И в самом деле, если разобраться, то устройство «роботов» заслуживает внимания. Ведь схемы управления чаще всего строятся на микроконтроллерах, пусть даже самых простых, но начинать и следует с простого. Сначала «изобретатель» практикуется в написании простых и коротких программ (без программы не будет работать ни один контроллер), а после переходит к сложным и большим. Ведь изучить программирование можно только начав писать собственные программы. хорошо, если в этот момент рядом окажется человек, который может объяснить с чего начинать, зачем все это программирование нужно.

Достаточно часто случается, что именно это хобби плавно переходит в любимую профессию. И, видимо, прав был древнекитайский мыслитель Конфуций, который сказал примерно следующее: «Если выбранная работа будет вам по душе, то ни одного дня в своей жизни вам не придется работать». Наверно, в этом изречении подразумевалось, что слово работа однокоренное со словом раб.

Итак, человек после основательных раздумий, может даже под влиянием своих хороших друзей, принял решение в свободное время заняться электроникой, превратить ее в свое хобби: заразительными бывают примеры не только плохие, но и хорошие. Это решение сразу вызывает появление целого ряда проблем, казалось бы неразрешимых. Вот только некоторые из них.

Как организовать рабочее место

Такая проблема достаточно просто решается в современных частных домах, где небольшой уголок, чтобы поставить стол, можно найти где угодно: в гараже, в подвале, в кладовке, в комнате и может даже на чердаке. Несколько сложнее дело обстоит в многоквартирном доме, но если близкие смогут понять, насколько серьезно и полезно это увлечение, то свободный уголок в одной из трех и даже двух комнат всегда найдется.

Если увлечение электроникой не прекратится и не зачахнет в самом начале, а пойдет успешно, то со временем любитель – электронщик для занятий любимым делом может арендовать помещение, открыть свою ремонтную мастерскую, превратить хобби в любимую профессию. Таких специалистов в настоящее время великое множество.

Чаще всего электроникой начинают заниматься примерно так: берется готовая схема, приобретаются детали, инструменты, и вперед. Берется в руки паяльник, собирается самая первая схема, включается, ура, заработало!

Первый успех заставляет перейти к повторению других готовых схем. Но иногда бывает и по другому: собранная схема не заработала, попытки «оживить» ее результатов не принесли, и паяльники, детали забрасываются в дальний угол, иногда навсегда. Поэтому, первые схемы должны быть простыми, которые начинают работать сразу. В этом плане можно рекомендовать классические схемы электроники. Прежде всего это генераторы, на основе которых можно собрать «пищалки и мигалки».

Первая заработавшая схема просто окрыляет. Но, чтобы увлечение электроникой не превратилось в мучение, следует заняться изучением теории, хотя бы самых азов.

Где взять теоретические познания

Если человек в средней школе учился достаточно хорошо, то закон Ома и еще несколько основных законов физики запомнил. Совсем неплохо, если и математика была любимым предметом. А если удалось освоить еще и английский язык, то совсем прекрасно: большая часть современной технической документации как раз на английском. Именно эти учебные дисциплины и заставляют задаться вопросом, как вся эта электроника устроена, а со временем превратить ее в свое хобби.

И не надо думать, что без специального высшего образования совсем ничего не получится. В свое время журнал «Радио» многих своих авторов и читателей называл «инженерами без диплома», настолько хорошо они разбирались в схемотехнике различных устройств и собирали неплохие конструкции. Вообще журналов до сих пор выпускается множество, например украинский «Радиоаматор», белорусский «Радиомир», российские «Схемотехника» и «Ремонт электронной» техники.

В журнале «Радиоконструктор 03 – 2011» есть целая статья об использовании радиодеталей б/у, что очень кстати для начинающих радиолюбителей. Там же даются рекомендации по проверке деталей и предупреждение о том, что попытка «собрать» транзистор из двух диодов, что иногда пытаются сделать начинающие, к положительному результату не приведет, хотя при проверке транзистор похож именно на два диода. Ну, почти, как у классиков: «Моторчик был очень похож на настоящий, но не работал».

В других литературных источниках авторы напротив не рекомендуют пользоваться деталями сомнительного происхождения. Лучше найти способ на чем–то заработать, и купить детали для опытов. Пожалуй, это мнение более правильно.

Электронные журналы

В качества примера можно привести электронный журнал «Радиолоцман». Именно последние три слова достаточно набрать в поисковой строке, например, «Яндекса», чтобы познакомиться с его содержимым, и даже скачать отдельные номера или даже подшивку за целый год. Содержимое журнала достаточно многообразно и интересно.

Журналы, это, конечно, хорошо, но не следует забывать и о книгах. В сети Интернет сейчас можно найти практически любую литературу, в том числе и техническую. Многие из этих книг стали уже музейными экспонатами, например, справочники радиолюбителя, начиная со второй половины прошлого века. В них можно не только проследить историю развития радиолюбительства, но и найти множество полезных сведений, которые до сих пор не утратили своей актуальности.

Одной из лучших книг по радиоэлектронике следует, пожалуй, считать «Искусство схемотехники» авторы П. Хоровиц и У. Хилл. Последнее издание этого занимательного трехтомника вышло в 1993 году.

В книге рассказывается практически обо всем, что использовалось в то время продолжает использоваться до сих пор. При этом авторы, даже самые сложные схемы объясняют просто, что называется «на пальцах», используя минимальное количество формул. Книга содержит множество практических схем с примерами их расчетов. Текст книги, рассчитанной на массового читателя, достаточно прост и дружелюбен, содержит некоторое количество юмора. Поэтому не надо бояться прочтения этого трехтомника.

С таким же названием есть несколько книг и других, более современных авторов, которые также можно скачать в Интернете, либо купить бумажный вариант в интернет магазине. В этих книгах можно найти сведения по современной элементной базе, ведь электроника развивается быстрее всех остальных областей науки и техники.

Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Курс начинающего электронщика часть 2

Курс начинающего электронщика часть 2

Представляю вашему вниманию вторую часть «Курса начинающего электронщика«.

Шаг 5: Цветовая маркировка резисторов

Мы уже познакомились с различными типами резисторов и характеристиками, что им свойственны. Однако, для того, чтобы использовать элемент по прямому назначению необходимо точно знать величину сопротивления.

Значение сопротивления, допустимая мощность – обычно наноситься на сам резистор, как числа или буквы (это в том случае, когда размеры достаточно большие). Но когда элементы небольшого размера (углеродные или пленочные) спецификация должна отображаться иным способом, поскольку текст был бы не читаемый.

В таких случаях на поверхность наносят полосы, что указывают значения сопротивление и рассеиваемую мощность. Эти линии – цветовой код резисторов. Международная универсальная схема цветового кода была разработана много лет назад, как простой и быстрый способ идентификации резисторов независимо от того, какого они размера и состояния. Маркировка всегда читается слева направо (с широкой полосы), путем сопоставления цвета первой полоски с соответствующим номером в колонке цифр-цвета (это первая цифра значения сопротивления) и т.д.

Золотая или серебряная полоса (допуск) всегда является последней полосой. Кроме того можно измерить сопротивление мультиметром, ведь в некоторых случаях – это является единственным способом определения значения сопротивления (например, когда цветные полосы стёрты).

Резисторы поверхностного монтажа

Резисторы поверхностного монтажа или SMD резисторы — элементы прямоугольной формы, что предназначены для монтажа непосредственно на поверхность печатной платы. SMD резистор состоит из керамической подложки, на который нанесён толстый слой оксида металла. Значение сопротивления контролируется путем изменения желаемой толщины, длины или типа осажденной пленки. Благодаря металлическим клеммам с обоих концов, элементы припаиваются непосредственно на печатную плату. SMD маркируются 3-мя или 4-мя цифрами (кодом) для обозначения заданного сопротивления. Стандартные резисторы SMD помечены кодом с тремя цифрами, в котором первые две цифры представляют первые два числа значения сопротивления, а третья цифра – множителем x1, x10, x100 и т.д. Например:

Резисторы поверхностного монтажа, у которых значение меньше, чем 100 Ом, обычно маркируются: “390”, “470”, “560” с заключительным нулём, представляющим множитель 10^0, который эквивалентен 1. Например: “390” = 39 × 1Ω = 39 Ом или 39RΩ “470” = 47 × 1Ω = 47 Ом или 47RΩ (значения сопротивления с буквой “R” обозначают положение десятичной запятой, например 4R7 = 4.7Ω). Резисторы поверхностного монтажа, которые имеют маркировку «000» или «0000» называются 0 Ом, поскольку эти элементы имеют нулевое сопротивление.

Шаг 6: Последовательно-параллельное соединение резисторов

Резисторы соединяются либо последовательно, либо параллельно. Для определения полного сопротивления «сборки» используется одно из двух уравнений.

При подключении резисторов последовательно их значения просто складывают. Так, например, если нужно получить сопротивление 12.33kΩ, берём резисторы на 12kΩ и 330Ω и соединяем их последовательно.

Расчёт величины сопротивления резисторов соединённых параллельно имеет немного другой вид (смотри рисунок).

Примеры применения резисторов:

Одно из основных применений резистора – ограничитель тока. Резистор является основным элементом, который не позволяет сгорать светодиодам (как пример) при подаче на них питания. При подключении резистора последовательно с LED, ток, протекающий через резистор, ограничивается до «безопасного значения». Обратите внимание на схему, приведенную ниже. Резистор R соединён последовательно со светодиодом.

Для расчета значения резистора необходимо рассматривать прямое напряжение (VF) и максимальный прямой ток (I). Прямое напряжение — напряжение, которое требуется для работы светодиода (варьируется между 1.7 В и 3.4 В в зависимости от цвета LED). Максимальный прямой ток для светодиодов обычно составляет около 20mA. Как только получено значение VF и тока, номинал резистора может быть вычислен согласно формуле:

где Vs – напряжение питания.

В нашем случае: 5-вольтовий источник питания, прямое напряжение – 1.8 В. Максимальный прямой ток светодиода 10mA (0,01 А):

R = (5 — 1.8) / 0,01 = 320 Ом.

Делитель напряжения – схема подключения резисторов, которая уменьшает величину напряжения. Используя всего два последовательно соединенных резистора, можно получить выходное напряжение, что будет лишь частью входного и будет зависеть от отношения этих двух резисторов.

Два резистора (R1 и R2) соединены последовательно, а источник напряжения (V_нар) подключён через них. Напряжение с V_вн может быть вычислено как:

Например, если бы R1 был 1.7kΩ, и R2 был 3.3kΩ, то 5-вольтовое входное напряжение могло бы быть превращено в 3.3 В.

Нагрузочные резисторы (НР)

Нагрузочный резистор используется при необходимости смещения входного контакта микроконтроллера (MCU) к заданному состоянию. Один конец резистора соединён с контактом MCU, а другой конец соединен с высоким напряжением (обычно 5 В или 3.3 В).

Нагрузочные резисторы часто используются при взаимодействии через интерфейс с вводом переключателя или кнопкой. «НР» смещает входной контакт, когда переключатель открыт. Благодаря этому схема защищена от короткого замыкания.

Когда переключатель открыт, входной контакт MCU соединен через резистор с 5В. Когда ключ замкнут, входной вывод подключен непосредственно к GND (земле).

Значение нагрузочного резистора может быть неточным, но должно быть достаточно высоким (во избежании потери мощности при пропускании через него 5В). Обычно значения составляет около 10kΩ.

Шаг 7: Конденсатор

Конденсатор немного похож на батарею, но выполняет свою работу по-другому. Батарея использует химреактивы, чтобы хранить электроэнергию и отдает её очень медленно (в случае кварцевых часов – несколько лет). Конденсатор обычно выпускает свою энергию намного быстрее — часто за секунду или меньше.

Есть много различных видов конденсаторов: от очень маленьких (используемых в резонансных схемах) до крупных конденсаторов (коррекции коэффициента мощности), но все они делают то же самое – они хранят заряд. Конденсатор состоит из двух или более параллельных проводящих (металлических) пластин, которые разделены либо воздухом либо изолирующим материалом (вощеная бумага, слюда, керамика, пластик или некоторые формы жидкого геля, который используется в электролитических конденсаторах). Изолирующий слой между пластинами конденсаторов обычно называют диэлектриком.

Конденсаторы и их ёмкость

Всю электроэнергию, которую может сохранить конденсатор, называют его ёмкостью. Ёмкость конденсатора немного походит на ведро: чем больше ведро, тем больше воды может оно вместить, чем больше ёмкость, тем более крупный заряд может сохранить конденсатор. Есть три способа увеличить емкость конденсатора:

Размер ёмкости измеряется в единицах, называемых фарадами (F). Один фарад — огромная ёмкость, поэтому на практике ёмкости большинства конденсаторов составляют обычно микрофарады (μF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

По конструкции, конденсаторы бывают:

Тип конденсаторов, которые в качестве диэлектрика используют тонкую оксидную пленку, нанесенную на поверхность одного из электродов — анода, а в качестве второго электрода (обычно катода) используется электролит в форме желе или пасты.

Диэлектрик — очень тонкий слой окиси (толщиной меньше чем десять микрон), которая получается электрохимическим путем в процессе производства.

Большинство электролитических конденсаторов полярные. Это означает, что напряжение поступающее к выводам конденсатора, должно быть правильной полярности. Если её не соблюдать, то будет разрушен слой изолирующего оксида, а это в свою очередь приведёт к выходу из с строя элемента. У электролитов полярность отмечена знаком минус.

Электролитические конденсаторы обычно используются в цепях питания с постоянным током (из-за небольшого размера и большой ёмкости) для уменьшения пульсации напряжение. Один из основных недостатков электролитических конденсаторов — их относительно низковольтная оценка напряжения.

Электролитический конденсатор обычно маркируется:

Максимальное напряжение конденсатора

Максимальное напряжение – это напряжение, которое может быть приложено к конденсатору без повреждения его диэлектрического материала. Если прикладываемое напряжение, станет слишком большим, то диэлектрик прогорит (электрический пробой) и произойдет образование электрической дуги между конденсаторными пластинами, что приведёт к короткому замыканию. Рабочее напряжение конденсатора зависит от типа используемого диэлектрического материала и его толщины. Рабочее напряжение конденсатора – это максимальное напряжение постоянного тока, а НЕ максимальное напряжение переменного тока, поскольку конденсатор со значением напряжения постоянного тока 100 В не может быть использован при переменном напряжении 100 В. Так как у переменного среднеквадратическое значение 100 В, но пиковое значение более 141 В! Для того, чтобы конденсатор работал с переменным током 100 В, его рабочее напряжение должно быть по крайней мере 200 В. На практике при выборе конденсатора следует, чтобы рабочее напряжение было на 50 процентов больше, чем напряжение питания схемы.

Полиэфирные конденсаторы — конденсаторы, состоящие из металлических пластин с полиэфирной плёнкой между ними или металлизированной плёнкой на изоляторе.

Полиэфирные конденсаторы доступны в диапазоне ёмкостей от 1 нФ до 15μФ, и с рабочими напряжениями от 50В до 1500В. Кроме того, они обладают высоким температурным коэффициентом. Их изоляция имеет высокую стойкость (являются хорошими вариантами для схем связи и хранения информации). По сравнению с большинством других типов, полиэфирные конденсаторы имеют более высокую ёмкость на единицу объёма.

Танталовые конденсаторы являются элементами, которые используют оксид тантала. Широко используются в миниатюрном оборудовании и компьютерах. Доступны как в полярном, так и неполярном исполнении. Хорошее отношение ёмкости к объёму, малый размер, хорошая стабильность, большой диапазон рабочих температур. Твёрдотельные танталовые конденсаторы имеют намного лучшие характеристики по сравнению с имеющими жидкий электролит.

Максимальное напряжение ограничено – 50 вольт. Взрываются при превышении допустимого тока, напряжения или скорости нарастания напряжения, а также при подаче напряжения неправильной полярности. В основном используются в аналоговых сигнальных системах, которые не имеют высокочастотных шумов.

Керамические конденсаторы (КК) имеют высокую диэлектрическую постоянную, небольшие габариты и высокую ёмкость. КК за счёт больших нелинейных изменений (ёмкости от температуры) используется в качестве разъединителя, поскольку КК не поляризованные. Значение ёмкости КК лежит в диапазоне от нескольких пикофарад до одного или двух мкФ, но их номинальное напряжение, как правило, довольно низкое. Керамические конденсаторы, как правило, имеют 3-значный код, который печатается на их корпусе. Емкость определяется в пикофарадах, первые две цифры указывают значение конденсатора, а третья цифра указывает на количество нулей, что должны быть добавлены. Например, керамический конденсатор с маркировкой 103 будет означать – 10 и 3 нуля пико-фарад, что эквивалентно 10000 пФ или 10nF. Аналогичным образом, цифры показывают, 104 – 10 и 4 нуля пико-фарад, что эквивалентно 100000 пФ или 100nF и так далее. На изображении керамический конденсатор со значением 154 – это значит 15 и 4 нуля пико-фарад, что эквивалентно 150000 пФ или 150nF или 0.15uF. Буквенные коды иногда используются, чтобы указать их значение допуска, такие как: J = 5%, K = 10%, или М = 20% и т.д.

Шаг 8: Дроссель/катушка индуктивности

Катушка индуктивности — пассивный электронный компонент, что обладает высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Она состоит из проволоки, плотно обмотанной вокруг твердого центрального ядра, которое концентрирует магнитный поток.

Катушка при протекании тока запасает энергию в создаваемом магнитном поле. При отключении внешнего источника, компонент отдаёт запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи.

Стандартная единица индуктивности Генри, сокращённо Н. Это – общее название. Другое название — микрогенри, µH (1 µH =10^-6H) и милигенри mH (1 мГн =10^-3 H). Иногда, наногенри nH(1 nH = 10^-9 H).

Катушка индуктивность вместе с конденсаторами и резисторами используется для создания фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров. Катушка функционирует, как фильтр низких частот, так как импеданс (полное сопротивление переменному току) увеличивается, когда частота сигнала увеличивается.

Бесконтактные датчики ценятся за их надежность и простоту работы, кроме того катушки могут использоваться для обнаружения магнитных полей или магнитопроницаемых материалов.

Индукторы также используются для беспроводной передачи тока и в электромеханическом реле.

Шаг 9: Диод

Диод — специализированный электронный компонент с двумя выводами, которые называются анодом и катодом. Большинство диодов сделано из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий или селен. Диоды могут использоваться в качестве выпрямителей, сигнальных ограничителей, стабилизаторов напряжения, переключателей, сигнальных модуляторов, сигнальных микшеров, сигнальных демодуляторов и осцилляторов.

Фундаментальное свойство диода — проводить электрический ток только в одном направлении.

Напряжение пробоя

Если приложить достаточно большое отрицательное напряжение к диоду, то ток потечёт в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называют напряжением пробоя. Некоторые диоды фактически разработаны таким образом, чтобы работать в области пробоя, но для большинства диодов напряжение пробоя составляет около 50В-100В.

Используется в преобразователях переменного напряжения в постоянное.

Диоды Зенера (стабилитроны) — странные изгои диодной семьи. Они обычно используются, чтобы преднамеренно пропустить обратный ток.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении и при этом излучают свет.

Фотодиоды используются для обнаружения излучения широкого спектра. Они могут быть использованы для выработки электроэнергии, в качестве солнечных батарей и даже в фотометрии.

Этот диод производит когерентный свет. Такие элементы применяются в DVD и CD-приводах, лазерных указателях, и т.д. Лазерные диоды имеют ограниченный срок службы.

Источник