эксперименты» с прикуриванием от электричества. Для этого они брали блок питания, подключали к нему резисторы малой мощности и повышали напряжение. Повышали до тех пор, пока он не раскалялся до красна, как автомобильный прикуриватель. После этого, практически через мгновение резистор «перегорал» и отправлялся в мусорное ведро.
С постоянным током все понятно, а переменный?
Переменный ток, как таковой в радиоэлектронике используется редко. Его как минимум делают постоянным и в большинстве случаев снижают. Видимо по этому в попадавшейся мне литературе про него практически не говорится.
В чем же его отличие? C обывательской точки зрения, в малом — направление тока в нем меняется. Здесь аналогия с трубой не совсем уместна, первое что приходит в голову — шейкер для коктейлей (жидкость при смешивании в нем гуляет туда-сюда). Нам в радиоэлектронике нужно знать, как идёт ток в нашей цепи, чтобы получить от него то, что мы хотим.
Следующее, с чем я пошёл разбираться — полупроводники. Дырки? Электроны? Ключевой режим? Каскады? Полевой транзистор, то тот, который нашли в поле? Пока ничего не понятно…
habr.com
Курсы по радиоэлектронике для взрослых
Московская школа «Кибернетик», специализирующаяся на предоставлении услуг в области дополнительного образования для детей и взрослых с сентября 2018 года начала проводить занятия для взрослых по радиоэлектронике. Для кого предназначен данный курс и что он в себя включает?
Данный курс предназначен для тех: кто ничего не знает, но хочет познакомиться с основами; кто хочет вспомнить, что когда-то знал, но забыл; кто хочет углубить свои знания в работе специальных радиоэлектронных схем.
Начинаем с азов аналоговой электроники – заглядываем в микромир, вспоминаем строение атомов и молекул, разбираем, что такое электрический ток, напряжение, потребляемая мощность нагрузки в замкнутой цепи. Узнаем в чем разница между проводниками, полупроводниками и диэлектриками, и каким образом те или иные свойства материалов применяется в электронных схемах. Закон Ома? Да, куда же без него! Проводим эксперименты с полупроводниковыми приборами: диодами, транзисторами, стабилитронами и др., узнавая о принципах их работы.
Что такое радиоэлектроника? Радиоэлектроника – это наука о методах и средствах передачи и приема сообщений на расстояние посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве.
В программу включено изучение радиочастотных фильтров, методах кодирования (модуляции) звуковых сообщений в колебания высокой частоты. Преобразования сигналов в линейных и нелинейных цепях. Каким самым простым способом (с минимальным количеством радиодеталей) возможно осуществить передачу сообщения на значительные расстояния. Какие диапазоны частот существуют и почему одни применяются для обмена информацией между подводными лодками, а другие для искусственных спутников Земли или мобильных телефонов.
Каждый по желанию выбирает схему для реализации: усилитель низких частот, усилитель мощности, приёмник, передатчик или автоматическое устройство для умного дома – почему бы и нет?
Знакомимся с «полезнейшей» программой Matlab&Simulink проводя эксперименты с виртуальной физической моделью устройств, разбирая функциональные зависимости входных и выходных сигналов. Создаем и отлаживаем схему в Multisim используя Spice модели компонентов, генерим разводку печатной платы, переносим на текстолит и приступаем к травлению и паянию.
Что такое радиоэлектроника без программирования в настоящее время? – это только ½ от общего знания. Поэтому со всеми желающими знакомимся с цифровой техникой, микроконтроллерами, их архитектурой и программированием. Зачем нужны логические элементы «и»/«или», счетчики, триггеры, шифраторы и дешифраторы. Разбираем, где применяется аналоговая электроника, а где цифровая, а где лучше реализовать комбинированную схему.
Задавались ли вы когда-нибудь вопросом, какая последовательность действий происходит в сотовом телефоне, когда мы набираем номер телефона и нажимаем кнопку звонка. Почему мобильный телефон называют «сотовым», и как так происходит, что нет взаимных помех между десятками рядом расположенными телефонами. Можно ли прослушать разговор современного телефона с помощью простейших устройств, не прибегая к сложным устройствам и программному обеспечению? Осуществить подавление канала передачи данных или вовсе стать третьем абонентом.
Приходите к нам в школу на курсы радиоэлектроники, чтобы ответить на многие интересующие вас вопросы, на «чуточку» стать осведомление и задать себе еще тысячу новых. Ну и разве это не прекрасно, когда знаешь законы природы и можешь применять их для создания электронных схем, и ты как бы сам становишься частичкой необъятного микромира, переходя от одной точки схемы к другой — словно человек, путешествующий от одной точки мира к другой для исполнения скрытого смысла заложенного свыше.
kiberschool.ru
Сайт радиолюбителей.радиоэлектроника для начинающих, основы электроники.самостоятельный ремонт
Сайт радиолюбителей.радиоэлектроника для начинающих, основы электроники.самостоятельный ремонтРадиоэлектроника плотно вошла в нашу жизнь. Невозможно представить себе современный дом без таких нужных (а порою и необходимых!) вещей как телевизор, микроволновка, стиральная машина и т.п.
Но, сожалению, любая техника не вечна и со временем выходит из строя… Можно, конечно-же, обратиться в сервисную службу, однако гораздо интереснее (и выгоднее) ремонтировать все своими руками!
Но ведь для того чтобы иметь возможность отремонтировать такую сложную технику как, скажем, телевизор, требуется предварительная подготовка: знания в электронике, наличие необходимого измерительного оборудования и инструментов.
Конечно-же первые шаги в радиолюбительство начинаются с малого- с первой прочитанной книги по радиоэлектронике, с первой самостоятельно собранной цветомузыки или простенького усилителя, с первого отремонтированного старенького магнитофона, ну и, конечно-же, не без помощи более опытного товарища, у которого можно всегда что-то спросить…
Именно таким опытным товарищем и станет наш сайт для тех, кто решил посвятить себя такому интересному и полезному увлечению как радиолюбительство: здесь Вы найдете информацию для начинающих радиолюбителей, сможете задать вопросы на нашем ФОРУМЕ, сможете скачать книги в нашей библиотеке, найдете множество различных схем разной степени сложности и многое, многое другое…
Сайт наш предназначен для радиолюбителей разного уровня подготовки- не только для начинающих, но и для тех кому радиолюбительство давно уже стало профессией- у нас Вы найдете подборку схем бытовой электроники (телевизоры, инверторы, ноутбуки, телефония и так далее), справочные данные на различные электронные компоненты, и, конечно-же, приглашаем Вас к нам на ФОРУМ!
Разделы нашего сайта
Сайт ежедневно наполняется новой информацией!
Мы в социальных сетях
radio-uchebnik.ru
Самостоятельное изучение схемотехники / Habr
Я решил написать ряд статей, которые должны помочь разобраться самостоятельно в предмете схемотехники. Первая часть вводная, в ней рассказывается об основных дисциплинах, которые стоит изучить для понимания принципов конструктирования и построения электрических схем. Если эта статья вам понравится, тема будет развиваться, внимание будет фокусироваться на нюансах и примерах.
Для старта в обучении требуется изучить три основные дисциплины:
1. Основы электротехники
2. Теоретические основы электроники
3. Теория автоматов
Все на так страшно, как кажется на первый взгляд.
Первый пункт необходим для понимания принципов работы с электричеством (В этом предмете изучаются основы расчета электрических схем).
Второй пункт — то же самое, что и первый, но более углубленный. Здесь будут рассматриваться частные примеры основных электронных устройств, через их электрические схемы.
Третий пункт — это очень важная дисциплина, которая рассматривает электрические схемы с точки зрения их логики работы. Эта дисциплина является вводной частью в курс схемотехники и рассматривает основные логические элементы, принципы построения принципиальных схем, процессы происходящие в схемах и многое другое.
Как изучать эти дисциплины?
Изучать их стоит по ВУЗовским учебникам, совмещаяя друг с другом. Т.е. стоит начать изучение курсов ОЭ и ТА параллельно, а после этого переходить к изучению ТОЭ и схемотехники. Уже после нескольких недель вы сможете сами разрабатывать простые логические схемы и понимать работу более сложных. Конечно, не стоит забывать и про практику, на нее нужно делать особый упор. Решайте задачи, изучайте электрические и принципиальные схемы.
Какие книги понадобятся в процессе обучения?
Для изучения электротехники и электроники пойдет любой учебник для высших учебных заведений. (Как пример А. А. Бессонов «Теоретические основы электротехники»)
Теорию автоматов можно изучать по одноименному учебнику Ю. Г. Карпова
Программное обеспечение:
В ходе обучения весьма пригодяться программы такие как
Electronic Workbench
Старая программа для построения принципиальных электрических схем. Для обучения вполне пойдет демо версия с ограниченным количеством допустимых элементов на листе. Программу можно использовать как для изучения курса теории автоматов, так и для проверки задач по электротехнике.
P-CAD
Будет использоваться на завершающих этапах обучения для разводки элементов по печатной плате.
На этом вводная часть заканчивается. Если данная тема будет интересна хабраюзерам, я продолжу писать статьи на эту тему.
Удачи вам в самообразовании.
habr.com
