Уроки электротехники для начинающих: Урок-4. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Урок-4. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Все что будет дано в этом уроке, необходимо не только прочитать и запомнить некоторые ключевые моменты, а и зазубрить некоторые определения и формулировки. Именно с этого урока начнутся элементарные физические и электрические расчеты. Возможно, будет не все понятно, но не надо отчаиваться, все со временем станет на свои места, главное не спеша усваивать и запоминать материал. Даже если по началу не все будет понятно, постарайтесь хотя бы запомнить основные правила и те элементарные формулы, которые здесь будут рассматриваться. Хорошенько освоив этот урок, вы потом сможете выполнять более сложные радиотехнические расчеты и решать необходимые задачи. Без этого в радиоэлектронике не обойтись. Дабы подчеркнуть значимость данного урока, все формулировки и определения, которые необходимо заучить я буду выделять красным курсивом.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ОЦЕНКА

До сих пор, характеризуя количественное значение электрического тока, я иногда пользовался такой терминологией, как, например, малый ток, большой ток. На первых порах такая оценка тока как — то нас устраивала, но она совершенно непригодна для характеристики тока с точки зрения работы которую он может выполнять. Когда мы говорим о работе тока, под — этим подразумеваем, что его энергия преобразуется в какой-либо иной вид энергии: тепло, свет, химическую или механическую энергию. Чем больше поток электронов, тем значительнее ток и его работа. Иногда говорят, сила тока или просто ток. Таким образом слово ток имеет два значения. Оно обозначает само явление движения электрических зарядов в проводнике, а так же служит оценкой количества электричества, проходящего по проводнику. Ток (или силу тока) оценивают количеством электронов, проходящих по проводнику в течение 1 с. Число его огромно. Через нить накала горящей лампочки электрического карманного фонарика, например, ежесекундно проходит около 2000000000000000000 электронов. Вполне понятно, что характеризовать ток количеством электронов неудобно, так как пришлось бы иметь дело с очень большими числами.

За единицу электрического тока принят Ампер (сокращенно пишут А). Так ее назвали в честь французского физика и математика А. Ампера (1775 — 1836 гг.), изучившего законы механического взаимодействия проводников с током и другие электрические явления. Ток 1 А — это ток такого значения, при котором через поперечное сечение проводника за 1 с проходит 6250000000000000000 электронов. В математических выражениях ток обозначают латинской буквой I или i (читается и). Например, пишут: I 2 А или 0,5 А. Наряду с ампером применяют более мелкие единицы силы тока: миллиампер (пишут мА), равный 0,001 А, и микроампер (пишут мкА), равный 0,000001 А, или 0,001 мА. Следовательно, 1 А = 1000 мА или 1000000 мкА.

Приборы, служащие для измерения токов, называют соответственно амперметрами, миллиамперметрами, микроамперметрами. Их включают в элетрическую цепь последовательно с потребителем тока, т.е. в разрыв внешней цепи. На схемах эти приборы изображают кружками с присвоенным им буквами внутри: А (амперметр), (миллиамперметр) и мА (микроампер) мкА. , а рядом пишут РА, что означает измеритель тока. Измерительный прибор рассчитан на ток не больше некоторого предельного для данного прибора. Прибор нельзя включать в цепь, в которой течет ток, превышающий это значение, иначе он может испортиться.

Амперметр (миллиамперметр, кроамперметр) включают в электрическую цепь последовательно с потребителем тока.

У вас может возникнуть вопрос: как оценить переменный ток, направление и величина которого непрерывно изменяются? Переменный ток обычно оценивают по его действующему значению. Это такое значение тока, которое соответствует постоянному току, производящему такую же работу. Действующее значение переменного тока составляет примерно 0,7 амплитудного, т. е. максимального значения.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Говоря о проводниках, мы имеем в виду вещества, материалы и прежде всего металлы, относительно хорошо проводящие ток. Однако не все вещества, называемые проводниками, одинаково хорошо проводят электрический ток, т. е. они, как говорят, обладают неодинаковой проводимостью тока. Объясняется это тем, что при своем движении свободные электроны сталкиваются с атомами и молекулами вещества, причем в одних веществах атомы и молекулы сильнее мешают движению электронов, а в других — меньше. Говоря иными словами, одни вещества оказывают электрическому току большее сопротивление, а другие — меньшее. Из всех материалов, широко применяемых в электротехнике и радиотехнике, наименьшее сопротивление электрическому току оказывает медь. Поэтому — то электрические провода и делают чаще всего из меди. Еще меньшее сопротивление имеет серебро, но это довольно дорогой металл. Железо, алюминий и разные металлические сплавы обладают большим сопротивлением, т.

е. худшей электропроводимостью. Сопротивление проводника зависит не только от свойств его материала, но и от размера самого проводника. Толстый проводник обладает меньшим сопротивлением, чем тонкий из такого же материала; короткий проводник имеет меньшее сопротивление, длинный — большее, так же как широкая и короткая труба оказывает меньшее препятствие движению воды, чем тонкая и длинная. Кроме того, сопротивление металлического проводника зависит от его температуры: чем ниже температура проводника, тем меньше его сопротивление. За единицу электрического сопротивления принят ом (пишут Ом) — по имени немецкого физика Г. Ома . Сопротивление 1 Ом — сравнительно небольшая электрическая величина. Такое сопротивление току оказывает, например, отрезок медного провода диаметром 0,15 мм и длиной 1 м. Сопротивление нити накала лампочки карманного электрического фонаря около 10 Ом, нагревательного элемента электроплитки — несколько десятков ом. В радиотехнике чаще приходится иметь дело с большими, чем ом или несколько десятков ом, сопротивлениями. Сопротивление высокоомного телефона, например, больше 2000 Ом; сопротивление полупроводникового диода, включенного в не пропускающем ток направлении, несколько сотен тысяч ом. Знаете, какое сопротивление электрическому току оказывает ваше тело? От 1000 до 20000 Ом. А сопротивленце резисторов — специальных деталей, о которых я буду еще говорить в этой беседе, могут быть до нескольких миллионов ом и больше. Эти детали, как вы уже знаете, на схемах обозначают в виде прямоугольников. В математических формулах сопротивление обозначают латинской буквой (R). Такую же букву ставят и возле графических обозначений резисторов на схемах. Для выражения больших сопротивлений резисторов используют более крупные единицы: килоом (сокращенно пишут кОм), равный 1000 Ом, и мегаом (сокращенно пишут МОм), равный 1000000 Ом, или 1000 кОм. Сопротивления проводников, электрических цепей, резисторов или других деталей измеряют специальными приборами, именуемыми омметрами. На схемах омметр обозначают кружком с греческой буквой ? (омега) внутри

.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

За единицу электрического напряжения, электродвижущей силы (ЭДС) принят вольт (в честь итальянского физика А. Вольта). В формулах напряжение обозначают латинской буквой U (читается «у»), а саму единицу напряжения — вольт — буквой В. Например, пишут: U = 4,5 В; U = 220 В. Единица вольт характеризует напряжение на концах проводника, участке электрической цепи или полюсах источника тока. Напряжение 1 В — это такая электрическая величина, которая в проводнике сопротивлением 1 Ом создает ток, равный 1 А. Батарея 3336Л, предназначенная для плоского карманного электрического фонаря, как вы уже знаете, состоит из трех элементов, соединенных последовательно. На этикетке батареи можно прочитать, что ее напряжение 4,5 В. Значит, напряжение каждого из элементов батареи 1,5 В. Напряжение батареи «Крона» 9 В, а напряжение электроосветительной сети может быть 127 или 220 В.

Напряжение измеряют (вольтметром), подключая прибор одноименными зажимами к полюсам источника тока или параллельно участку цепи, резистору или другой нагрузке, на которой необходимо измерить действующее на ней напряжение На схемах вольтметр обозначают латинской буквой V.

Вольтметр подключают параллельно нагрузке или источнику тока, питающего электрическую цепь.

в кружке, а рядом — PU. Для оценки напряжения применяют и более крупную единицу — киловольт (пишут кВ), соответствующую 1000 В, а также более мелкие единицы — милливольт (пишут мВ), равный 0,001 В, и микровольт (пишут мкВ), равный 0,001 мВ. Эти напряжения измеряют соответственно кило — вольтметрами, милливольтметрами и микровольтметрами. Такие приборы, как и вольтметры, подключают параллельно источникам тока или участкам цепей, на которых надо измерить напряжение. Выясним теперь, в чем разница понятий «напряжение» и «электродвижущая сила». Электродвижущей силой называют напряжение, действующее между полюсами источника тока, пока к нему не подключена внешняя цепь-нагрузка, например лампочка накаливания или резистор. Как только будет подключена внешняя цепь и в ней возникнет ток, напряжение между полюсами источника тока станет меньше. Так, например, новый не бывший еще в употреблении гальванический элемент имеет ЭДС не менее 1,5 В. При подключении к нему нагрузки напряжение на его полюсах становится равным примерно 1,3-1,4 в. По мере расходования энергии элемента на питание внешней цепи его напряжение постепенно уменьшается. Элемент считается разрядившимся и, следовательно, негодным для дальнейшего применения, когда напряжение снижается до 0,7 В, хотя, если отключить внешнюю цепь, его ЭДС будет больше этого напряжения. А как оценивают переменное напряжение? Когда говорят о переменном напряжении, например о напряжении электроосветительной сети, то имеют в виду его действующее значение, составляющее примерно, как и действующее значение переменного тока, 0,7 амплитудного значения напряжения.

ЗАКОН ОМА

На рис. показана схема знакомой вам простейшей электрической цепи. Эта замкнутая цепь состоит из трех элементов: источника напряжения — батареи GB, потребителя тока — нагрузки R, которой может быть, например, нить накала электрической лампы или резистор, и проводников, соединяющих источник напряжения с нагрузкой.

Между прочим, если эту цепь дополнить выключателем, то получится полная схема карманного электрического фонаря.

Простейшая электрическая цепь постоянного тока.

Нагрузка R, обладающая определенным сопротивлением, является участком цепи. Значение тока на этом участке цепи зависит от действующего на нем напряжения и его сопротивления: чем больше напряжение и меньше сопротивление, тем большим ток будет идти по участку цепи. Эта зависимость тока от напряжения и сопротивления выражается следующей формулой:
I = U/R,
где I — ток, выраженный в амперах, А; U — напряжение в вольтах, В; R — сопротивление в омах, Ом. Читается это математическое выражение так: ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Это основной закон электротехники, именуемый законом Ома (по фамилии Г. Ома), для участка электрической цепи. Используя закон Ома, можно по двум известным электрическим величинам узнать неизвестную третью. Вот несколько примеров практического применения закона Ома.

Первый пример: На участке цепи, обладающем сопротивлением 5 Ом, действует напряжение 25 В. Надо узнать значение тока на этом участке цепи.
Решение: I = U/R = 25 / 5 = 5 А.
Второй пример: На участке цепи действует напряжение 12 В, создавая в нем ток, равный 20 мА. Каково сопротивление этого участка цепи? Прежде всего ток 20 мА нужно выразить в амперах. Это будет 0,02 А. Тогда R = 12 / 0,02 = 600 Ом.

Третий пример: Через участок цепи сопротивлением 10 кОм течет ток 20 мА. Каково напряжение, действующее на этом участке цепи? Здесь, как и в предыдущем примере, ток должен быть выражен в амперах (20 мА = 0,02 А), сопротивление в омах (10кОм = 10000Ом). Следовательно, U = IR = 0,02 х 10000 = 200 В. На цоколе лампы накаливания плоского карманного фонаря выштамповано: 0,28 А и 3,5 В. О чем говорят эти сведения? О том, что лампочка будет нормально светиться при токе 0,28 А, который обусловливается напряжением 3,5 В, Пользуясь законом Ома, нетрудно подсчитать, что накаленная нить лампочки имеет сопротивление R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ом. Это, подчеркиваю, сопротивление накаленной нити лампочки. А сопротивление остывшей нити значительно меньше. Закон Ома справедлив не только для участка, но и для всей электрической цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивление всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Однако при простейших расчетах цепей обычно пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.

В связи с этим приведу еще один пример: Напряжение электроосветительной сети 220 В. Какой ток потечет в цепи, если сопротивление нагрузки равно 1000Ом? Решение: I = U/R = 220 / 1000 = 0,22 А. Примерно такой ток потребляет электрический паяльник.

Всеми этими формулами, вытекающими из закона Ома, можно пользоваться и для расчета цепей переменного тока, но при условии, если в цепях нет катушек индуктивности и конденсаторов.

Закон Ома и производные от него расчетные формулы, достаточно легко запомнить, если пользоваться вот этой графической схемой, т. н. треугольник закона Ома:

Пользоваться этим треугольником легко, достаточно четко запомнить, что горизонтальная линия в треугольнике означает знак деления (по аналогии дробной черты), а вертикальная линия в треугольнике означает знак умножения.

Теперь рассмотрим такой вопрос: как влияет на ток резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой или параллельно ей? Разберем такой пример. У нас имеется лампочка от круглого электрического, фонаря, рассчитанная на напряжение 2,5 В и ток 0,075 А. Можно ли питать эту лампочку от батареи 3336Л, начальное напряжение которой 4,5 В? Нетрудно подсчитать, что накаленная нить этой лампочки имеет сопротивление немногим больше 30 Ом. Если же питать ее от свежей батареи 3336Л, то через нить накала лампочки, по закону Ома, пойдет ток, почти вдвое превышающий тот ток, на который она рассчитана. Такой перегрузки нить не выдержит, она перекалится и разрушится. Но эту лампочку все же можно питать от батареи 336Л, если последовательно в цепь включить добавочный резистор сопротивлением 25 Ом, как это показано на рис..

Добавочный резистор, включенный в цепь, ограничивает ток в этой цепи.

В этом случае общее сопротивление внешней цепи будет равно примерно 55 Ом, т. е. 30 Ом — сопротивление нити лампочки Н плюс 25 Ом — сопротивление добавочного резистора R. В цепи, следовательно, потечет ток, равный примерно 0,08 А, т.е. почти такой же, на который рассчитана нить накала лампочки. Эту лампочку можно питать от батареи и с более высоким напряжением и даже от электроосветительной сети, если подобрать резистор соответствующего сопротивления. В этом примере добавочный резистор ограничивает ток в цепи до нужного нам значения. Чем больше будет его сопротивление, тем меньше будет и ток в цепи. В данном случае в цепь было включено последовательно два сопротивления: сопротивление нити лампочки и сопротивление резистора. А при последовательном соединении сопротивлений ток одинаков во всех точках цепи. Можно включать амперметр в любую точку цепи, и всюду он будет показывать одно значение. Это явление можно сравнить с потоком воды в реке. Русло реки на различных участках может быть широким или узким, глубоким или мелким. Однако за определенный промежуток времени через поперечное сечение любого участка русла реки всегда проходит одинаковое количество воды.

Добавочный резистор, включаемый в цепь последовательно с нагрузкой (как, например, на рис. выше), можно рассматривать как резистор, «гасящий» часть напряжения, действующего в цепи. Напряжение, которое гасится добавочным резистором или, как говорят, падает на нем, будет тем большим, чем больше сопротивление этого резистора. Зная ток и сопротивление добавочного резистора, падение напряжения на нем легко подсчитать все по той же знакомой вам формуле U = IR, Здесь U — падение напряжения, В; I — ток в цепи, A; R — сопротивление добавочного резистора, Ом. Применительно к нашему примеру резистор R ( на рис.) погасил избыток напряжения: U = IR = 0,08 х 25 = 2 В. Остальное напряжение батареи, равное приблизительно 2,5 В, упало на нити лампочки. Необходимое сопротивление резистора можно найти по другой знакомой вам формуле R = U/I, где R — искомое сопротивление добавочного резистора, Ом; U-напряжение, которое необходимо погасить, В; I — ток в цепи, А. Для нашего примера сопротивление добавочного резистора равно: R = U/I = 2/0,075, 27 Ом. Изменяя сопротивление, можно уменьшать или увеличивать напряжение, которое падает на добавочном резисторе, и таким образом регулировать ток в цепи. Но добавочный резистор R в такой цепи может быть переменным, т.е. резистором, сопротивление которого можно изменять (см. рис. ниже).

Регулирование тока в цепи с помощью переменного резистора.

В этом случае с помощью движка резистора можно плавно изменять напряжение, подводимое к нагрузке Н, а значит, плавно регулировать ток, протекающий через эту нагрузку. Включенный таким образом переменный резистор называют реостатом, С помощью реостатов регулируют токи в цепях приемников, телевизоров и усилителей. Во многих кинотеатрах реостаты использовали для плавного гашения света в зрительном зале. Есть, однако, и другой способ подключения нагрузки к источнику тока с избыточным напряжением — тоже с помощью переменного резистора, но включенного потенциометром, т.е. делителем напряжения, как показано на рис..

Регулирование напряжения на нагрузке R2 с помощью переменного резистора включенного в электрическую цепь потенциометром.

Здесь R1 — резистор, включенный потенциометром, a R2 — нагрузка, которой может быть та же лампочка накаливания или какой — то другой прибор. На резисторе R1 происходит падение напряжения источника тока, которое частично или полностью может быть подано к нагрузке R2. Когда движок резистора находится в крайнем нижнем положении, к нагрузке напряжение вообще не подается (если это лампочка, она гореть не будет). По мере перемещения движка резистора вверх мы будем подавать все большее напряжение к нагрузке R2 (если это лампочка, ее нить будет накаливаться). Когда же движок резистора R1 окажется в крайнем верхнем положении, к нагрузке R2 будет подано все напряжение источника тока (если R2 — лампочка карманного фонаря, а напряжение источника тока большое, нить лампочки перегорит). Можно опытным путем найти такое положение движка переменного резистора, при котором к нагрузке будет подано необходимое ей напряжение. Переменные резисторы, включаемые потенциометрами, широко используют для регулирования громкости в приемниках и усилителях. Резистор может быть непосредственно подключен параллельно нагрузке. В таком случае ток на этом участке цепи разветвляется и идет двумя параллельными путями: через добавочный резистор и основную нагрузку. Наибольший ток будет в ветви с наименьшим сопротивлением. Сумма же токов обеих ветвей будет равна току, расходуемому на питание внешней цепи. К параллельному соединению прибегают в тех Случаях, когда надо ограничить ток не во всей цепи, как при последовательном включении добавочного резистора, а только на каком — то участке. Добавочные резисторы подключают, например, параллельно миллиамперметрам, чтобы ими можно было измерять большие токи. Такие резисторы называют шунтирующими или шунтами. Слово шунт означает ответвление.

ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

В цепи переменного тока на значение тока влияет не только сопротивление проводника, включенного в цепь, но и его индуктивность. Поэтому в цепях переменного тока различают так называемое омическое или активное сопротивление, определяемое свойствами материала проводника, и индуктивное сопротивление, определяемое индуктивностью проводника. Прямой проводник обладает сравнительно небольшой индуктивностью. Но если этот проводник свернуть в катушку, его индуктивность увеличится. При этом увеличится и сопротивление, оказываемое им переменному току, — ток в цепи уменьшится. С увеличением частоты тока индуктивное сопротивление катушки тоже увеличивается. Запомни: сопротивление катушки индуктивности переменному току возрастает с увеличением ее индуктивности и частоты проходящего по ней тока. Это свойство катушки используют в различных цепях приемников, когда требуется ограничить ток высокой частоты или выделить колебания высокой частоты, в выпрямителях переменного тока и во многих других случаях, с которыми вам придется постоянно сталкиваться на практике. Единицей индуктивности является генри (Гн). Индуктивностью 1Гн обладает такая катушка, у которой при изменении тока в ней на 1 А в течение 1 с развивается ЭДС самоиндукции, рав;ная 1 В. Этой единицей пользуются для определения индуктивности катушек, которые включают в цепи токов звуковой частоты. Индуктивность катушек, используемых в колебательных контурах, измеряют в тысячных долях генри, называемых миллигенри (мГн), или еще в тысячу раз меньшей единицей — микрогенри (мкГн).

МОЩНОСТЬ И РАБОТА ТОКА

На нагрев нити накала электрической или электронной лампы, электропаяльника, электроплитки или иного прибора затрачивается некоторое количество электроэнергии. Эту энергию, отдаваемую источником тока (или получаемую от него нагрузкой) в течение 1 с, называют мощностью тока. За единицу мощности тока принят ватт (Вт). Ватт — это мощность, которую развивает постоянный ток 1А при напряжении 1В. В формулах мощность тока обозначают латинской буквой Р (читается «пэ»). Электрическую мощность в ваттах получают умножением напряжения в вольтах на ток в амперах, т.е. P = UI. Если, например, источник постоянного тока напряжением 4,5 В создает в цепи ток 0,1 А, то мощность тока будет: р = 4,5 х 0,1 = 0,45 Вт. Пользуясь этой формулой, можно, например, подсчитать мощность, потребляемую лампочкой карманного фонаря, если 3,5 В умножить на 0,28 А. Получим около 1 Вт. Изменив эту формулу так: I = P/U, можно узнать ток, протекающий через электрический прибор, если известны потребляемая им мощность и подводимое к нему напряжение. Каков, например, ток, идущий через электрический паяльник, если известно, что при напряжении 220 В он потребляет мощность 40 Вт? I = P/I = 40/220 = 0,18 А. Если известны ток и сопротивление цепи, но неизвестно напряжение, мощность можно подсчитать по такой формуле: P = I2R. Когда же известны напряжение, действующее в цепи, и сопротивление этой цепи, то для подсчета мощности используют такую формулу: Р = U2/R. Но ватт — сравнительно небольшая единица мощности. Когда приходится иметь дело с электрическими устройствами, приборами или машинами, потребляющими токи в десятки, сотни ампер, используют единицу мощности киловатт (пишут кВт), равную 1000 Вт. Мощности электродвигателей заводских станков, например, могут составлять от нескольких единиц до десятков киловатт. Количественный расход электроэнергии оценивают ватт — секундой, характеризующей единицу энергии — джоуль. Расход электроэнергии определяют умножением мощности, потребляемой прибором, на время его работы в секундах. Если, например, лампочка электрического фонарика (ее мощность, как мы уже знаем, около 1 Вт) горела 25 с, значит, расход энергии составил 25 ватт — секунд. Однако ватт — секунда величина очень малая. Поэтому на практике используют более крупные единицы расхода электроэнергии: ватт — час, гектоватт — час и киловатт — час. Чтобы расход энергии был выражен в ватт — часах или киловатт — часах, нужно соответственно мощность в ваттах или киловаттах умножить на время в часах. Если, например, прибор потребляет мощность 0,5 кВт в течение 2 ч, то расход энергии составит 0,5 Х 2 = 1 кВт ч; 1 кВт ч энергии будет также израсходован, если цепь будет потреблять (или расходовать) мощность 2 кВт в течение получаса, 4 кВт в течение четверти часа и т.д. Электрический счетчик, установленный в доме или квартире, где вы живете, учитывает расход электроэнергии в киловатт — часах. Умножив показания счетчика на стоимость 1 кВт-ч (сумма в коп.), вы узнаете, на какую сумму израсходовано энергии за неделю, месяц. При работе с гальваническими элементами или батареями говорят об их электрической емкости в ампер — часах, которая выражается произведением значения разрядного тока на длительность работы в часах. Начальная емкость батареи 3336Л, например 0,5 Ач. Подсчитай: сколько времени будет батарея непрерывно работать, если разряжать ее током 0,28 А (ток лампочки фонаря)? Примерно один и три четверти часа. Если же эту батарею разряжать более интенсивно, например, током 0,5 А, она будет работать меньше 1 ч. Таким образом, зная емкость гальванического элемента или батареи и токи, потребляемые их нагрузками, можно подсчитать примерное время, в течение которого будут работать эти химические источники тока. Начальная емкость, а также рекомендуемый разрядный ток или сопротивление внешней цепи, определяющее разрядный ток элемента или батареи, указывают иногда на их этикетках или в справочной литературе.

В этом уроке я попытался систематизировать и выложить максимум необходимой для начинающего радиолюбителя информации по основам электротехники, без которых дальше нет смысла, что то, продолжать изучать. Урок, получился пожалуй самый продолжительный, но и самый важный. Советую отнестись к этому уроку более серьезно, обязательно заучить выделенные определения, если что то, непонятно, перечитывайте несколько раз, что бы вникнуть в суть сказанного.

В качестве практической работы, можете поэксперементировать со схемами изображенными на рисунках, т. е. с батарейками лампочками и переменным резистором. Это пойдет вам на пользу. А вообще, в этом уроке, конечно же, весь упор нужно сделать не на практику, а на усвоение теории.

 

Переходим к следующему уроку !

самоучитель с нуля для начинающих электромонтеров

Содержание:

• 1 Понятие электричества
  • 1.1 Постоянный ток
  • 1.2 Электромагнетизм
  • 1.3 Переменный ток
  • 1.4 Трансформаторы
  • 1.5 Электрические машины (электродвигатели и генераторы)
• 2 Что изучает электротехника
• 3 Системы автоматической защиты
• 4 Основные понятия электротехники
  • 4.1 Понятия и свойства электрического тока
  • 4.2 Сила тока
  • 4.3 Напряжение
  • 4.4 Сопротивление
  • 4.5 Мощность тока
  • 4.6 Энергия и мощность
  • 4.7 Пусковой ток
  • 4.8 Закон Ома
  • 4. 9 Закон Кулона
  • 4.10 Теорема Гаусса
  • 4.11 Емкость плоского конденсатора
  • 4.12 Энергия плоского конденсатора
• 5 Электротехника и электромеханика
• 6 Безопасность и практика
• 7 Законы Кирхгофа
  • 7.1 Первый закон Кирхгофа утверждает:
  • 7.2 Второй закон Кирхгофа гласит:
• 8 Формулы для постоянного электрического тока
  • 8.1 Закон Ома для участка однородной цепи
  • 8.2 Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока
  • 8.3 Работа постоянного тока
  • 8.4 Закон Джоуля-Ленца
• 9 Советы начинающим

Понятие электричества

Все вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. У атома есть ядро и движущиеся вокруг него положительно и отрицательно заряженные частицы (протоны и электроны). При нахождении двух материалов рядом друг с другом между ними возникает разность потенциалов (у атомов одного вещества электронов всегда меньше, чем у другого), что приводит к появлению электрического заряда – электроны начинают перемещаться от одного материала к другому. Так возникает электричество. Другими словами, электричество – это энергия, возникающая в результате перемещения отрицательно заряженных частиц из одного вещества в другое.

Скорость перемещения может быть разной. Чтобы движение было в нужном направлении и с нужной скоростью, используются проводники. Если движение электронов по проводнику осуществляется только в одном направлении, такой ток называется постоянным. Если же направление перемещения с определенной частотой меняется, то ток будет переменным. Самым известным и простым источником постоянного тока является батарейка или автомобильный аккумулятор. Переменный ток активно используется в бытовом хозяйстве и в промышленности. На нем работают практически все устройства и оборудование.

К сведению. Движением электрической энергии можно управлять. Способы такого управления изучает курс «Основы электротехники», который необходим всем электрикам, чтобы правильно проложить проводку в доме, не допустить пожара или травм в период работ.

Постоянный ток

Так называется ток, не меняющий вектора движения на каком-либо временном отрезке и направленный строго от положительного полюса к отрицательному. Постоянный электроток отличается способностью к аккумуляции – на ней базируется принцип действия аккумуляторных источников питания.

Кроме того, такой ток может получаться в батарейках посредством химической реакции. Аккумуляторы и гальванические батарейки обеспечивают работу большого числа портативных приборов. На схемах данный вид тока показывают, обозначая плюсовой и минусовой полюса. Если какой-то электроприбор рассчитан на эксплуатацию только при постоянном токе, на корпус ставят соответствующую маркировку в виде одиночной черты или пары параллельных горизонтальных линий.

Электромагнетизм

Это явление входит в число основных понятий электротехники. Оно является продуктом взаимодействия магнитного эффекта и электротока. Первым его зафиксировал Х. Эрстед при приближении компаса к кабелю, по которому проходил ток: стрелка устройства в это время сместилась, что иллюстрировало присутствие магнитного поля поблизости от кабеля.

Электромагнитами называются материалы, в которых магнитные свойства обнаруживаются только при пропускании тока по намотке. Чтобы сила магнитного поля возросла, намотку делают состоящей из большого числа витков. Металлическая основа с магнитными свойствами, которую обматывают, называется сердечником. Вектор линий поля определяется направлением течения электротока в проводе обмотки. Если у магнита присущие ему свойства обнаруживаются константно, а не только при наличии тока и обмотки, его называют постоянным. Часто он имеет кольцевую или подковообразную форму.

Переменный ток

Это один из первых терминов, с которым знакомятся изучающие теорию электричества. Одновременно с этим узнают о его отличиях от постоянного тока.

Этот вид тока характеризуется тем, что циклически меняет свои величину и направление (в отличие от постоянного, у которого эти параметры неизменны на любом временном отрезке). При этом характер изменений можно отразить на графике в виде синусоиды. Когда лампа подключается в электросеть с таким током, минус и плюс на ее контактах будут периодически меняться места.

Применение такого тока дает возможность передачи электрической энергии на очень большие расстояния. Поскольку генераторы создают огромное напряжение, которое опасно подавать в жилые помещения, ток от них направляется в подстанции, где трансформируется.

К сведению. Из этого тока можно получать постоянный с помощью выпрямляющего устройства – диодного моста. Он распрямляет синусоидальную кривую, что заставляет электроны двигаться в одном векторе, не меняя его с течением времени.

Единицы измерения

Одной из основных характеристик такого тока является частота – величина, показывающая число инцидентов изменения параметров за единицу времени. Ее обозначают как f и измеряют в герцах (Гц). Чаще всего для бытовых и промышленных нужд используют частоту 50 Гц. Это означает, что на двух зажимах розетки полюса меняются позициями 50 раз в секунду.

Период – это время, за которое происходит одиночный инцидент изменения. Если в секунду их 50, то период будет равен 0,02 с.

Эффективное значение тока – создающее для некоторого сопротивления выделение тепла, равное определенному переменному току за заданное время.

Трансформаторы

Это приборы, преобразующие переменный электроток с заданными параметрами в ток с иным показателем напряжения, но идентичной исходному частотой. Их действие основано на принципе взаимоиндукции. Устройство является статичным, не снабжено подвижными элементами, потому не является машиной, но учащиеся знакомятся с его действием одновременно с принципами работы электрических машин.

В прибор вмонтированы две катушки с неодинаковым количеством витков (это сделано для обеспечения разницы напряжений). По магнитному полю электроэнергия передается между катушками.

Электрические машины (электродвигатели и генераторы)

Данные механизмы широко используются в автоматике, промышленности, являются главными элементами электроустановок. Два основных типа, различающиеся по назначению и способу действия, – генераторы и двигатели. Любая машина включает в себя устойчивую часть (статор) и подвижную (ротор).

Что изучает электротехника

Радиотехника для начинающих

Данная наука знает практически все об электричестве. Изучить ее необходимо всем, кто хочет получить диплом или квалификацию электрика. В большинстве учебных заведений курс, на котором изучают все, что связано с электроэнергией, называется «Теоретические основы электротехники» или, сокращенно ТОЭ.

Данная наука получила развитие в XIX веке, когда был изобретен источник постоянного тока, и появилась возможность строить электрические цепи. Дальнейшее развитие электротехника получила в процессе новых открытий в области физики электромагнитных излучений. Чтобы без проблем осваивать науку в настоящее время, необходимо иметь знания не только в области физики, но также химии и математики.

В первую очередь, на курсе ТОЭ изучаются основы электричества, дается определение тока, исследуются его свойства, характеристики и направления применения. Далее изучаются электромагнитные поля и возможности их практического использования. Завершается курс, как правило, изучением устройств, в которых используется электрическая энергия.

Предмет изучения электротехники

Чтобы разобраться с электричеством, не обязательно поступать в высшее или среднее учебное заведение, достаточно воспользоваться самоучителем или пройти видеоуроки «для чайников». Полученных знаний вполне хватит, чтобы разобраться с проводкой, заменить лампочку или повесить люстру дома. Но, если планируется профессионально работать с электричеством (например, в должности электромонтера или энергетика), то соответствующее образование будет обязательным. Оно позволяет получить специальный допуск на работу с приборами и устройствами, работающими от источника тока.

Системы автоматической защиты

Электросеть несет 2 вида угроз:

1. Мощность бытовой проводки достаточна для возгорания материалов, используемых при отделке помещений. Замыкание в сети приводит к неконтролируемому повышению силы тока и воспламенению. Свести вероятность возникновения такой ситуации к нулю невозможно, однако ее снижают путем введения в цепь автоматического выключателя. При повышении параметров тока пластина устройства деформируется, высвобождается пружина, которая размыкает контакты. Автомат не реагирует на импульсы пускового тока.
2. Нулевой провод связан с землей, фазовый находится под напряжением по отношению к ней. Между таким проводником и заземленными предметами возникает ток. Поражение человека электричеством, образующимся между 2 сетевыми кабелями, практически не опасно. Однако при некоторых условиях прохождения тока электротравма становится смертельной. Автоматические системы защиты следят, чтобы ток входил в один провод и уходил по другому. При появлении напряжения между фазой и заземленным предметом, например, телом человека, УЗО обесточивает сеть.

Основные понятия электротехники

Изучая электричество для начинающих, главное – разобраться с тремя основными терминами:

• Сила тока;
• Напряжение;
• Сопротивление.

Под силой тока понимается количество электрического заряда, протекающего через проводник с определенным сечением за единицу времени. Другими словами, количество электронов, которые переместились из одного конца проводника в другой за некоторое время. Сила тока является самой опасной для жизни и здоровья человека. Если взяться за оголенный провод (а человек – это тоже проводник), то электроны пройдут через него. Чем больше их пройдет, тем больше будут повреждения, поскольку в процессе своего движения они выделяют тепло и запускают различные химические реакции.

Однако чтобы ток шел по проводникам, между одним и другим концом проводника должно быть напряжение или разность потенциалов. Причем она должна быть постоянной, чтобы движение электронов не прекращалось. Для этого электрическую цепь обязательно замыкают, а на одном конце цепи обязательно ставят источник тока, который обеспечивает в цепи постоянное движение электронов.

Сопротивление – это физическая характеристика проводника, его способность к проведению электронов. Чем ниже сопротивление проводника, тем большее количество электронов по нему пройдет за единицу времени, тем выше сила тока. Высокое сопротивление, наоборот, уменьшает силу тока, но влечет за собой нагревание проводника (если напряжение достаточно высоко), что может привести к возгоранию.

Подбор оптимальных соотношений между напряжением, сопротивлением и силой тока в электрической цепи является одной из основных задач электротехники.

Понятия и свойства электрического тока

Электричество представляет собой движение частиц, переносящих заряд. При беспорядочном перемещении свободных электронов подобного не происходит. В перемещении заряда участвуют только упорядоченно движущиеся частицы. Ток всегда протекает направленно. О его присутствии свидетельствуют такие признаки:

• повышение температуры проводника;
• силовое воздействие на намагниченные тела;
• изменение химических свойств проводника.

Ток бывает переменным и постоянным. Во втором случае его параметры являются неизменными. Переменный ток периодически меняет полярность от отрицательной к положительной. Это значит, что направление потока частиц становится противоположным. Скорость изменений представляет собой частоту.

Сила тока

При появлении электричества в цепи заряд переносится через сечение проводника. Величина, прошедшая за единицу времени, называется силой тока и выражается в амперах.

Напряжение

Для поддержания движения частиц, переносящих заряд, требуется сила, действующая в нужном направлении. Она называется электрическим полем или напряженностью. Сила вызывает разность потенциалов и стимулирует движение частиц. Для измерения напряжения используется отдельная единица — вольт. Между основными параметрами тока существует зависимость, отраженная в законе Ома.

Сопротивление

Эта величина является характеристикой проводника, связанной с током. Сопротивление, выражаемое в омах, обозначает противодействие материала течению заряженных частиц. Параметр увеличивается по мере уменьшения сечения и роста длины проводника. Под влиянием сопротивления материал нагревается. Величина в 1 Ом возникает при силе тока в 1 А и напряжении 1 В.

Мощность тока

Электрический ток используется для выполнения работы — нагрева батарей, вращения мотора и т. д. Вычислить мощность в ваттах можно, умножив силу тока на напряжение. Например, нагреватель, работающий от сети 220 В, потребляет 2200 Вт. Значит, для его функционирования требуется сила в 10 А. Лампа накаливания 100 Вт потребляет 0,45 А.

Энергия и мощность

Начинающий электромонтер должен научиться разбираться в таких понятиях. Энергия бывает электрической, тепловой, механической или ядерной. Ее невозможно создать или уничтожить. Один вид энергии способен преобразовываться в другой. Например, в бытовых приборах электроэнергия превращается в тепло или звук. Любое устройство потребляет некоторое количество энергии за заданный отрезок времени.

Каждый прибор характеризуется своей величиной, представляющей собой мощность.

Пусковой ток

Нужно различать параметры потребляемого прибором тока при его работе и включении. В последнем случае наблюдается скачок, многократно превышающий эксплуатационные показатели. Поступающий в момент включения ток называется пусковым. Самым большим параметром обладают электродвигатели. Пусковой ток подается до момента набора валом нужной скорости вращения. Подобное характерно для большинства бытовых приборов. Блоки питания снабжаются устройствами, накапливающими энергию для запуска.

Пусковой ток не характерен для маломощных нагревательных элементов. Вычислить параметр, зная мощность прибора, не получится. Устройствам свойственны разные соотношения. Кроме того, современные приборы снабжаются ограничителями пускового тока.

Закон Ома

Сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Это — основное положение закона Ома. Он действует в отношении постоянного и переменного тока. Через провод сопротивлением 1 Ом под напряжением 1 В проходит ток силой 1 А. Из закона Ома вытекают 2 следствия:

1. При данных силе тока и сопротивлении можно рассчитать мощность, выделяемую цепью. Для этого квадрат первого параметра умножают на второй.
2. При данных напряжении и сопротивлении можно рассчитать мощность. При этом квадрат первой величины делят на значение второй.

Закон Кулона

Согласно короткому описанию, это физический закон, который говорит о взаимодействии между прямо стоящими точечными электрозарядами в зависимости от того, на каком расстоянии они находятся. Согласно полному определению, формулировка обозначает, что между двумя точками в виде электрических зарядов формируется вакуум. Там появляется конкретная сила, которая пропорциональна умножению их модульных частиц, поделенных на квадратный показатель расстояния.

Расстояние — длина, которая соединяет заряды. Сила взаимодействия направлена по отрезку. Кулоновская сила — сила, отталкивающая при зарядах минус-минус и плюс-плюс и притягательная при минус-плюс и плюс-минус.

Обратите внимание! Электрическая сила формула выглядит так: F=k⋅|q1|⋅|q2|/r2, где F — сила заряда, q — величина заряда, r — вектор или расстояние между зарядами, а k — коэффициент пропорциональности. Последний равен c2·10−7 Гн/м.

Закон Кулона

Решение задачи с законом Кулона. При наличии заряженных шариков, которые находятся на расстоянии 15 см и отталкиваются с силой 1 Н в поиске начального заряда, выявить неизвестное можно, переведя основные единицы в систему СИ и подставив величины в указанную формулу. Выйдет значение 2 * 5 * 10 (-8) = 10 (-7).

Теорема Гаусса

Основной закон в электродинамике, входящий в уравнения Максвелла. Это следствие из кулоновского умозаключения и принципа суперпозиции. По ней вектор напряжения поля движется сквозь произвольное значение замкнутой поверхности, окруженной зарядами. Он имеет пропорциональность сумме заряженных частиц, которые находятся внутри этого замкнутого пространства. Указанный вектор поделен на е0. Все это выражается формулой, указанной ниже.

Теорема Гаусса

Емкость плоского конденсатора

Емкостью называется проводниковая характеристика, по которой электрический заряд может накапливать энергию. Плоским конденсатором называются несколько противоположно заряженных пластин, разделенных диэлектрическим тонким слоем. Емкостью плоского конденсатора считается его характеристика, способность к накоплению электрической энергии.

Обратите внимание! Это физическая величина, которая равна делению заряда на разность потенциалов его обкладки. Зарядом при этом служит заряженная одна пластина.

Если в задаче требуется узнать емкость конденсатора из двух пластин с площадью в 10(-2) квадратных метров и в них находится 2*10(-3) метровый лист, ε0 электрическая постоянная с 8,85×10-12 фарад на метр и ε=6 — диэлектрическая проницаемость слюды. В таком случае нужно вставить значения в формулу C= ε* ε* S/d.

Емкость плоского конденсатора

Энергия плоского конденсатора

Поскольку любая частица конденсатора имеет способность запаса энергии, который сохранен на конденсаторной обкладке, вычислить эту самую Е просто, поскольку чтобы элемент зарядился, ему нужно совершить работу. Работа совершается полем. В результате была выведена следующая формула: Еp = А = qEd, где А является работой, d — расстоянием.

Энергия

Электротехника и электромеханика

Электромеханика является разделом электротехники. Она изучает принципы функционирования устройств и оборудования, которые работают от источника электрического тока. Изучив основы электромеханики, можно научиться ремонтировать различное оборудование или даже проектировать его.

В рамках уроков по электромеханике, как правило, изучаются правила преобразования электрической энергии в механическую (каким образом функционирует электродвигатель, принципы работы любого станка и так далее). Также исследуются и обратные процессы, в частности, принципы действия трансформаторов и генераторов тока.

Таким образом, без понимания того, как составляются электрические цепи, принципов их функционирования и других вопросов, которые изучает электротехника, осваивать электромеханику невозможно. С другой стороны, электромеханика является более сложной дисциплиной и носит прикладной характер, поскольку результаты ее изучения применяются непосредственно при конструировании и ремонте машин, оборудования и различных электрических устройств.

Безопасность и практика

Осваивая курс электротехники для начинающих, необходимо уделить особое внимание вопросам безопасности, поскольку несоблюдение определенных правил может привести к трагическим последствиям.

Первое правило, которому необходимо следовать, – обязательно знакомиться с инструкцией. У всех электроприборов в руководстве по эксплуатации всегда имеется раздел, который посвящен вопросам безопасности.

Важно! Выполнение рекомендаций позволит избежать травм и нанесения вреда имуществу.

Второе правило заключается в контроле состояния изоляции проводников. Все провода обязательно должны покрываться специальными материалами, не проводящими электричество (диэлектриками). Если изоляционный слой нарушен, в первую очередь, следует его восстановить, иначе возможно нанесение вреда здоровью. Кроме того, работу в целях безопасности с проводами и электрооборудованием следует производить только в специальной одежде, которая не проводит электричество (резиновые перчатки и диэлектрические боты).

Третье правило состоит в использовании для диагностики параметров электросети только специальных приборов. Ни в коем случае не стоит делать этого голыми руками или пробовать «на язык».

Обратите внимание! Пренебрежение данными элементарными правилами является основной причиной травм и несчастных случаев в работе электриков и электромонтеров.

Законы Кирхгофа

Электрика любого помещения выполняется в виде замкнутых, рабочих электрических цепей. Два главных закона, которые определяют процессы в электрических сетях, являются законы Кирхгофа. Их два. Оба из них применяются и для постоянных и для переменных токов.

Первый закон Кирхгофа утверждает:

Суммарная величина токов направленная к узлу электрической сети равна суммарной величине токов направленных от узла.

В практике на основе первого закона Кирхгофа основана работа Устройств защитного отключения (УЗО). Работа УЗО заключается в отключении электропитания сети при возникновении токов утечки. При нормальном режиме работы суммарное значение тока, втекающая в электрическую сеть равна значению тока утекающему из нее. Если равенство токов нарушается, значит, в сети есть утечка. УЗО сконструировано и подключено таким образом, что при утечке тока УЗО его обнаруживает и размыкает питание электросети.

Второй закон Кирхгофа гласит:

Любой замкнутый контур переменной электрической сети имеет равные значения комплексных напряжений и ЭДС (электродвижущих сил) на всех пассивных элементах сети.

Примечание: Комплексное напряжение это значение напряжение в сети переменного тока.

Практическое применение можно пояснить на любой квартирной группе электропитания. Для пояснения рассмотрим квартиру.

Сколько бы групп электропитания в квартире не было, на любой розетке или светильнике напряжение в сети (при рабочем режиме) будет 220 вольт.

Формулы для постоянного электрического тока

Постоянный электрический ток не изменяется в величине и направлении. Он используется для расчета замкнутой, однородной цепи, мощности и прочих параметров. Поэтому важно знать формулы для него и основные законы, связанные с ним.

Закон Ома для участка однородной цепи

Чтобы электрический ток существовал, нужно поле. Для его образования, нужны потенциалы или разность их, выраженная напряжением. Ток будет направлен на снижение потенциалов, а электроны начнут свое передвижение в обратном направлении. В 1826 г. Г. Ом провел исследование и сделал заключение: чем больше показатель напряжения, тем больше ток, который проходит через участок.

К сведению! Смежные проводники при этом проводят электричество по-разному. То есть каждый элемент имеет свою проводимость, электрическое сопротивление.

В результате, согласно теореме Ома, сила тока для участка однородной цепи будет иметь прямую пропорциональность показателю напряжения на нем и обратную пропорциональность проводниковому сопротивлению.

Закон Ома

По формуле I = U / R, где I считается силой тока, U — напряжением, а R — электрическим сопротивлением, последнее значение можно найти, если p * l / S, где p является удельным проводниковым сопротивлением, l — длиной проводника, а S — площадью поперечного проводникового сечения.

Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока

Ом сделал формулу и для замкнутой цепи. По ней ток на этом участке из токового источника, имеющего внутреннее и внешнее нагрузочное сопротивление, равен делению электродвижущей силы источника на сумму внутреннего и внешнего сопротивления. Она выглядит так: I = e / R + r, где I является токовой силой, е — ЭДС, R — сопротивлением, а r — внутренней сопротивляемостью источника напряжения.

Обратите внимание! В физическом смысле по этому закону, чем выше показатель ЭДС, тем выше источник энергии, больше скорость движения зарядов. Чем выше сопротивляемость, тем ниже величина тока.

Закон Ома для замкнутой цепи

Работа постоянного тока

Энергия, когда проходит через проводник, упорядоченно двигается в носитель. Во время движения она совершает работу. В результате работой постоянного тока называется деятельность поля, направленная на перенос электрических зарядов по проводнику. Она равна умножению I на совершаемое работой напряжение и время.

Закон Джоуля-Ленца

Когда электричество проходит через какой-то проводник с сопротивляемостью, всегда высвобождается теплота. Количество тепла, которое высвободилось за определенный промежуток времени, определяет закон Джоуля-Ленца. По формуле мощность тепла равняется умножению плотности электричества на напряжение — w =j * E = oE(2).

Обратите внимание! В практическом понимании закон имеет значение для снижения потери электроэнергии, выбора проводника для электроцепи, подбора электронагревательного прибора и использования плавкого предохранителя для защиты сети.

Закон Джоуля-Ленца

Советы начинающим

Чтобы получить начальное представление об электричестве и принципах работы устройств с его применением, рекомендуется пройти специальный курс или изучить пособие «Электротехника для начинающих». Подобные материалы разработаны специально для тех, кто пытается с нуля освоить данную науку и получить необходимые навыки для работы с электрооборудованием в быту.

Советы начинающим электрикам

В пособии и видеоуроках подробно рассказывается, как устроена электрическая цепь, что такое фаза, а что такое ноль, чем отличается сопротивление от напряжения и силы тока и так далее. Отдельное внимание уделяется технике безопасности, чтобы избежать травм при работе с электроприборами.

Конечно, изучение курсов или чтение пособий не позволит стать профессиональным электриком или электромонтером, но решить большинство бытовых вопросов по итогам освоения материала будет вполне по силам. Для профессиональной работы требуется уже получение специального допуска и наличие профильного образования. Без этого выполнять должностные обязанности запрещается различными инструкциями. Если же предприятие допустит человека без необходимого образования к работе с электрооборудованием, и он получит травму, руководитель понесет серьезное наказание, вплоть до уголовного.

Источники

• https://elquanta.ru/teoriya/ehlektrotekhnika-dlya-nachinayushhikh. html
• https://amperof.ru/teoriya/osnovy-elektrotexniki.html
• https://panelektro.ru/ampery/kak-nauchitsya-razbiratsya-v-elektrike.html
• https://rusenergetics.ru/polezno-znat/formuly-elektrichestva
• https://elesant.ru/osnovy-elektriki/zakony-elektrotexniki

[свернуть]

10 лучших онлайн-курсов по электротехнике 2023 года

Электротехника — это востребованная область с множеством возможностей для квалифицированных работников найти оплачиваемую работу. Для студентов и профессионалов, заинтересованных в карьере в этой отрасли, прохождение онлайн-курса по электротехнике — отличный способ развить базовые навыки и знания, необходимые для начала работы. Чтобы помочь вам найти лучшие доступные курсы, мы исследовали и рассмотрели 10 лучших онлайн-курсов по электротехнике.

• Coursera — Introduction to Electronics by Georgia Tech — Top Pick
• Coursera — МОП-транзисторы Колумбийского университета — Лучшее для инженеров-микроэлектроников
• edX — Электричество и магнетизм: электростатика Массачусетского технологического института — Самый продвинутый курс
• Udemy — Моделирование электротехники с помощью Etap — Лучшее для обучения ETAP
• Udemy — Основы технологии электроники — Лучшее для любителей
• Udemy — Основы электрического управления — Лучшее для электриков
• Элисон — Электротехника — Компоненты электрических трансформаторов — Лучшее для интерактивного обучения
• Элисон — Знакомство с основными электрическими чертежами и испытательным оборудованием — лучше всего подходит для изучения электрических чертежей
• Элисон — Введение в торговлю электротехникой — Лучше всего для начинающих электриков
• Обмен навыками — Электрические цепи — Основы электротехники — Лучшее введение в электрические цепи

Наши критерии рейтинга

Наш список основан на наборе основных и расширенных критериев, которые способствуют успеху учащихся. Мы рассмотрели около 30 онлайн-курсов на основе этих факторов и сузили наш список до 10 лучших, чтобы помочь вам найти курсы по электротехнике, которые, скорее всего, направят вас на правильный путь в вашей карьере.

Основные критерии ранжирования

Чтобы настроить учащихся на успех, важно, чтобы онлайн-курсы предлагали гибкость, учебную среду и ресурсы, необходимые учащимся для прохождения курса, и при этом совмещали свои другие обязанности. Продолжительность курса, требования, гибкость расписания и сертификаты — все это влияет на вероятность положительных результатов учащихся.

Время до завершения. Более короткие курсы позволяют учащимся быстро развивать навыки, необходимые им для следующих шагов на пути к новой карьере. Курсы из нашего списка, за некоторыми исключениями, можно пройти в течение нескольких дней или недель.

Требуются предварительные условия. Требования курса мешают новичкам войти в дверь и начать свою новую карьеру. Чтобы варианты в нашем списке могли охватывать как можно больше людей, мы искали курсы, которые не требуют каких-либо предварительных условий или те, которые имеют требования, которые относительно легко выполнить.

Гибкий график. Многие участники онлайн-курсов являются работающими специалистами или студентами университетов, поэтому важно, чтобы курсы предлагали гибкий график. Курсы из этого списка можно проходить в индивидуальном порядке, а также предлагаются гибкие сроки выполнения курсовых работ.

Сертификат об окончании. Хотя это и не является обязательным требованием, мы придаем особое значение курсам, которые предлагают сертификаты об окончании, поскольку они могут стать отличным способом улучшить ваше резюме и произвести впечатление на потенциальных работодателей.

Дополнительные критерии рейтинга

Мы также рассмотрели курсы, основанные на нескольких дополнительных критериях, характерных для электротехники. Эти факторы помогают гарантировать, что учащиеся овладевают востребованными отраслевыми навыками и технологиями и развивают навыки межличностного общения, необходимые им для поиска долгосрочной работы.

• Курс ведут опытные инструкторы с профессиональным опытом в области электротехники.
• Курс обучает технологиям, таким как AutoCAD, широко используемым в электротехнической промышленности.
• Курс обсуждает потенциальные карьерные возможности для студентов-электротехников.
• Курс учит критическому мышлению и навыкам решения проблем, которые необходимы инженерам-электрикам для достижения успеха.
• Курс обучает основам схемотехники.
• Курс включает в себя реальные проекты, которые позволяют учащимся применить свои навыки и получить практический опыт.
• Курс охватывает такие востребованные темы, как силовая электроника.

10 лучших онлайн-курсов по электротехнике

Coursera

Introduction to Electronics by Georgia Tech

Intelligent Award: Top Pick структура и всеобъемлющая учебная программа, которая охватывает такие важные темы, как диоды, транзисторы и операционные усилители. К концу курса студенты будут хорошо разбираться в основах электроники и схемотехники. Студенты будут учиться на предварительно записанных лекциях и викторинах общей продолжительностью около 46 часов. Курс можно пройти бесплатно, но чтобы получить сертификат и получить доступ к оцененным заданиям, учащимся необходимо разблокировать полный курс за 49 долларов США.. Студенты могут пройти курс в самостоятельном темпе и воспользоваться его гибкими сроками, чтобы завершить работу в свободное время.

• Цена: Бесплатно (49 долларов за сертификат)
• Время выполнения: 46 часов
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Введение в электронику Технологического института Джорджии — отличный вариант для новичков в области электротехники и студентов инженерных специальностей, которым необходимо освежить знания в области электроники и теории цепей.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Учебная программа для начинающих	Сертификат стоит дополнительно 49 долларов США
Отличные отзывы студентов
Гибкие сроки

Learn Upe

---

Coursera

MOS Transistors от Columbia University

Интеллектуальные награды. узнать, как работают МОП-транзисторы и как их моделировать. Эта информация важна для разработчиков моделей устройств, проектировщиков схем и инженеров по микроэлектронике, что делает ее идеальной для студентов инженерных специальностей и профессиональных инженеров, которым необходимо изучить эти основы для продвижения по карьерной лестнице. Хотя в курсе нет предварительных условий, он не подходит для начинающих, поскольку содержит сложные задания, для выполнения которых студентам, вероятно, потребуется опыт работы в области электротехники. Курс доступен бесплатно, включая все лекции и задания, но не предлагает сертификат об окончании.

• Цена: Бесплатно
• Время выполнения: 18 часов
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает заверенный сертификат участия: №

Кому следует пройти этот курс? Из-за сфокусированного предмета этот курс лучше всего подходит для инженеров микроэлектроники и студентов инженерных специальностей, которым необходимы базовые знания о МОП-транзисторах.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Специализированная учебная программа	Нет сертификата об окончании
Практическое задание	Не подходит для начинающих

Узнать больше

---

 

edX

Электричество и магнетизм: Электростатика Массачусетского технологического института

Интеллектуальный курс: Награда за продвинутый уровень 900:0007

Этот курс MIT является частью серии, основанной на университетском курсе «Электричество и магнетизм ». В отличие от многих других курсов в этом списке, которые служат введением в различные предметы электротехники, это продвинутый курс для студентов, имеющих опыт работы в области классической механики и многомерного исчисления. Студенты узнают, как формируются электрические поля, как их измерять, что такое диполи и как работают проводники, конденсаторы и изоляторы. Курс преподается опытными инструкторами из Массачусетского технологического института и предлагает сертификат об окончании университета за дополнительные 49 долларов США.. Этот курс относительно длинный и длится 10 недель, при этом от 11 до 13 часов в неделю.

• Цена: Бесплатно (49 долларов за сертификат)
• Время выполнения: 10 недель (от 11 до 13 часов в неделю)
• Требуемые предпосылки: Знание классической механики и многомерного исчисления
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Этот курс лучше всего подходит для студентов, изучающих инженерные науки и физики, которые хотят получить базовые знания в области электростатики.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Преподают опытные инструкторы	Не подходит для начинающих
Индивидуальный график	Сертификат стоит дополнительно 49 долларов США

Learn Upe

---

UDEMY

Электротехническая инженерная моделирование с ETAP

Интеллектуальная награда: Best для обучения ETAP

Интеллектуальная награда: Best для обучения

. проектирование и моделирование силовых цепей. Этот курс от Udemy представляет собой отличное введение в это программное обеспечение для людей, заинтересованных в карьере инженера-электрика. Студенты узнают, как использовать ETAP для построения энергосистем, запуска и анализа силовых цепей переменного тока, а также создания однолинейных схем. Участники курса имеют возможность получить сертификат обучения Coursovie, а также сертификат об окончании, предлагаемый Udemy. Студентам предоставляется пожизненный доступ к 3,5 часам видео по запросу и загружаемым ресурсам курса. Доступ к ETAP не предоставляется, поэтому учащиеся должны будут получить программное обеспечение самостоятельно.

• Цена: $99,99
• Время выполнения: 3,5 часа
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Этот курс предназначен для работающих инженеров-электриков, студентов инженерных специальностей и исследователей, которым необходимо научиться использовать ETAP для проектирования и моделирования энергосистем.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Обучение востребованному программному обеспечению	Студенты должны заплатить за ETAP, чтобы пройти курс
Пожизненный доступ к материалам курса

Узнать больше

---

 

Udemy

Основы электронных технологий

Награда Best for Intelligentists 9:0007

Основы технологии электроники — отличный вариант для любителей, заинтересованных в получении базовых знаний о том, как безопасно проектировать, эксплуатировать и работать с электроникой. Для прохождения курса требуется базовое понимание алгебры и тригонометрии. Участники изучат основные понятия, включая постоянный ток, переменный ток, электронные схемы и безопасность, посредством сочетания лекций, конспектов лекций и викторин. Поскольку курс не затрагивает сложные темы, он не является идеальным выбором для студентов инженерных специальностей или профессионалов. Курс также включает в себя демонстрацию проектирования схем и компьютерного моделирования, чтобы предоставить студентам основы, необходимые им для начала проектирования и создания базовых схемных систем.

• Цена: $19,99
• Время выполнения: 3 часа
• Необходимые условия: Базовая алгебра и тригонометрия
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Этот курс предназначен для любителей и новых студентов инженерных специальностей, которые хотят изучить основы создания и работы с электроникой.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Отлично подходит для начинающих	Не охватывает дополнительные темы
Пожизненный доступ к материалам курса

Узнать больше

---

 

Udemy

Основы управления электрооборудованием

Награда для интеллектуалов-электриков0007

Этот курс Udemy помогает учащимся развить навыки и знания, необходимые для начала карьеры электрика систем управления. Студенты узнают об основных частях и функциях промышленных плат управления, о том, как ремонтировать и обслуживать системы управления, как устанавливать средства управления двигателем и как работают электрические компоненты управления. Курс содержит четыре часа видео по запросу и 13 загружаемых ресурсов, которые учащиеся могут использовать для дальнейшего обучения. Хотя обязательных предварительных условий нет, рекомендуется, чтобы учащиеся имели некоторые предварительные знания об электрических цепях, чтобы лучше понимать материалы курса.

• Цена: $19,99
• Время выполнения: 4 часа
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Этот курс лучше всего подходит для начинающих электриков и практикующих электриков, которым необходимо освежить в памяти основы управления двигателем.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Пожизненный доступ к материалам курса	Не охватывает передовые темы электротехники
Отличные отзывы студентов
Обучение востребованным навыкам

Узнать больше

---

 

Элисон

Электротехника – компоненты электрических трансформаторов

Награда Intelligent Award: Лучшее за интерактивное обучение

Alison — это бесплатная онлайн-платформа для обучения, на которой учатся 20 миллионов человек, 3,5 миллиона выпускников и 3000 курсов. Этот конкретный курс — отличный вариант для тех, кто хочет отдохнуть от обыденных лекций и видеоуроков в пользу интерактивного обучения с использованием 2D- и 3D-моделей и анимации. В курсе используются эти интерактивные модели, чтобы помочь учащимся точно узнать, как работает каждая часть электрического трансформатора. Учащиеся изучат важные понятия, в том числе принципы работы реле Бухгольца, силикагелевых сапунов и переключателей ответвлений. По завершении студенты могут приобрести цифровой или физический сертификат за 26 или 33 доллара США соответственно, чтобы подтвердить свои новые навыки.

• Цена: Бесплатно
• Время выполнения: от 1,5 до 3 часов
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Этот курс идеально подходит для любого начинающего или работающего инженера-электрика, который предпочитает учиться на интерактивных уроках.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Интерактивные средства обучения	Сертификат стоит дополнительно
Короткий курс

Узнать больше

---

 

Элисон

Введение в основные электрические чертежи и испытательное оборудование0101

Знание того, как интерпретировать электрические чертежи, является ключевым навыком, который многие курсы в этом списке замалчивают. Этот курс Элисон направлен на то, чтобы помочь студентам и инженерам-электрикам освоить этот важный навык и охватывает другие важные темы, такие как чертежи в масштабе, схемы питания, электрические детали и диаграммы. Курс аккредитован Continuing Professional Development (CPD) UK, и после окончания курса студенты могут приобрести сертификат от Элисон, чтобы подтвердить свою компетентность по этому вопросу. К концу курса учащиеся смогут читать проводку и кабельные соединения для правильной электрической установки и обслуживания.

• Цена: Бесплатно
• Время выполнения: от 1,5 до 3 часов
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Этот курс идеально подходит для студентов и практикующих инженеров-электриков, которые хотят улучшить свои навыки точного чтения и интерпретации электрических чертежей.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Обучение востребованным навыкам	Учебный план не включает дополнительные темы
Аккредитован CPD UK

Узнать больше

---

 

Элисон

Знакомство с основными электрическими чертежами и испытательным оборудованием

Награда для начинающих электриков0007

Введение в торговлю электротехникой — идеальный курс для начинающих электриков, не имеющих опыта работы в этой области. Курс предназначен для подготовки студентов к работе в качестве электрика в жилых и промышленных условиях. Студенты узнают о потенциальных карьерных возможностях, процедурах безопасности, электрических цепях, теории электричества и обо всем остальном, что им нужно, чтобы начать новую карьеру. Вы также приобретете необходимые социальные навыки, такие как критическое мышление и устранение неполадок, которые вам необходимы для успеха в этой карьере. После окончания курса и прохождения итоговой оценки у вас есть возможность приобрести сертификат об окончании.

• Цена: Бесплатно
• Время выполнения: от 1,5 до 3 часов
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает подтвержденный сертификат участия: Да

Кому следует пройти этот курс? Предметы, изучаемые в этом курсе, принесут пользу лицам, заинтересованным в карьере бытового или промышленного электрика.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Отличная карьера	Не подходит для студентов-электротехников
Объяснить потенциальные карьерные пути после окончания курса

Узнать больше

---

 

Skillshare

Электрические цепи. Основы электротехники

Награда Intelligent Award: Introduction to Electric Circuits

Электрические схемы служат строительными блоками для всех электронных систем, и этот курс Skillshare служит отличным введением в эту тему для всех, кто заинтересован в карьере инженера-электрика. Курс знакомит студентов с такими важными темами, как закон Ома, анализ цепей, расчеты мощности и законы напряжения. Учебная программа также включает практические классные проекты, которые дают участникам возможность применить свои знания и сотрудничать с другими учащимися. У вас также будет доступ ко всем другим курсам на Skillshare, что позволит легко продолжить обучение после прохождения курса.

• Цена: 99 долларов в год; 19 долларов в месяц
• Время выполнения: 4 часа
• Необходимые условия: Нет
• Гибкий график: Да
• Включает заверенный сертификат участия: №

Кому следует пройти этот курс? Этот курс является отличным выбором для всех, кто плохо знаком с электротехникой, так как он знакомит студентов с различными важными основополагающими темами.

Что нам нравится	Что нам не нравится
Подробная учебная программа для начинающих	Нет сертификата об окончании
Доступ ко всем другим курсам в библиотеке Skillshare

Узнать больше

Сравнительная таблица онлайн-курсов

Курс	Цена	Особенности
Coursera — Introduction to Electronics by Georgia Tech — Top Pick	Бесплатно (49 долларов США за сертификат)	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Coursera — МОП-транзисторы Колумбийского университета — Лучшее для инженеров-микроэлектроников	Бесплатно	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график X Сертификат об окончании
edX — Электричество и магнетизм: электростатика Массачусетского технологического института — Самый продвинутый курс	Бесплатно (49 долларов США за сертификат)	X Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Udemy — Моделирование электротехники с помощью Etap — Лучшее для изучения ETAP	99,99 $	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Udemy — Основы технологии электроники — Лучшее для любителей	19,99 $	X Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Udemy — Основы электрического управления — Лучший для электриков	19,99 $	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Элисон — Электротехника — Компоненты электрических трансформаторов — Лучшее для интерактивного обучения	Бесплатно	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Элисон — Введение в основные электрические чертежи и испытательное оборудование — Лучшее для изучения электрических чертежей	Бесплатно	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Элисон — Введение в торговлю электротехникой — Лучшее для начинающих электриков	Бесплатно	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график ✓ Сертификат об окончании
Skillshare — Электрические цепи — Основы электротехники — Лучшее введение в электрические цепи	$99/год 19 долларов в месяц	✓ Предварительные условия не требуются ✓ Гибкий график X Сертификат об окончании

Советы по успешному прохождению онлайн-курса по электротехнике

1.

Учитывайте стоимость

Сколько стоят онлайн-курсы по электротехнике?

Курсы по электротехнике, как правило, очень доступны по цене, многие из вариантов в нашем списке бесплатны или стоят менее 100 долларов. Однако важно учитывать, что многие из бесплатных вариантов требуют от студентов дополнительной оплаты для получения сертификата об окончании. Некоторые платформы, такие как Coursera, предлагают варианты финансирования для тех, кто не может позволить себе первоначальную стоимость курсов.

Оплатит ли мой работодатель мое участие в курсе?

Многие работодатели предлагают компенсацию работникам, которые получают образование или профессиональную подготовку, повышающую их профессиональные навыки. Поговорите со своим начальником или отделом кадров, чтобы определить, доступна ли финансовая помощь.

2. Приведите свои технологии в порядок

В зависимости от курса вам может потребоваться загрузить и использовать программное обеспечение, которое может работать не на всех компьютерах. Обязательно проконсультируйтесь с вашим поставщиком курсов, чтобы узнать, какое программное обеспечение вам понадобится для прохождения курса. В большинстве случаев подойдет компьютер с Windows или Mac с оперативной памятью не менее 8 ГБ. Кроме того, убедитесь, что у вас есть доступ к быстрому, безопасному и надежному интернет-соединению.

3. Используйте правильные учебные ресурсы

Использование учебных онлайн-ресурсов в дополнение к курсовой работе — отличный способ улучшить свое понимание предмета и подготовиться к будущему в этой области.

В Интернете доступно несколько учебных ресурсов по электротехнике, включая OpenCourseWare Массачусетского технологического института, цифровую библиотеку электроники Висконсинского технического колледжа и электротехнические ресурсы Академии Хана.

Часто задаваемые вопросы о курсах электротехники

На какую работу можно устроиться после окончания курса электротехники?

Онлайн-курс по электротехнике не полностью подготовит вас к карьере в этой области, поскольку для большинства вакансий требуется как минимум степень бакалавра, однако они дают базовые знания, необходимые для быстрого старта вашего образования.

Имея это в виду, общие названия должностей в этой области включают инженера-электрика, техника-электронщика, инженера по системам управления и инженера-проектировщика электротехники. По данным Бюро статистики труда, средняя заработная плата инженеров-электриков составляет 103,39 доллара США.0 в год.

Существуют ли бесплатные онлайн-курсы по электротехнике?

Да, в Интернете доступно несколько бесплатных онлайн-курсов по электротехнике. Некоторые из бесплатных курсов в нашем списке включают Введение в электронику Технологического института Джорджии, Электричество и магнетизм: электростатика Массачусетского технологического института и Введение в торговлю электротехникой Элисон.

Сколько длится в среднем онлайн-курс по электротехнике?

Продолжительность курсов по электротехнике значительно различается в зависимости от поставщика и предмета. Большинство курсов в нашем списке можно пройти примерно за четыре часа, в то время как на прохождение некоторых может уйти несколько недель, если вы будете проходить их неполный рабочий день в самостоятельном темпе.

Можно ли получить диплом инженера-электрика онлайн?

Да, многие авторитетные онлайн-университеты предлагают программы по электротехнике. Сюда входят Международный университет Флориды, Университет Клемсона, Государственный университет Аризоны и Университет Северной Дакоты.

Основы инженерного дела — электроника SparkFun

• Базовые знания
• Схемы
• Инструменты
• Аналоговый и цифровой
• Протоколы связи

---

Электротехника — это техническая дисциплина, связанная с изучением, проектированием и применением электричества! С помощью электротехники мы можем проектировать устройства и системы с использованием электрических компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, транзисторы и т. д. Инженеры-электрики могут проектировать и работать над такими элементами, как сверхмаломощные микроконтроллеры, проектирование печатных плат, мощные турбины, навигационные системы и т. д.

Ознакомьтесь с кратким обзором и углубитесь во все наши основы электротехники ниже .

Метрические префиксы и международная система единиц (единицы СИ):

Когда вы начинаете заниматься электротехникой, важно знать распространенные электронные единицы и префиксы.

Количество	Единица СИ	Сокращение
Напряжение	вольт	В
Текущий	ампер	А
Мощность	Вт	Вт
Энергия	джоулей	Дж
Электрический заряд	кулон	С
Сопротивление	Ом	Ом
Емкость	фарад	Ф
Индуктивность	Генри	Х
Частота	герц	Гц

Префикс	Мощность	Числовое представление
тера (Т)	10 12	1 триллион
гига (Г)	10 9	1 миллиард
мега (М)	10 6	1 миллион
кг (к)	10 3	1 тыс.
без префикса	10 0	1 шт.
милли(м)	10 -3	1 тысячный
микро (мк)	10 -6	1 миллионный
нано (н)	10 -9	1-миллиардный
пико (п)	10 -12	1 триллион

Полный список префиксов и единиц СИ

Что такое электричество?

Электричество окружает нас повсюду в нашей повседневной жизни. Даже когда вы не используете какое-либо электронное оборудование, электрические сигналы проходят через вашу нервную систему, сообщая вашему телу, что делать.

Электричество вкратце определяется как поток электрического заряда, но это гораздо больше. Имея дело с электроникой, вы будете иметь дело в основном с текущим электричеством. Однако вы можете задаться вопросом: «Откуда берутся заряды? Как мы их перемещаем? Куда они перемещаются? Как электрический заряд вызывает механическое движение или заставляет вещи светиться?» Чтобы начать объяснять электричество, нам нужно перейти от материи и молекул к атомам, из которых состоит все, с чем мы взаимодействуем в жизни. Погрузитесь или быстро освежите знания в нашем учебном пособии о природном явлении, которое мы называем электричеством.

Узнайте больше об электричестве

Электроэнергия

Для работы электроники требуется питание. Наши телефоны получают питание от своих перезаряжаемых батарей, а наши компьютеры получают питание от розетки переменного тока на 120 (или 220) вольт, которая преобразуется в 12 или 18 вольт постоянного тока. Мощность является одним из самых фундаментальных понятий, когда речь идет об электронике.

Как правило, чем больше мощность, тем больше энергии. Мы можем рассчитать мощность, используя различные единицы СИ, указанные выше. Энергия измеряется в джоулях, а мощность — это мера энергии за определенный период времени; следовательно, мы можем измерять энергию в джоулях в секунду, которые также известны как «ватты».

Как только вы научитесь вычислять ватт, вы сможете использовать более распространенное уравнение для расчета мощности.

Узнайте больше об электричестве

Работа с проводом

Электрические провода бывают двух видов: одножильный или многожильный . Сплошной сердечник — это сплошной провод, а многожильный сердечник — это множество одножильных проводов, собранных в группу. Многожильный провод гораздо более гибкий в работе, чем одножильный, однако его сложнее использовать в макетной плате или при пайке PTH.

Провода также бывают разного сечения. Калибр или толщина провода используются для определения силы тока, которую может безопасно выдержать провод. Как правило, чем толще провод, тем больший ток он может нести. Большинство инструментов для зачистки проводов имеют соответствующие прорези для легкой и точной зачистки проводов, и мы можем сращивать провода, зачищая их концы, спаивая их вместе, а затем повторно изолируя оголенный провод термоусадочной изоляционной лентой или каким-либо другим защитным материалом для паяное соединение, чтобы закрыть открытое соединение. Для более подробного ознакомления с зачисткой проводов, их сращиванием и различными типами обжима (разъемов) ознакомьтесь с нашим учебным пособием «Работа с проводами».

Узнайте больше о работе с проводами

Основы соединителей

Соединители используются для соединения различных частей цепей вместе. Есть много типов разъемов, и все они гендерные.

Например, адаптер питания от настенной розетки, который заряжает ваш телефон, является распространенным типом разъема. Если он подключается к другому разъему, то он называется штекерным разъемом, если он подключается к другому разъему, то это разъем-розетка. Большинство разъемов имеют полярность; например, современные штепсельные вилки имеют два штекера разной ширины. Этот разъем поляризован, потому что он подключается к стене только одним способом. Если вы хотите изучить более базовую терминологию разъемов, идентифицировать поляризованные разъемы и узнать, какие разъемы лучше всего подходят для определенных приложений, вы можете следовать нашему руководству.

Узнайте больше о разъемах

Введение в схемы

---

Каждый проект в области электроники начинается со схемы. Здесь мы поговорим об основах схемы, рассмотрим закон Ома, обсудим, как определить, является ли схема последовательной или параллельной, и поговорим об операционных усилителях.

Что такое цепь?

Вы можете думать о цепи как о потоке электрического тока по круговой траектории, который начинается и заканчивается в одном и том же месте.

Рис. 1. Базовая схема

При использовании источника напряжения мы добавляем в цепь так называемую «нагрузку». Это могут быть светодиоды, резисторы и т. д. В основном все, что вызывает падение напряжения, потому что электрический ток хочет течь от более высокого напряжения к более низкому.

Рисунок 2: Короткое замыкание

Если в цепи нет нагрузки, это короткое замыкание . Это опасно, потому что ничто не ограничивает протекание тока, и вы можете получить сгоревшие провода, повреждение источника напряжения или быстро разряженную (или взорвавшуюся!) батарею.

Рисунок 3: Разомкнутая цепь

Это разомкнутая или разорванная цепь , то есть незавершенная цепь. Хотя это не так опасно, как короткое замыкание, в конечном итоге оно не сработает, потому что напряжение не может достичь компонентов.

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Изучая мир электроники, очень важно начать с понимания основ напряжения, тока и сопротивления. Это три основных строительных блока, необходимых для управления электричеством и его использования.

С источником постоянного напряжения мы можем видеть, как изменяются ток и сопротивление. При большом сопротивлении через нагрузку будет протекать очень малый ток. При низком сопротивлении мы увидим обратное. Мы можем использовать закон Ома в сочетании с уравнением мощности для определения любой электрической характеристики (мощности, напряжения, тока или сопротивления), если нам известны две другие величины. Чтобы получить полное представление о взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением, просмотрите наш учебник по закону Ома.

Узнайте больше о законе Ома

Серийные и параллельные цепи

Простые схемы (состоящие всего из нескольких компонентов) обычно довольно просты, но могут возникнуть проблемы, когда задействованы другие, более сложные компоненты. Здесь в игру вступают последовательные и параллельные схемы.

При рассмотрении разницы между последовательными и параллельными цепями. Сначала нам нужно знать, что такое узел, чтобы мы могли определить, является ли цепь последовательной или параллельной. На рисунке ниже видно, что R2, R3 и R4 подключены к одному и тому же узлу (бирюзово-синий провод). Здесь ток будет разделяться, представляя параллельную цепь. Между R1 и R2 есть узел, но ток не разделяется, так что это пример последовательной цепи.

Пример схемы с четырьмя узлами уникального цвета.

Помните: два компонента соединены последовательно, если они имеют общий узел и через них протекает одинаковый ток. Если два компонента имеют два общих узла, то они параллельны.

Последовательная схема

Параллельная схема

Чтение схем

Схемы — это карты для проектирования, построения и устранения неисправностей схем. Понимание того, как читать и следовать схемам, является важным навыком для любого инженера-электрика.

Каждая часть схемы, от транзисторов до переключателей, имеет свой собственный символ схемы.

Научитесь читать схемы

Инструменты, которые мы используем

---

В дополнение к знаниям во всех областях электроники, перечисленных выше, от инженеров-электриков также требуются знания и навыки для использования множества различных инструментов. Давайте рассмотрим некоторые из основных моментов.

Мультиметр

Пожалуй, самым незаменимым инструментом в арсенале инженера-электрика является мультиметр. Помимо измерения напряжения и тока, мультиметр также может помочь вам диагностировать цепи, узнать о существующих электронных конструкциях и даже проверить батарею. Они также могут провести тест на непрерывность, чтобы убедиться, что дорожки и компоненты подключены правильно. Взгляните на наше полное руководство и видео, чтобы начать работу и увидеть различные мультиметры, которые мы носим.

Научитесь пользоваться мультиметром

Макетная плата

Макетная плата является одним из основных элементов обучения построению схем. Макетная плата обычно используется для прототипирования, так как легко заменять компоненты, диагностировать проблемы и тестировать без необходимости пайки.

Научитесь пользоваться макетной платой

Осциллограф

Осциллограф используется, когда необходимо проанализировать сигнал (амплитуда, период, тактовый цикл и т. д.). Пробник осциллографа считывает различные типы сигналов, например непрерывные и дискретные, поэтому пользователю могут отображаться как аналоговые, так и цифровые сигналы.

Надежный o-scope очень универсален и полезен в различных ситуациях устранения неполадок и исследований, в том числе:

• Определение частоты и амплитуды сигнала, что может иметь решающее значение при отладке входа, выхода или внутренних систем схемы. Из этого вы можете определить, неисправен ли компонент в вашей цепи.
• Определение уровня шума в вашей цепи.
• Определение формы волны — синусоидальная, квадратная, треугольная, пилообразная, комплексная и т. д.
• Количественное определение разности фаз между двумя разными сигналами.

Научитесь пользоваться осциллографом

Паяльник

Пайка — один из самых основных навыков, необходимых при работе с электроникой. Для начала вам понадобится только утюг, припой и паяльные жала.

Есть и другие полезные термины и инструменты, которые следует знать, если вы хотите научиться паять. Наконечник — это часть утюга, которая нагревается и позволяет припою обтекать два соединяемых компонента. У большинства паяльников есть возможность заменить жало, если оно повреждено или вам нужно другое жало для выполняемой задачи. Фитиль для пайки позволяет удалять припой, чтобы облегчить перемещение компонента. Средство для лужения наконечника удаляет окисление, которое накапливается на наконечнике паяльника, чтобы обеспечить максимальную теплопередачу от наконечника. Флюс чрезвычайно полезен – это химическое вещество, которое способствует плавному течению бессвинцового припоя. Учебник по паяльникам и различным инструментам можно найти ниже.

Узнайте, как паять

Аналоговые и цифровые сигналы

---

Сигнал состоит из изменяющейся во времени величины, которая позволяет визуально увидеть, как цепь взаимодействует с различными компонентами. Для нас эта изменяющаяся во времени величина, скорее всего, является напряжением или током. Когда дело доходит до работы с электроникой, мы имеем дело как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами, которые могут быть как входными, так и выходными. Проекты, которые мы создаем, должны каким-то образом взаимодействовать с реальным, аналоговым миром, но большинство микропроцессоров, компьютеров и логических схем построены с использованием чисто цифровых компонентов.

Аналоговый:

Аналоговые сигналы представляют собой плавный непрерывный график с напряжением по оси Y и временем (обычно в секундах) по оси X. Пример аналогового сигнала можно увидеть на рисунке 6. Некоторые из наиболее распространенных аналоговых компонентов — это резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы.

Цифровой:

Цифровые сигналы должны иметь конечный набор возможных значений. Большинство цифровых сигналов колеблются между двумя фиксированными значениями. Пример аналогового сигнала можно увидеть на рисунке 7. Большая часть связи между интегральными схемами является цифровой, например, последовательная связь, я ² C и SPI, о которых мы поговорим подробнее позже.

Аналого-цифровое преобразование (АЦП):

Большинство микроконтроллеров имеют встроенный АЦП, который позволяет нам считывать аналоговый сигнал из внешнего мира и преобразовывать его в цифровой сигнал. Вы узнаете, есть ли на плате, с которой вы работаете, контакты АЦП, потому что у большинства производителей плат перед этикеткой стоит буква «А» (например, A0-A7).

С цифровыми сигналами легче работать, поскольку они состоят только из двух фиксированных значений. Например, если цифровой сигнал выдает 5 В, мы можем преобразовать его в двоичную единицу, которая будет изображать активный контакт (высокий контакт). Если на выходе 0 В, мы можем преобразовать его в 0 в двоичном формате, что покажет, что контакт отключен.

Узнайте больше о цифро-аналоговом преобразовании

Погружаемся в аналоговые

---

Здесь мы обсудим наиболее распространенные аналоговые компоненты: конденсаторы, диоды, делители напряжения и транзисторы.

Конденсаторы

Конденсатор представляет собой электрический компонент с двумя выводами. Наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются одними из самых основных пассивных компонентов, которые мы используем.

Когда ток течет в конденсатор, заряд застревает на пластинах, когда он не может пройти через изолирующий диэлектрик. Поскольку электроны прилипают к одной из пластин, конденсатор заряжается отрицательно. Отрицательный заряд на одной пластине отталкивает аналогичные заряды на противоположной пластине, делая ее положительно заряженной. Стационарные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, влияющее на напряжение, в результате чего конденсатор заряжается. Вы можете рассчитать зарядите в конденсаторе по следующему уравнению.

Чтобы рассчитать ток через конденсатор, мы используем следующее уравнение:

Здесь dv/dt — производная напряжения. Если напряжение постоянное, то ток, протекающий через конденсатор, равен 0, потому что производная постоянного числа равна 0. Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное напряжение.

Узнайте все о конденсаторах

Диоды

Диод предназначен для управления направлением тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении — вперед.

Ток, пытающийся течь в обратном направлении, заблокирован. Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь, и результирующая цепь действует как разомкнутая цепь; в этой ситуации говорят, что диод смещен в обратном направлении. Диод имеет два вывода: анод (положительный вывод) и катод (отрицательный вывод). Ниже приведена таблица характеристик диодов.

Режим работы	Вкл. (прямое смещение)	Выкл. (обратное смещение)
Ток через	Я > 0	я = 0
Напряжение на	В = 0	В
Диод действует как	Короткое замыкание	Разомкнутая цепь

Существует третья характеристика диода под названием пробой . Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

Светодиоды действуют как обычные диоды и пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для того, чтобы они загорелись.

Узнайте все о диодах

Делители напряжения

Делитель напряжения — это схема, которая преобразует большое напряжение в меньшее.

Используя всего два последовательных резистора и входное напряжение, мы можем создать выходное напряжение, которое является частью входного. Делители напряжения являются одними из самых фундаментальных схем в электронике. Вы можете видеть, что они нарисованы по-разному, но они всегда должны быть одной и той же схемой. И помните, любая часть вашей системы, потребляющая ток, похожа на добавление еще одного резистора в сеть, поэтому не забудьте включить все потенциальные нагрузки на любые узлы!

Уравнение, используемое для расчета выходного напряжения (или одного из других значений), выглядит следующим образом.

Узнайте больше о делителях напряжения

Погружение в цифру

---

Здесь мы обсудим двоичный код, то есть то, как компьютер считывает данные (1 и 0), а также то, как работают логические рычаги.

Двоичный

Большинство людей привыкли думать о числах как о десятичных значениях или системе счисления с основанием 10. Электроника, однако, думает о числах в двоичной системе счисления или системе счисления с основанием 2. В двоичном коде также есть побитовые операторы: дополнение, и, или, & xor.

	Строка 1	Строка 2
Оператор	11110000	10101010
Дополнение	00001111	01010101

или	10100000
или	11111010
хор	01011010

Здесь мы используем те же две строки, определенные выше, при вычислении комплимента.

Подробнее о двоичном коде

Логические уровни

Логический уровень — это состояние, в котором может существовать сигнал. Часто в цифровых схемах это состояние либо включено, либо выключено, 1 или 0 в двоичном коде соответственно. Многие современные микроконтроллеры также имеют контакты «активный-низкий» и «активный-высокий».

Контакты с активным низким уровнем должны быть подключены к земле, а контакты с активным высоким уровнем подключены к входному напряжению, которое обычно составляет 3,3 В или 5 В в зависимости от спецификации микроконтроллера.

Узнайте все о логических уровнях

Протоколы связи

---

Многие протоколы связи можно разделить на две категории: параллельная и последовательная связь. Параллельные интерфейсы передают несколько битов одновременно и требуют шины для передачи данных, тогда как последовательные интерфейсы передают данные по одному биту за раз. Последовательная связь имеет несколько правил, которым необходимо следовать:

• Биты данных: Данные, которые вы хотите отправить (например, символ ASCII), преобразуются в 8-битное число.
• Биты синхронизации: Стартовые и стоповые биты начинают начало и конец пакета. Всегда есть только один стартовый бит, но может быть до двух стоповых битов.
• Биты четности: Низкоуровневая проверка ошибок, необязательная и редко используемая из-за замедления передачи данных.
• Скорость передачи: Скорость передачи данных по последовательной линии, выраженная в битах в секунду (бит/с).

Универсальный асинхронный приемник/передатчик (UART)

Универсальный асинхронный приемник/передатчик (UART) представляет собой блок, который реализует последовательную связь, имея как параллельный, так и последовательный интерфейсы.

Одна сторона (параллельная) состоит из линий данных, а другая сторона (последовательная) имеет линии передачи (TX) и приема (RX). Никогда не подключайте TX к TX и RX к RX! Провода должны пересекаться, TX должен быть подключен к RX, а RX должен быть подключен к TX между отдельными устройствами последовательной связи. UART существуют как автономные микросхемы, но чаще их можно найти внутри микроконтроллеров.

Подробнее об UART

Последовательный периферийный интерфейс (SPI):

SPI — это интерфейсная шина, используемая для передачи данных между микроконтроллерами и небольшими компонентами, такими как датчики и SD-карты.

SPI работает несколько иначе, чем последовательная связь, — он использует синхронную шину данных, а не асинхронную шину данных. Имея это в виду, он использует отдельные линии для данных и часы, которые обеспечивают идеальную синхронизацию как принимающей, так и передающей стороны друг с другом. Тактовый сигнал представляет собой колебательный сигнал, который сообщает приемнику, когда именно нужно производить выборку битов на линии данных. Это либо нарастающий, либо спадающий фронт тактового сигнала. Когда приемник обнаруживает этот фронт, он немедленно смотрит на строку данных, чтобы прочитать следующий бит. Одна из причин популярности SPI заключается в том, что принимающее оборудование может быть простым сдвиговым регистром — проще и дешевле, чем UART, который требуется для асинхронной последовательной связи.