Простая электроника для начинающих часть 3. Основы электротехники для начинающих

Нетривиально занятие, скажу я вам. :) Дабы облегчить усвоение материала я вводил ряд упрощений. Совершенно бредовых и антинаучных, но более менее наглядно показывающих суть процесса. Методика «канализационной электрики» успешно показала себя в полевых испытаниях, а посему будет использована и тут. Хочу лишь обратить внимание, что это всего лишь наглядное упрощение, справедливое для общего случая и конкретного момента, чтобы понять суть и к реальной физике процесса не имеющая практически никакого отношения. Зачем оно тогда? А чтобы проще запомнить, что к чему и не путать напряжение и ток и понимать как на все это влияет сопротивление, а то я от студентов такого наслушался…

Ток, напряжение, сопротивление.

Если сравнить электроцепь с канализацией, то источник питания это сливной бачок, текущая вода – ток, давление воды-напряжение, а несущееся по трубам говнище – полезная нагрузка. Чем выше сливной бачок, тем больше потенциальная энергия воды, находящейся в нем, и тем сильней будет напор-ток проходящий по трубам, а значит больше дерьма-нагрузки он сможет смыть.
Кроме текущего дерьма, потоку препятствует трение о стенки труб, образуя потери. Чем толще трубы тем меньше потери (гы гы гы теперь ты помнимаешь почему аудиофилы для своей мощной акустики берут провода потолще;)).
Итак, подведем итог. Электроцепь содержит источник, создающий между своими полюсами разность потенциалов – напряжение. Под действием этого напряжения ток устремляется через нагрузку туда, где потенциал ниже. Движению тока препятствует сопротивление, образуемое из полезной нагрузки и потерь. В результате напряжение-давление ослабевает тем сильней, чем больше сопротивление. Ну, а теперь, положим нашу канализацию в математическое русло.

Закон Ома

Для примера просчитаем простейшую цепь, состоящую из трех сопротивлений и одного источника. Схему я буду рисовать не так как принято в учебниках по ТОЭ, а ближе к реальной принципиальной схеме, где принимают точку нулевого потенциала – корпус, обычно равный минусу питания, а плюс считают точкой с потенциалом равным напряжению питания. Для начала считаем, что напряжение и сопротивления у нас известны, а значит нам нужно найти ток. Сложим все сопротивления (о правилах сложения сопротивлений читай на врезке), дабы получить общую нагрузку и поделим напряжение на получившийся результат – ток найден! А теперь посмотрим как распределяется напряжение на каждом из сопротивлений. Выворачиваем закон Ома наизнанку и начинаем вычислять. U=I*R поскольку ток в цепи един для всех последовательных сопротивлений, то он будет постоянен, а вот сопротивления разные. Итогом стало то, что Uисточника = U1 +U2 +U3 . Исходя из этого принципа можно, например, соединить последовательно 50 лампочек рассчитанных на 4.5 вольта и спокойно запитать от розетки в 220 вольт – ни одна лампочка не перегорит. А что будет если в эту связку, в серединку, всандалить одно здоровенное сопротивление, скажем на КилоОм, а два других взять поменьше – на один Ом? А из расчетов станет ясно, что почти все напряжение выпадет на этом большом сопротивлении.

Закон Кирхгоффа.

Согласно этому закону сумма токов вошедших и вышедших из узела равна нулю, причем токи втекающие в узел принято обозначать с плюсом, а вытекающие с минусом. По аналогии с нашей канализацией – вода из одной мощной трубы разбегается по кучи мелких. Данное правило позволяет вычислять примерный потребляемый ток, что иногда бывает просто необходимо при расчете принципиальных схем.

Мощность и потери
Мощность которая расходуется в цепи выражается как произведение напряжения на ток.
Р = U * I
Потому чем больше ток или напряжение, тем больше мощность. Т.к. резистор (или провода) не выполняет какой либо полезной нагрузки, то мощность, выпадающая него это потери в чистом виде. В данном случае мощность можно через закон ома выразить так:
P= R * I 2

Как видишь, увеличение сопротивления вызывает увеличение мощности расходующееся на потери, а если возрастает ток, то потери увеличиваются в квадратичной зависимости. В резисторе вся моща уходит в нагрев. По этой же причине, кстати, аккумуляторы нагреваются при работе – у них тоже есть внутреннее сопротивление, на котором и происходит рассеяние части энергии.
Вот для чего аудиофилы для своих сверхмощных звуковых систем берут толстенные медные провода с минимальным сопротивлением, чтобы снизить потери мощности, так как токи там бывают немалые.

Есть закон полного тока в цепи, правда на практике мне он никогда не пригождался, но знать его не помешает, поэтому утяни из сети какой либо учебник по ТОЭ (теоретические основы электротехники) лучше для средних учебных заведений, там все гораздо проще и понятней описано – без ухода в высшую математику.

Научиться можно только тому, что любишь.
Гёте И.

"Как самостоятельно изучить электронику с нуля?" — один из самых популярных вопросов на радиолюбительских форумах. При этом те ответы, которые я нашел, когда сам его задавал, мне мало помогли. Поэтому я решил дать свой.

Это эссе описывает общий подход к самообучению, а так как оно стало ежедневно получать множество просмотров, то я решил его развить и сделать небольшое руководство по самостоятельному изучению электроники и рассказать как это делаю я. Подписывайся на рассылку -- будет интересно!

Творчество и результат

Чтобы что-то изучить надо это полюбить, гореть интересом и регулярно упражняться. Кажется, я только что озвучил прописную истину... Тем не менее. Для того, чтобы с лёгкостью и удовольствием изучать электронику надо её любить и относится к ней с любопытством и восхищением. Сейчас уже для всех привычно иметь возможность отправить видеосообщение на другой конец земли и мгновенно получить ответ. А это одно из достижений электоники. 100 лет труда тысяч ученых и инженеров.

Как нас обычно учат

Классический подход, который проповедуется в школах и университетах всего мира можно назвать подходом снизу-вверх. Сначала тебе рассказывают что такое электрон, атом, заряд, ток, резистор, конденсатор, индуктивность, заставляют решить сотни задач на нахождение токов в резисторных цепях, потом ещё сложней и т.д. Такой подход схож с восхождением на гору. Но лезть в гору сложней, чем спускаться. И многие сдаются так и не добравшись до вершины. Это верно в любом деле.

А что если спускаться с горы? Главная идея в том, чтобы сначала получить результат, а затем разобрать детально почему работает именно так. Т.е. это классический подход детских радиокружков. Он даёт возможность получить ощущение победы и успеха, которые в свою очередь стимулируют желание изучать электронику дальше. Понимаешь, очень сомнительная польза в изучении одной теории. Надо обязательно практиковаться, так как не все из теории 100% ложится на практику.

Есть такая старая инженерная шутка гласит: "Раз ты хорош в математике, то тебе надо пойти в электронику". Типичная чушь. Электроника -- это творчество, новизна идей, практика. И не обязательно впадать в дебри теоритический расчетов, чтобы создавать электронные устройства. Ты вполне можешь освоить необходимые знания самостоятельно. А математику подтянешь в процессе творчества.

Главное -- это понять основной принцип, и только потом тонкости. Такой подход просто переворачивает мир самостоятельного изучения. Он не нов. Так рисуют художники: сначала набросок, затем детализация. Так проектируют различные большие системы и т.д. Такой подход похож на "метод тыка", но только если не искать ответа, а тупо повторять одно и тоже действие.

Понравилось устройство? Собирай, разбирайся почему оно сделано именно так и какие идеи заложены в его конструкцию: почему именно эти детали используются, почему именно так соединены, какие принципы используются? А можно ли что-нибудь улучшить или просто заменить какую-нибудь деталь?

Конструирование -- это творчество, но ему можно научиться. Для это надо только выполнять простые действия: читать, повторять чужие устройства, обдумывать результат, наслаждаться процессом, быть смелым и уверенным в себе.

Математика в электронике

В радиолюбительском конструировании считать несобственные интегралы вряд ли придётся, но знание закона Ома, правил Кирхгофа, формул делителя тока/напряжения , владение комплексной арифметикой и тригонометрией может пригодиться. Это азы азов. Хочешь уметь больше - люби математику и физику. Это не только полезно, но и чрезвычайно занимательно. Конечно, это не обязательно. Можно делать достаточно крутые устройства вообще ничего этого не зная. Только это будут устройства, придуманные кем-то другим.

Когда я, после очень длительного перерыва, понял, что электроника снова меня зовёт и манит в ряды радиолюбителей, то сразу стало ясно, что мои знания давно уже улетучились, а доступность компонентов и технологий стала шире. Что я стал делать? Путь был только один — признать себя полным нолём и стартовать из ничего: знакомых опытных электронщиков нет, какой-либо программы самообучения тоже нет, форумы я отбросил потому, что они представляют собой свалку информации и отнимают много времени (какой-то вопрос можно там узнать вкратце, но получить цельные знания очень сложно — там все такие важные, что лопнуть можно!)

И тогда япошел самым старым и простым путём: через книги. В хороших книгах тематика обсуждается наиболее полно и нет пустой болтовни. Конечно, в книгах есть и ошибки, и косноязычие. Просто надо знать какие книги читать и в каком порядке. После прочтения хорошо написанных книг и результат будет отличным.

Мой совет прост, но полезен — читайте книги и журналы. Я, к примеру, хочу не только повторять чужие схемы, а уметь конструировать свои. Создавать -- это интересно и весело. Именно таким должно быть моё хобби: интересным и занимательным. Да и ваше тоже.

Какие книги помогут освить электронику

Много времени я провел выискивая подходящие книги. И понял, что надо сказать спасибо СССР. Такой массив полезных книг после него остался! СССР можно ругать, можно хвалить. Смотря за что. Так вот за книги и журналы для радиолюбителей и школьников надо благодарить. Тиражи бешеные, авторы отборные. До сих пор можно найти книги для новичков, которые дадут фору всем современным. Поэтому есть смысл пройтись по букинистам и поспрашивать (да и скачать все можно).

Климчевский Ч. - Азбука радиолюбителя.
Эймишен. Электроника? Нет ничего проще.
Б.С.Иванов. Осциллограф - ваш помощник (как работать с осциллографом)
Хабловски. И. Электроника в вопросах и ответах
Никулин, Повный. Энциклопедия начинающего радиолюбителя
Ревич. Занимательная электроника
Шишков. Первые шаги в радиоэлектронике
Колдунов. Радиолюбительская азбука
Бессонов В.В. Электроника для начинающих и не только
В. Новопольский - Работа с осциллографом

Это мой список книг для самых "маленьких". Обязательно следует пролистывать и журналы Радио с 70х по 90е гг. После этого можно уже читать:

Гендин. Советы по конструированию
Кауфман, Сидман. Практическое руководство по расчетам схем в электронике
Волович Г. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств
Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд.
Шустов М. А. Практическая схемотехника.
Гаврилов С.А.-Полупроводниковые схемы. Секреты разработчика
Барнс. Эллектронное конструирование
Миловзоров. Элементы информационных систем
Ревич. Практическое программирвоание МК AVR
Белов. Самоучитель по Микропроцессорной технике
Суэмацу. Микрокомпьютерные системы управления. Первое знакомство
Ю.Сато. Обработка сигналов
Д.Харрис, С.Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера
Янсен. Курс цифровой электроники

Думаю, эти книги ответят на множество вопросов. Более специальные знания можно почерпнуть из более специальных книг: по аудиоусилителям, по микроконтроллерам и т.д.

И конечно же нужно практиковаться. Без паяльника вся теория в прорубь. Это как водить машину в голове.
Кстати, более подробные обзоры некоторых книг из списка выше можешь .

Что еще следует делать?

Учиться читать схемы устройств! Учиться анализировать схему и стараться понять как работает устройство. Этот навык приходит только с тренировкой. Начинать надо с самых простых схем, постепенно наращивая сложность. Благодаря этому ты не только изучишь обозначения радиоэлементов на схемах, но и научишься их анализировать, а также запомнишь ходовые приемы и решения.

Дорого ли заниматься электроникой

К сожалению, деньги потребуются! Радиолюбительство не самое дешевое хобби и потребуется некоторый минимум фин. вложений. Но начать можно практически без вложений: книги можно доставать буккросингах или брать в библиотеках, читать в электронном виде, приборы можно купить для начала самые простые, а более продвинутые купить тогда, когда будет не хватать возможностей простых приборов.

Сейчас купить можно всё: осциллограф, генератор, источник питания и другие измерительные приборы для домашней лаборатории — всё это следует со временем приобрести (или сделать самому то, что в домашних условиях сделать можно)

Но когда ты маленький и начинающий можно обойтись пальником и деталями из сломанный техники, которую кто-нибудь выкидывает или просто валялась дома давно без дела. Главное иметь желание! А остальное приложится.

Что делать, если не получается?

Продолжать! Редко что-то получается хорошо с первого раза. А бывает так, что результатов нет и нет -- будто упёрся в невидимый барьер. Кто-то этот барьер преодолевает за полгода-год, а другие только через несколько лет.

Если сталкиваешься со сложностями, то не надо рвать волосы и думать о себе, что ты самый тупой на свете, так как Вася понимает, что такое обратный ток коллектора, а вот ты все никак не можешь понять почему он играет роль. Может быть Вася просто надувает щёки, а сам ни бум-бум =)

Качествои и скорость самообучения зависят не только от личных способностей, но и от окружения. Вот тут надо радоваться существованию форумов. На них все таки встречаются (и часто) вежливые профессионалы, готовые с радостью учить новичков. (Есть еще всякие грымзы, но считаю таких людей потерянной веткой эволюции. Мне их жаль. загибать пальцы — это понты самого низкого уровня. Лучше просто молчать)

Полезные программы

Обязательно следует ознакомиться с САПРами: рисовалками принципиальных схем и печатных плат, симуляторами, — полезные и удобные программы (Eagele, SprintLayout и т.д.). Я выделил на сайте целый раздел под них. Время от времени там будут появляться материалы по работе с программами, которые использую сам.

И самое главное — испытывайте радость творчества от радиолюбительства! На мой взгляд к любому делу следует относится как к игре. Тогда оно будет и занимательным и познавательным.

О практике

Обычно каждый радиолюбитель всегда знает какое устройство хочет сделать. Но если ты еще не определился, то я посоветую собрать источник питания, разобраться для чего нужна и как работает каждая его часть. Затем можно обратить внимание на усилители. И собрать, например, аудиоусилитель.

Можно поэксперементировать с самыми простыми электрическими цепями: делителем напряжения, диодным выпрямителем, фильтрами ВЧ/СЧ/НЧ, транзистором и однотранзисторными каскадами, простейшими цифровыми схемами, конденсаторами, индуктивностями. Всё это пригодится в дальнейшем, а знание таких основных цепей и компонентов придаст уверенность в своих силах.

Когда шаг за шагом идешь от простейшего к более сложному, тогда знания порционно накладываются друг на друга и легче освоить более сложные темы. Но иногда не ясно из каких кирпичиков и как следует сложить здание. Поэтому иногда следует действовать наоборот: поставить цель собрать какое-нибудь устройство и освоить множество вопросов при его сборке.

Да прибует с тобой Ом, Ампер и Вольт:

Начиная изучать основы радиодела, необходимо представлять, к какой цели вы идете. Основных вариантов два: самостоятельное создание разнообразной электронной аппаратуры и общение в эфире с другими радиолюбителями по коротковолновой связи.

Организация рабочего места

С изучение радиодела? С организации рабочего места. Необходим стол, покрытый каким-либо практичным материалом. Это может быть кусок оргстекла, ДВП или даже обычного линолеума. Рядом должны присутствовать несколько , с левой стороны необходимо установить настольную лампу.

Также вам необходимы хотя бы простейшие измерительные приборы, без них создавать радиоэлектронную аппаратуру невозможно. Как минимум, вам необходим ампервольтомметр, в обиходе обычно именуемый тестером, мультиметром. Например, неплохим вариантом является цифровой мультиметр DT9205, позволяющий измерять напряжение, силу тока, сопротивление и емкость. Также очень желательно иметь осциллограф, это один из самых полезных приборов.

Разумеется, необходим паяльник, а лучше два – один примерно на 60 Вт, второй – на 25 Вт. Также понадобится припой и флюс.

Первые опыты

Помните, что важно не просто собрать какую-то схему, а понимать, как она работает. Поэтому необходимо с самых первых конструкций разбираться в логике работы схем. Упустив этот момент, вы не сможете впоследствии собирать и налаживать сложные конструкции.

Начать лучше с создания детекторных приемников. Они состоят всего из нескольких деталей, но позволяют ощутить весь вкус радиодела – когда в наушниках созданного вашими радиоприемника вдруг появляется звук, это подлинное счастье. Не забудьте сделать наружную антенну и надежное заземление, без них детекторный приемник работать не будет. Дальше вы сможете добавить к нему усилительные каскады , что позволит вывести звук на громкоговорители.

Собрав несколько конструкций на дискретных элементах, переходите к микросхемам. На них можно собирать намного более сложные схемы, поэтому необходимо научиться с ними работать. Для настройки сложных схем понадобится осциллограф – с его помощью очень удобно контролировать наличие сигнала и его форму на выводах микросхем.

Дальнейший путь зависит от ваших предпочтений. Можно собирать различную аппаратуру, создавать собственные оригинальные конструкции. Или собрать коротковолновый приемник и сделать первые шаги на пути к общению по радиосвязи с радиолюбителями-коротковолновиками со всего мира.

Радиолюбитель-коротковолновик

Вероятно, вам приходилось видеть на крышах некоторых домов большие сложные антенны. Такая антенна говорит о том, что в доме живет радиолюбитель, общающийся со коллегами по радиосвязи.

Первые шаги на этом направлении состоят в сборке или приобретении коротковолнового приемника, работающего в любительском диапазоне. Такой приемник позволит вам прослушивать разговоры радиолюбителей, вы многое узнаете о том, как происходит общение в эфире.

Следующий этап – получение собственного радиолюбительского позывного. Получив его, вы уже сами сможете общаться на частотах любительского радиодиапазона. Для этого вам понадобится самодельный или покупной трансивер – устройство, способное работать как на прием, так и на передачу.

Какой бы вариант вы не выбрали, необходимы серьезные познания в радиоделе. Поэтому необходимо особенно тщательно изучать основы, это позволит заложить прочный фундамент для дальнейшей работы.

Этот видеокурс придется по вкусу всем любителям попаять. Радиоэлектроника научит вас основам, которые в дальнейшем позволят собрать любую схему и прибор.

Урок №1. Напряжение и ток. В чем разница?

Первое видео курса поведает о самых-самых базовых понятиях: токе и напряжении. Вы узнаете, зачем о них нужно знать и чем они отличаются.

Урок №2. Сопротивление. Закон Ома. Резистор.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Если это предложение ни о чем вам не говорит, то стоит посмотреть следующее видео этого курса.

Урок №3. Параллельное и последовательное подключение

Не знаете, чем отличается параллельное и последовательное подключение элементов схемы? Как рассчитать необходимое сопротивление и как подключить резисторы? Обо всем этом вы узнаете из очередного видео.

Урок №4. Переменное напряжение. Частота.

Частота, переменное напряжение и ток. Что это, для чего нужно знать и как с ними работать – все это в новом уроке видеокурса.

Урок №5. Конденсатор

Конденсатор – деталь, которая используется очень и очень часто. Однако не все понимают для чего его используют. Этот урок расскажет об этом подробно и просто.

Урок №6. Конденсатор (продолжение)

Продолжение урока об электрическом конденсаторе. Для чего он нужен и с чем его паять.

Урок №7. Диод. Стабилитрон.

Диоды – тема нового видео. Как они устроены, как работают и для чего их используют.

Урок №8. Катушка индуктивности

Видеоурок наглядно покажет и расскажет, что такое катушка индуктивности. Вы ознакомитесь с ее свойствами и случаями использования.

Урок №9. Выпрямитель. Диодный мост.

О диодах и их устройстве вы теперь знаете, а вот что такое диодный мост, расскажет это видео. Также вы поймете для чего в выпрямителе используют конденсатор и диод.

Урок №10. Свободная энергия. Самозапитка???

Бесплатная энергия и способы ее получения, самозапитка, вечный двигатель, гравитационный и антигравитационный, магнитный и антимагнитный двигатель – то, о чем вы узнаете из видео.