Практическая электроника со схемами. Практическая электроника: полное руководство для начинающих радиолюбителей

Друзья сайта

Если у Вас есть сайт с похожей тематикой как «AVRки.ру» и Вы хотите поделиться своей ссылкой на Ваш сайт, то мы готовы с Вами обменяться ссылками. Код нашей кнопки:

Читать онлайн Радиоэлектроника в библиотеке Книгер

Читать онлайн книги жанра «Радиоэлектроника» бесплатно и без регистрации полностью (целиком) на сайте электронной библиотеки Flibusta.biz. Все полные, популярные и интересные бесплатные книги жанра Радиоэлектроника читать на телефоне, планшете и ПК.

Конструкции и схемы для радиолюбителей

Сортировать:Название ↓Название ↑ЦенаХиты продажОценка покупателейДата добавленияВ наличии

• 25 крутых проектов с Arduino

  Автор книги, Марк Геддес — энтузиаст Arduino и преподаватель с десятилетним стажем. В своем самоучителе он собрал 25 уникальных проектов, собирая которые, можно освоить азы работы с популярным конструктором. В книгу вошли инструкции по созданию таких проектов, как: детектор призраков, монитор полива цветов, дискотечный стробоскоп, световой диммер, ракетная пусковая установка, детектор привидений, предсказатель судьбы и многие другие…

• Водоснабжение дачных и садовых участков

  Важным фактором получения высоких урожаев экологически чистых овощей, ягод и фруктов на дачных и садовых участках является своевременный и достаточный полив выращиваемых растений. Однако…

  125 ₽

  Нет в наличии

• Заводим BeagleBone

  Многие считают, что Linux — это операционная система для настольных компьютеров и серверов. Но Linux можно также найти во многих устройствах потребительской электроники. Он может быть мозгом мобильного телефона, ТВ-приставки или велотренажёра. Встраеваемый Linux стирает грань между компьютерами и электронными устройствами…

  454 ₽

  Нет в наличии

• Игрушечная электроника — NEXT

  Эта книга написана одним из постоянных авторов журнала РАДИО. Тематика его публикаций в разделе для начинающих — электронные игры, игрушки, сувениры. Книга состоит из двух частей. Рассчитана на людей, имеющих начальный практический опыт в области знаний — радиоэлектроника…

  400 ₽

  Нет в наличии

• Изучаем Arduino. 65 проектов своими руками

  Что такое Arduino? За этим словом прячется легкое и простое устройство, которое способно превратить кучу проводов и плат в робота, управлять умным домом и многое другое…

  1 146 ₽

  Нет в наличии

• 184 ₽

  Нет в наличии

• 624 ₽

  Нет в наличии

• Необычные радиолюбительские конструкции

  В этой книге рассматриваются несколько случаев и примеров разработки проектов, отобранных с одной, ярко выраженной целью, — продемонстрировать читателям несколько полезных стильных «штучек», которые могут быть созданы с использованием аналоговой техники…

  167 ₽

  Нет в наличии

• Практическая электроника: иллюстрированное руководство для радиолюбителей

  Это наглядное пособие поможет вам научиться решать задачи, возникающие при модернизации и ремонте самого разнообразного электронного оборудования. Здесь вы найдете доступные для понимания даже начинающим радиолюбителям рекомендации по монтажу, электрические схемы и фотографии собираемых устройств…

  910 ₽

  Нет в наличии

• Практическая электроника: иллюстрированное руководство для радиолюбителей

  ​Это наглядное пособие поможет вам научиться решать задачи, возникающие при модернизации и ремонте самого разнообразного электронного оборудования. Здесь вы найдете доступные для понимания даже начинающим радиолюбителям рекомендации по монтажу, электрические схемы и фотографии собираемых устройств…

• Практическая энциклопедия радиолюбителя

  Радиолюбительское творчество продолжает увлекать многих. Уникальные электронные разработки, интересные конструкции, полезные самоделки очень популярны сегодня. А применение микроконтроллеров, рассмотренных в книге, открывает широчайшие возможности для разработчиков-любителей…

  583 ₽

  Нет в наличии

• Путеводитель в мир электроники. Книга 1

  Перед вами первая книга из двух, которая начинает рассказ об основах электротехники и радиоэлектроники. Кроме истории их зарождения и развития, здесь также приведено описание полезных в быту конструкций и устройств, которые можно легко сделать самостоятельно в домашних условиях…

  743 ₽

  Нет в наличии

• Путеводитель в мир электроники. Книга 2

  Вторая книга продолжает рассказ о радиотехнике и радиоэлектронике. Читатели, познакомившиеся с первой книгой, без труда смогут повторить описанные здесь конструкции и узнать много нового…

  743 ₽

  Нет в наличии

• Радиоэлектроника. Конструкции для всех. Книга 1

  В предлагаемой книге приведены краткие описания и принципиальные схемы конструкций. Представленного материала вполне достаточно для самостоятельной сборки и отладки работы различных приборов бытового назначения. Учтены интересы начинающих и опытных специалистов в радиоэлектронике самого разного возраста…

  563 ₽

  Нет в наличии

• Радиоэлектроника. Конструкции для всех. Книга 2

  В предлагаемой книге приведены краткие описания и принципиальные схемы конструкций. Представленного материала вполне достаточно для самостоятельной сборки и отладки работы различных приборов бытового назначения…

  563 ₽

  Нет в наличии

• Твой первый квадрокоптер: теория и практика

  Детально изложены практические аспекты самостоятельного изготовления и эксплуатации квадрокоптеров. Рассмотрены все этапы: от выбора конструкционных материалов и подбора компонентов с минимизацией финансовых затрат до настройки программного обеспечения и ремонта после аварии…

  424 ₽

  Нет в наличии

• 61 ₽

  Нет в наличии

• Электроника. Сборник рецептов: готовые решения на базе Arduino и Raspberry Pi

  Эта книга рассчитана на радиолюбителей, которые пришли к изучению электроники благодаря знакомству с Arduino и Raspberry Pi. Она поможет разобраться в основах построения электрических схем всем желающим независимо от уровня образования. Саймону Монку удалось простым языком описать решения сложных задач…

  910 ₽

  Нет в наличии

• Электронные кодовые замки

  Информационные материалы разностороннего характера, основные электрические и эксплуатационные характеристики, приведенные в этом издании, позволяют не только опытным радиолюбителям…

• 290 ₽

  Нет в наличии

Конструкторы Практическая электроника: теория, подкрепленная практикой

В дни, когда источников новой информации хоть пруд пруди, особенно ценными становятся механизмы, позволяющие применить знания на практике. Кто бы что ни говорил, но теория, не подкрепленная практикой, хороша… только в теории. Поэтому сегодня мы хотим поговорить о том, что способно превратить беззаботное увлечение в дело всей жизни.

Про электронику.

А именно про конструкторы украинского производства Практическая электроника. Это серия конструкторов, которые содержат всё необходимое для того, чтобы вы начали с изучения основ электроники, а закончили, собирая сенсор скрытой электрической проводки. Особенная ценность наборов — в учебных пособиях, а также в возможности не просто понять принципы работы, но и собрать те или иные компоненты собственноручно.

Единственное, о чем вам придется позаботиться – это мультиметр. Никакой пайки и других небезопасных устройств не потребуется.

На toys4brain представлена серия конструкторов, которая вполне способна стать настоящим учебным курсом по электронике. Очень познавательным и однозначно занимательным.

№1 Базовый

Начинать всегда лучше с начала, т.е. с набора №1. Это – базовый уровень для тех, кто только погружается в мир электроники и пока еще путает ее с электрикой.

Вы узнаете о разнообразии резисторов (а главное – об их предназначении), познакомитесь с электрическими цепями, исследуете работу конденсатора и его свойства накапливать энергию. Также вы научитесь работать с мультиметром: измерять ток, напряжение и сопротивление в цепи. Заодно сможете понять, стоит ли игра свеч! Но, как бы там ни было, оно того стоит.

№2 Переключатели

Второй уровень нашего курса по электронике – о переключателях, которые используются в электрических схемах.

Кнопки, тумблеры, DIP-переключатели, герконы, реле, более 10 практических схем… Вот где начинается магия электроники! Набор №2 призван не только обогатить новыми знаниями, но и учит применять их на практике. Чуть менее двухсот лет назад американец Сэмюель Морзе создал прибор, который в течение 100 лет использовался для передачи данных. Мы говорим о телеграфе, и сегодня его может создать каждый (у кого как минимум есть наш конструктор!). Вы также научитесь пользоваться азбукой Морзе и точно удивите друзей при следующей встрече!

№3 Полупроводники

Большинство современных электронных приборов непросты в изучении и понимании. Однако все они созданы и функционируют благодаря одним и тем же основным компонентам.

Самое время познакомиться с диодами, стабилитронами и транзисторами. Набор №3 посвящен им – полупроводникам. Следуя инструкциям в учебном пособии, юный исследователь сам создаст более десяти схем с использованием полупроводников. Но и тут не обойдется без доли веселья! Работая с набором, ребенок научится управлять приборами с помощью воды и света и узнает, как превратить электрический сигнал в звуковой.

№4 Оптоэлектроника

Практическая электроника – для тех, чьи души и руки стремятся созидать, а не только наблюдать. Пока большинство школьников задается вопросом, пригодятся ли им полученные на уроках знания в реальной жизни, оптоэлектроника уже принялась за дело!

Как гласит словарь, оптоэлектроника охватывает проблему одновременного использования оптических и электрических методов обработки, передачи и хранения информации. Звучит сложно, а на деле – невероятно интересно! Светодиоды, семисегментные индикаторы, фотодиоды, фоторезисторы, оптопара… Ваш юный электроник (да и вы тоже) узнает не только значение этих слов, но также как и где использовать данные электронные компоненты. А потом еще и создаст приборы, которые непременно удивят всех окружающих.

№5 Источники питания

Знаете ли вы, какие продукты питания могут стать источниками электрической энергии? А знает ли это ваш ребенок? С помощью конструкторов Практической электроники вы узнаете и об этом тоже! Изучайте строение и принципы работы источников питания вместе с набором №5. Он рассказывает о том, как превратить силу мышц и энергию солнца в электроэнергию. А также показывает, как объединить батарейки и аккумуляторы так, чтобы получить источники питания для электронных приборов.

№6 Операционные усилители

Это касается и конструктора №6. Он погрузит ребенка в мир операционных усилителей. Уровень advanced в курсе практической электроники, после изучения которого, такие штуки как компаратор, триггер и сумматор не будут вызывать вопросов, только миллион новых идей! Узнайте, как собрать сенсор влажности или же скрытой проводки. И вот так за игрой и развлечением не только формируется будущий профессионал, но и создаются полезные в быту вещи и навыки. И в этом еще одно существенное отличие STEM-игрушек от других машинок с мишками.

Серия Практическая электроника создана для того, чтобы открыть огромный и захватывающий мир электроники как можно большему количеству детей. А также разрушить миф о том, что только мальчики с определенным складом ума могут понять, что это, а уж тем более с интересом собирать собственные электронные приборы. В 21 веке знания больше не разделяют по полу или возрасту. Поэтому электроника – для всех. Как и наборы Практическая электроника, которые всегда расскажут, покажут и научат. Уверены, детям и подросткам с любознательной натурой будет интересно разбираться в многочисленных деталях набора, узнавать новые факты и экспериментировать.

Команда Toys4brain.

Копирование материалов с сайта toys4brain.com.ua разрешается только при условии указания авторства и размещения обратной текстовой ссылки на каждый скопированный контент.

Учебное пособие по основам полупроводников и физике полупроводников

Однако, в отличие от резистора, диод не ведет себя линейно по отношению к приложенному напряжению, поскольку он имеет экспоненциальную зависимость I-V и, следовательно, не может быть описан просто с помощью закона Ома, как мы это делаем для резисторов.

Диоды — это основные однонаправленные полупроводниковые устройства, которые позволяют току течь через них только в одном направлении, действуя больше как односторонний электрический клапан (состояние прямого смещения).Но прежде чем мы посмотрим, как работают сигнальные или силовые диоды, нам сначала нужно понять основную конструкцию и концепцию полупроводников.

изготовлены из цельного куска материала Semiconductor , который имеет положительную «P-область» на одном конце и отрицательную «N-область» на другом, а также значение удельного сопротивления где-то между проводником и изолятор. Но что такое «полупроводниковый» материал? Сначала давайте посмотрим, что делает что-то либо Conductor , либо Insulator .

Удельное сопротивление

Электрическое Сопротивление электрического или электронного компонента или устройства обычно определяется как отношение разности напряжений на нем к току, протекающему через него, в соответствии с основными принципами закона Ома. Проблема с использованием сопротивления в качестве измерения заключается в том, что оно во многом зависит от физического размера измеряемого материала, а также от материала, из которого он изготовлен. Например, если бы мы увеличили длину материала (сделав его длиннее), его сопротивление также увеличилось бы пропорционально.

Аналогично, если мы увеличим его диаметр или размер (сделав его толще), его значение сопротивления уменьшится. Итак, мы хотим иметь возможность определять материал таким образом, чтобы указывать на его способность проводить или противодействовать прохождению электрического тока через него, независимо от его размера или формы.

Величина, которая используется для обозначения этого удельного сопротивления, называется Удельное сопротивление и обозначается греческим символом ρ (Rho). Удельное сопротивление измеряется в Ом-метрах (Ом.м). Удельное сопротивление обратно пропорционально проводимости.

Если сравнить удельное сопротивление различных материалов, их можно разделить на три основные группы: проводники, изоляторы и полупроводники, как показано ниже.

Диаграмма удельного сопротивления

Проводники

Из приведенного выше мы знаем, что Проводники — это материалы с очень низкими значениями удельного сопротивления, обычно в микроомах на метр. Это низкое значение позволяет им легко пропускать электрический ток из-за наличия большого количества свободных электронов, плавающих внутри их основной атомной структуры.Но эти электроны будут проходить через проводник только в том случае, если есть что-то, что стимулирует их движение, и это что-то представляет собой электрическое напряжение.

Когда к материалу прикладывается положительный потенциал напряжения, эти «свободные электроны» покидают свой родительский атом и вместе проходят через материал, образуя дрейф электронов, более известный как ток. Насколько «свободно» эти электроны могут перемещаться по проводнику, зависит от того, насколько легко они могут освободиться от составляющих их атомов при приложении напряжения.Тогда количество протекающих электронов зависит от величины удельного сопротивления проводника.

Примерами хороших проводников обычно являются металлы, такие как медь, алюминий, серебро или неметаллы, такие как углерод, потому что эти материалы имеют очень мало электронов во внешней «валентной оболочке» или кольце, в результате чего они легко выбиваются с орбиты атома.

В электрическом кабеле
используются проводники
и изоляторы

Это позволяет им свободно течь через материал, пока они не соединятся с другими атомами, создавая «эффект домино» через материал, создавая электрический ток.Как показано на рисунке, медь и алюминий являются основными проводниками, используемыми в электрических кабелях.

Вообще говоря, большинство металлов являются хорошими проводниками электричества, так как они имеют очень малые значения сопротивления, обычно в районе микроом на метр (мкОм · м).

Хотя металлы, такие как медь и алюминий, очень хорошо проводят электричество, они все же имеют некоторое сопротивление потоку электронов и, следовательно, не проводят идеально.

Энергия, которая теряется в процессе прохождения электрического тока, проявляется в виде тепла, поэтому проводники и особенно резисторы нагреваются, поскольку удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры окружающей среды.

Изоляторы

Изоляторы , напротив, являются полной противоположностью проводников. Они сделаны из материалов, как правило, неметаллов, у которых очень мало или совсем нет «свободных электронов», плавающих внутри их основной атомной структуры, потому что электроны во внешней валентной оболочке сильно притягиваются положительно заряженным внутренним ядром.

Другими словами, электроны прикреплены к родительскому атому и не могут свободно перемещаться, поэтому, если к материалу приложено потенциальное напряжение, ток не будет течь, поскольку нет доступных для движения «свободных электронов», что дает этим материалам их изоляционные свойства.

также имеют очень высокое сопротивление, миллионы Ом на метр, и обычно не подвержены влиянию обычных температурных изменений (хотя при очень высоких температурах древесина превращается в древесный уголь и превращается из изолятора в проводник). Примеры хороших изоляторов: мрамор, плавленый кварц, пластик ПВХ, резина и т. Д.

играют очень важную роль в электрических и электронных цепях, потому что без них электрические цепи могли бы закоротить вместе и не работали бы.Например, изоляторы из стекла или фарфора используются для изоляции и поддержки воздушных кабелей передачи, в то время как материалы из эпоксидно-стеклянной смолы используются для изготовления печатных плат, печатных плат и т. Д., В то время как ПВХ используется для изоляции электрических кабелей, как показано.

Основы полупроводников

Полупроводники материалы, такие как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (GaAs), имеют электрические свойства где-то посередине, между свойствами «проводника» и «изолятора».Они не являются хорошими проводниками или хорошими изоляторами (отсюда их название «полупроводники»). У них очень мало «свободных электронов», потому что их атомы тесно сгруппированы в кристаллический узор, называемый «кристаллической решеткой», но электроны все еще могут течь, но только при определенных условиях.

Способность полупроводников проводить электричество может быть значительно улучшена путем замены или добавления определенных донорных или акцепторных атомов в эту кристаллическую структуру, тем самым производя больше свободных электронов, чем дырок, или наоборот.То есть добавлением небольшого процента другого элемента к основному материалу, кремния или германия.

Сами по себе кремний и германий классифицируются как собственные полупроводники, то есть они химически чисты и не содержат ничего, кроме полупроводникового материала. Но, контролируя количество примесей, добавленных к этому собственному полупроводниковому материалу, можно контролировать его проводимость. К этому собственному материалу могут быть добавлены различные примеси, называемые донорами или акцепторами, для получения свободных электронов или дырок соответственно.

Этот процесс добавления донорных или акцепторных атомов к атомам полупроводника (порядка 1 примесного атома на 10 миллионов (или более) атомов полупроводника) называется Doping . Поскольку легированный кремний больше не является чистым, эти донорные и акцепторные атомы вместе называются «примесями», и, допируя этот кремний достаточным количеством примесей, мы можем превратить его в кремний N-типа или P-типа. полупроводниковый материал.

Наиболее часто используемым основным полупроводниковым материалом на сегодняшний день является кремний .Кремний имеет четыре валентных электрона во внешней оболочке, которые он разделяет с соседними атомами кремния, образуя полные орбитали из восьми электронов. Структура связи между двумя атомами кремния такова, что каждый атом делит один электрон со своим соседом, что делает связь очень стабильной.

Поскольку существует очень мало свободных электронов, которые могут двигаться вокруг кристалла кремния, кристаллы чистого кремния (или германия), следовательно, являются хорошими изоляторами или, по крайней мере, очень дорогими резисторами.

Атомы кремния расположены определенным симметричным узором, образуя твердую кристаллическую структуру. Кристалл чистого кремнезема (диоксида кремния или стекла) обычно называют внутренним кристаллом (он не имеет примесей) и, следовательно, не имеет свободных электронов.

Но простого подключения кристалла кремния к источнику питания от батареи недостаточно, чтобы извлечь из него электрический ток. Для этого нам нужно создать «положительный» и «отрицательный» полюсы внутри кремния, позволяя электронам и, следовательно, электрическому току вытекать из кремния.Эти полюса создаются путем легирования кремния определенными примесями.

Структура атома кремния

Диаграмма выше показывает структуру и решетку «нормального» чистого кристалла кремния.

Основы полупроводников N-типа

Чтобы наш кристалл кремния проводил электричество, нам нужно ввести примесный атом, такой как мышьяк, сурьма или фосфор, в кристаллическую структуру, сделав ее внешней (примеси добавлены). Эти атомы имеют пять внешних электронов на своей внешней орбитали, чтобы делиться с соседними атомами и обычно называются «пятивалентными» примесями.

Это позволяет четырем из пяти орбитальных электронов связываться с соседними атомами кремния, оставляя один «свободный электрон» подвижным при приложении электрического напряжения (поток электронов). Поскольку каждый примесный атом «жертвует» один электрон, пятивалентные атомы обычно известны как «доноры».

Сурьма (символ Sb), а также фосфор (символ P) часто используются в качестве пятивалентной добавки к кремнию. Сурьма имеет 51 электрон, расположенный в пяти оболочках вокруг ее ядра, причем крайняя орбиталь имеет пять электронов.Полученный в результате основной полупроводниковый материал имеет избыток токонесущих электронов, каждый с отрицательным зарядом, и поэтому его называют материалом типа N с электронами, называемыми «основные носители», а образующиеся дырки — «второстепенными носителями». ».

При стимуляции внешним источником энергии электроны, освобожденные от атомов кремния в результате этой стимуляции, быстро заменяются свободными электронами, доступными от легированных атомов сурьмы. Но это действие по-прежнему оставляет дополнительный электрон (освобожденный электрон), плавающий вокруг легированного кристалла, делая его заряженным отрицательно.

Тогда полупроводниковый материал классифицируется как материал N-типа, если его донорная плотность больше, чем его акцепторная плотность, другими словами, он имеет больше электронов, чем дырок, тем самым создавая отрицательный полюс, как показано.

Атом сурьмы и допинг

На схеме выше показаны структура и решетка донорного примесного атома сурьмы.

Основы полупроводников P-типа

Если мы пойдем другим путем и введем «трехвалентную» (3-хэлектронную) примесь в кристаллическую структуру, такую ​​как алюминий, бор или индий, которые имеют только три валентных электрона на их внешней орбитали, четвертая замкнутая связь не сможет быть сформированным.Следовательно, полное соединение невозможно, что дает полупроводниковому материалу изобилие положительно заряженных носителей, известных как дырки в структуре кристалла, где электроны фактически отсутствуют.

Поскольку теперь в кристалле кремния есть дыра, соседний электрон притягивается к ней и будет пытаться переместиться в дырку, чтобы заполнить ее. Однако электрон, заполняющий дыру, при движении оставляет за собой другую дыру. Это, в свою очередь, притягивает другой электрон, который, в свою очередь, создает за собой еще одно отверстие, и так далее, создавая впечатление, что отверстия движутся как положительный заряд через кристаллическую структуру (обычный ток).

Это движение дырок приводит к нехватке электронов в кремнии, превращая весь легированный кристалл в положительный полюс. Поскольку каждый атом примеси генерирует дырку, трехвалентные примеси обычно известны как «акцепторы », поскольку они постоянно «принимают» лишние или свободные электроны.

Бор (символ B) обычно используется в качестве трехвалентной добавки, поскольку он имеет только пять электронов, расположенных в трех оболочках вокруг его ядра, причем крайняя орбиталь имеет только три электрона.Легирование атомов бора приводит к тому, что проводимость состоит в основном из положительных носителей заряда, в результате получается материал P-типа с положительными дырками, называемыми «основными носителями», а свободные электроны — «второстепенными носителями».

Тогда основной полупроводниковый материал классифицируется как P-тип, если его акцепторная плотность больше, чем его донорная плотность. Следовательно, в полупроводнике P-типа дырок больше, чем электронов.

Атом бора и допинг

На диаграмме выше показаны структура и решетка акцепторного примесного атома бора.

Краткое изложение основ полупроводников

Тип N (например, легированный сурьмой)

Это материалы, в которые добавлено пятивалентных примесных атомов (доноров), которые проводят за счет движения «электронов», и поэтому называются полупроводниками N-типа .

В полупроводниках N-типа насчитывается:

• 1. Доноры заряжены положительно.
• 2. Есть большое количество свободных электронов.
• 3. Небольшое количество дырок по отношению к количеству свободных электронов.
• 4. Допинг дает:
  • положительно заряженных доноров.
  • отрицательно заряженных свободных электронов.
• 5. Энергоснабжение дает:
  • отрицательно заряженных свободных электронов.
  • положительно заряженных дырок.

P-типа (например, с добавлением бора)

Это материалы, в которые добавлено трехвалентных атомов примесей (акцепторов), которые проводят за счет движения «дырки», и поэтому называются полупроводниками P-типа .

В этих типах материалов есть:

• 1. Акцепторы заряжены отрицательно.
• 2. Имеется большое количество отверстий.
• 3. Небольшое количество свободных электронов по отношению к количеству дырок.
• 4. Допинг дает:
  • отрицательно заряженных акцепторов.
  • положительно заряженных дырок.
• 5. Энергоснабжение дает:
  • положительно заряженных дырок.
  • отрицательно заряженных свободных электронов.

и оба типа P и N в целом электрически нейтральны сами по себе.

Сурьма (Sb) и бор (B) — два наиболее часто используемых допинга, поскольку они более доступны по сравнению с другими типами материалов. Их также относят к «металлоидам». Тем не менее, периодическая таблица объединяет ряд других различных химических элементов с тремя или пятью электронами на внешней орбитальной оболочке, что делает их пригодными в качестве легирующего материала.

Эти другие химические элементы также могут использоваться в качестве легирующих добавок к основному материалу кремния (Si) или германия (Ge) для производства различных типов основных полупроводниковых материалов для использования в электронных полупроводниковых компонентах, микропроцессорах и солнечных элементах. Эти дополнительные полупроводниковые материалы приведены ниже.

Периодическая таблица полупроводников

В следующем уроке о полупроводниках и диодах мы рассмотрим соединение двух основных полупроводниковых материалов, материалов P-типа и N-типа, чтобы сформировать соединение PN , которое можно использовать для производства диодов.]), Я хотел сразу перейти к следующему. Я люблю поддерживать огонь, и ничто так не разжигает его, как работа с электроникой. С тех пор, как я начал работать с компьютерами (в мезозойскую эру), меня интересовала электроника в связи с тем, что они на самом деле делают внутри вычислительных устройств.

Очевидно, что электроника является неотъемлемой частью всех вычислительных устройств, но поскольку мы сосредотачиваемся на программном обеспечении, многие из нас никогда не задумывались о том, что происходит в самих электронных компонентах.Сейчас, с появлением недорогого оборудования, которое позволяет довольно легко заниматься разработкой встраиваемых систем, многие люди начинают уделять больше внимания электронике. Я верю, что он начинает больше открываться.

Одна из проблем, которые я обнаружил в прошлом, заключается в том, что есть несколько ресурсов, которые начинаются с самого начала и продолжаются оттуда (одна из моих любимых цитат / перефразировок из «Алисы в стране чудес»).

Я так взволнован написанием этой книги, что, хотя она немного грубовата (и я, скорее всего, буду писать книгу медленно, потому что это займет так много времени), я бы хотел начать размещать здесь главы.Так что, надеюсь, вы найдете это интересным и полезным.

Введение

Я написал следующее введение, чтобы объяснить, как работает эта книга. Когда я начал изучать электронику, я не знал, что читать об атомах и электронах. Атомы и электроны интересны, но я действительно хотел начать создавать что-то. Позже я был счастлив изучить теорию атома, но вначале это не имело для меня большого значения.

Может быть, ты чувствуешь то же, что и я. Если вы поймете, что согласны с остальной частью этого введения, то вы поймете, что книга подойдет вам.

Вот что я хотел :

Есть вещи, которые я хочу сделать. У меня ограниченный опыт работы в области электроники (а может быть, вообще нет), но я считаю, что то, чему мне нужно научиться, не должно быть слишком сложным. Я знаю, что веду себя немного наивно, но хочу, чтобы автор направлял меня, когда я строю проекты, которые помогут мне создать что-то интересное.

Я заинтересован в создании чего-нибудь интересного и / или полезного. Меня (пока) не интересует вся теория электроники, лежащая в основе того, как все работает.Сначала я хочу, чтобы какие-то вещи работали и что-то делали, а затем я могу найти время, чтобы вернуться и понять это.

Строить схемы

Я не против, если мы начнем с простого включения и выключения светодиода. Я просто хочу собрать схему и увидеть, как что-то происходит. Как только схема заработает, мне будет гораздо интереснее узнать, почему и как она работает. Я хочу увидеть в книге много схем, и я хочу увидеть схемы как можно раньше в книге.

Разве мы не можем просто собрать компоненты и приступить к работе?

Современная электроника — это компоненты, поэтому я предполагаю, что смогу изучить некоторые основы, собрать все вместе, а затем узнать, как все это работает.Я не против изучать теорию, пока строю проект. На самом деле, я бы предпочел строить и учиться в унисон.

Я также понимаю, что некоторые из систем, которые я хочу построить, могут быть более сложными, чем я могу создать вначале, но я хотел бы увидеть некоторую доработку этих систем. Под наращиванием я подразумеваю примерно такой процесс:

1. Сформулируйте идею того, что мне нравится ⇒ Откройте дверь гаража с помощью телефона.

2. Посмотрите, как это можно сделать.

   1. В моем телефоне есть Bluetooth. Как мне отправить сообщение по Bluetooth на дверь гаража, чтобы она открылась? Думаю, мне нужно будет написать приложение для телефона.

   2. У моей гаражной двери нет Bluetooth, как я могу это добавить? Есть ли отдельный компонент bluetooth? Есть ли способ интегрировать новый компонент Bluetooth в мою старую гаражную дверь?

   3. У моей гаражной двери есть настенный выключатель. Если бы я мог дистанционно активировать этот переключатель, дверь открылась бы.Как я могу это сделать? Есть ли компонент, который я мог бы использовать для этого?

3. Прочтите / посмотрите пошаговое руководство по построению частей системы по одной за раз.

Если слишком сложно, автор должен предоставить мне

Если что-то слишком сложно или требует много времени на моем нынешнем уровне понимания, автор может предоставить мне этот фрагмент для загрузки (если это программное обеспечение) или в качестве дополнительной покупки готового компонента.Таким образом, я могу продолжать двигаться и строить проект, если захочу, а затем я могу вернуться и узнать, как именно он работает, когда я буду готов.

Вещи не всегда работают с первого раза

Я знаю, что с первого раза что-то не получается, и меня это устраивает. Я хотел бы видеть общие проблемы, которые возникают, чтобы, когда я застрял, я понимал, что даже автор зацикливается на чем-то и разочаровывается. Я также хотел бы увидеть общие способы проверки моих схем и определения того, почему что-то не работает.

Мотивация редка, устраните барьеры для входа на рынок

У меня есть много вещей, над которыми нужно поработать, и я не всегда могу работать над своими проектами в области электроники в течение долгих часов, поэтому убедитесь, что у меня есть все необходимое для проекта заранее, чтобы я мог сразу приступить к работе, когда найду несколько минут. Кроме того, если я трачу все свое время на поиск компонентов и сбор материалов, я буду слишком устал, чтобы работать над своим проектом. Дайте мне список всего, что мне нужно (включая инструменты, которые я буду использовать) в начале каждого проекта, чтобы все было готово.

Я не хочу тратить все свое время на поиск компонентов, чтобы купить

Поиск компонентов для покупки у продавцов с хорошей репутацией

Мне нужны все компоненты, необходимые для создания конкретного проекта, прямо в начале каждого проекта. Я не хочу искать в Интернете все, поэтому дайте мне ссылки на места, где я могу купить компоненты, чтобы я мог заказать их и знать, что у меня все есть, как только они попадут в мой почтовый ящик. Я не хочу беспокоиться о том, делаю ли я заказ у уважаемого продавца / на сайте.Дайте мне ссылки на определенные сайты, которые, как уже известно автору, заслуживают уважения.

Как можно быстрее ведите меня от очень простых к продвинутым проектам

Опять же, я не возражаю против простых проектов, но быстро проведу меня по ним и объясню, насколько это будет важно позже. До тех пор, пока схемы, которые я изучаю, применимы, я не возражаю против простых маленьких схем в качестве примеров, но всегда держу их в контексте более широкой картины, чтобы я мог продолжать думать о том, как я могу использовать то, что я узнал, непосредственно в своей собственной. проекты.

Рабочее пространство и схемы питания

Я хочу, чтобы автор научил меня некоторым основам, включая правильную настройку моего рабочего места с электроникой, чтобы я мог приступить к экспериментам, когда буду готов. Более того, я знаю, что питание моих схем иногда может быть проблемой, потому что мне нужны разные напряжения и ток для разных проектов. Я хочу, чтобы автор помог мне продумать, как лучше всего реализовать мои простые эксперименты, а затем как лучше всего реализовать любые из моих проектов, которые я надеюсь построить для долгосрочного использования в качестве готовых продуктов.

Я хочу, чтобы книгу можно было читать

Я также хочу, чтобы книгу было легко читать. Я хочу, чтобы контент мог стоять сам по себе. Я хочу, чтобы книга проводила меня по материалу таким образом, чтобы я мог сначала просто прочитать главу, чтобы узнать, и увидеть, как автор проводит эксперимент и посмотреть, как идут дела. Я бы хотел, чтобы у него были фотографии и хорошие шаги, которые показывают мне, как воссоздать эксперимент, чтобы даже если я еще не могу провести эксперимент (потому что у меня еще нет деталей или оборудования), я все равно мог получить очень хорошее представление о том, как все пойдет.

Пример этого в главе 1. Я провожу некоторое исследование компонентов с помощью мультиметра, но у читателя может еще не быть счетчика или он может ждать, чтобы увидеть, действительно ли он настроен, прежде чем вкладывать средства в счетчик. Я попытаюсь описать все, что мы будем делать с измерителем, а затем покажу снимки измерителя в действии. Таким образом, читатель будет смотреть через мое плечо, когда мы оба проводим эксперимент, даже если у нее еще нет физического измерителя.

Классные проекты: когда я готов

К тому времени, когда я закончу писать книгу, я хочу создать несколько интересных полноценных проектов, которые я смогу развить дальше или которые аналогичны более продвинутым проектам, о которых я мечтал построить.

Вот некоторые вещи, которые я хочу увидеть:

• Узнайте, что такое все доступные электронные компоненты * , и основы того, что они делают

• Создание проектов с минимальным количеством компонентов в целях экономии денег — т.е. не использовать микроконтроллер, если я могу сделать это с базовыми компонентами

• Делайте крутые штуки со светодиодами

• Цепи управления с ИК-датчиком

• Узнайте, почему выключатели и автоматические выключатели — это самое важное в электронике

• Генерация звуков и воспроизведение через динамики

• Использование BlueTooth

• Использование ЖК-экранов для отображения данных

• Запись данных на SD-карту из моего IoT-проекта

• Приведение в движение двигателей и сервоприводов

• Написание базового кода для Arduinos — набор инструментов Arduino и что на самом деле означает написание кода для встроенного устройства

• Сделайте музыкальный плеер с Arduino

• Помогите мне узнать, как экономить электроэнергию в моих проектах, чтобы они могли работать на минимально возможных батареях — я хочу поделиться своими устройствами с людьми.

• Разрешите мне открыть / закрыть дверь гаража с помощью телефона (через BlueTooth)

• Узнайте, как я могу создать устройство для блокировки / разблокировки компьютера с помощью телефона

• Заставляйте меня паять вещи только тогда, когда я должен или когда я делаю окончательный проект, и дайте несколько полезных базовых советов по пайке

* Очевидно, что существует огромное количество электронных компонентов, список которых был бы слишком обширным для этой книги, но мы рассмотрим огромный список общих компонентов и то, как эти компоненты используются для создания других.К концу книги вы будете знать, как читать таблицы, чтобы получить информацию, необходимую для исследования новых компонентов, которых нет в моем обширном списке.

Я хочу, чтобы это был собранный ресурс

Я хочу, чтобы книга провела меня через все эти проекты и помогла мне получить знания, и хорошо, что это не обязательно совершенно новая информация, которую нельзя найти где-либо еще. Я понимаю, что это собранный и целевой ресурс некоторых из наиболее интересных (по мнению автора) проектов, найденных автором.Я хочу, чтобы автор рассказал мне и об этих других ресурсах, чтобы я мог идти дальше, пока читаю книгу, и когда закончу ее.

Вот и все. Именно такую ​​книгу я искал. Я считаю, что именно такую ​​книгу я создал (создаю) для вас.

Я создал его и для себя, потому что это журнал тех проектов, которые я хотел. Надеюсь, вам это понравится так же, как и мне, поскольку я все это собрал.

Если это похоже на то, что может вас заинтересовать, тогда приступим.

~ Роджер Дойч, 2 января 2018 г.

Это простейшая схема, которую вы можете построить. Никаких проводов не требуется.

Вот что вам нужно

1. Батарея CR2032 (батарейка типа «таблетка» — выглядит как монета)

   1. Вы можете получить 2 из них на Amazon примерно за 3 доллара (http://amzn.to/2zdKCqY)

2. Светодиод

   1. Вы можете получить 30 зеленых светодиодов с некоторыми резисторами (о резисторах мы поговорим позже) на Amazon примерно за 5 долларов (http: // amzn.к / 2zfJWRY)

3. Мультиметр (http://amzn.to/2CsC3JL)

Вот что вы узнаете

• У аккумулятора есть положительная и отрицательная сторона.

• У светодиода есть положительная и отрицательная сторона.

• Компоненты с положительной и отрицательной сторонами называются поляризованными.

• Не все компоненты поляризованы

• Немного о трех основных игроках (напряжение, ток, сопротивление) электричества.Другими словами, из того, что составляет электричество, каким мы его знаем и используем.

• Чтение таблиц данных

• Основы мультиметра (электронного измерительного прибора)

• Введение в закон Ома

Вот необходимая батарея:

Вы можете видеть, что эта сторона (назовем ее верхнюю) помечена для предоставления некоторой информации.

Это CR2032, напряжение 3 вольта (подробнее об этом чуть позже).Они часто сокращают это до просто V, например: 3V. Эти круглые батарейки часто называют монетными или кнопочными элементами, потому что они напоминают монету или пуговицу. Этот размером с монету в США. Их также иногда называют батарейками для часов, потому что давным-давно они использовались преимущественно в наручных часах.

Батареи (и некоторые другие компоненты) имеют положительную и отрицательную стороны

Метка + указывает на то, что это положительный полюс батареи.

Батареи имеют положительную и отрицательную стороны.

Я упоминаю об этом, потому что светодиоды (светоизлучающие диоды) также являются поляризованными компонентами, и у них тоже есть положительная и отрицательная стороны. На самом деле, поскольку у обычных светодиодов две ножки, одна ножка у них положительная, а другая — отрицательная. Ниже показано изображение светодиода (светоизлучающего диода).

Отрицательная сторона АКБ выглядит так:

Вы можете видеть, что на этой стороне немного больше текстуры.Наверное, просто чтобы убедиться, что он не скользит внутри, в чем бы он ни был установлен.

Маркировка компонентов

Эта сторона практически не имеет маркировки. Вот как много электронных компонентов: они предоставляют информацию с той или иной стороны. Это подсказка о том, что если вы не найдете никакой маркировки, возможно, вам нужно перевернуть компонент или поискать в другом месте, и вы, вероятно, что-то найдете.

Компоненты могут быть поляризованы

Как я уже сказал, любой электронный компонент может быть поляризованным.Это означает, что у него есть как положительные стороны, так и отрицательные. Это важно знать, потому что вам нужно выровнять одинаковые стороны разных компонентов при создании схемы. Однако не все компоненты поляризованы. Мы узнаем о резисторах, которые не поляризованы (не имеют отрицательной и положительной сторон) и могут быть включены в цепь в любом направлении. Вы можете думать о обычном куске провода как о неполяризованном, так как соединительный провод можно разместить в цепи в любом направлении.

Электронный поток

Другой способ думать о полярности — это то, как электроны проходят через цепь. Поляризованный компонент — это компонент, который позволяет электронам течь через него только в одном направлении. Компоненты, такие как отрезок провода, который позволяет электронам течь в любом направлении, не поляризованы.

Светодиод позволяет электронам двигаться только в одном направлении, поэтому он поляризован.

Даже в этом первом простом эксперименте нам нужно понять поляризацию, поскольку нам нужно будет подключить положительную сторону светодиода (светоизлучающего диода) к положительной стороне батареи, а отрицательные стороны друг к другу.

Что на самом деле означает «положительный / отрицательный»?

Вам может быть интересно, что на самом деле означает положительное или отрицательное. Обычно это относится к источнику питания. В нашем случае источником питания является аккумулятор. Батарея имеет одну сторону, на которой скопилось избыточное количество электронов. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, сторона батареи с избыточными электронами считается отрицательной стороной по сравнению со стороной с недостатком электронов — положительной стороной батареи.Именно эта разница создает напряжение. Мы поговорим об этом позже. На данный момент простого понимания того, что отрицательная сторона — это сторона с избыточными электронами, достаточно для понимания других концепций.

Выравнивание одинаковых сторон поляризованных компонентов

Чтобы светодиод заработал, нам нужно совместить положительную ножку светодиода с положительной стороной батареи, а отрицательную — с отрицательной стороной батареи.

Первый эксперимент

Давайте попробуем наш первый эксперимент, в котором загорится светодиод.Все очень просто. Вам не нужно ничего, кроме светодиода и упомянутой батарейки типа «таблетка».

Светодиод: более длинная нога — плюс

Если вы внимательно посмотрите на светодиод, который собираетесь использовать, вы увидите, что одна из его ножек длиннее другой. Это положительная нога. Эта нога должна коснуться плюсовой стороны батареи.

Очевидно, что более короткая ножка будет отрицательной и должна касаться — как вы уже догадались — отрицательной стороны батареи.

Теперь вы можете сделать это, держа батарею вертикально в одной руке и опуская ножки, пока они не коснутся каждой стороны батареи.

Вот моя батарея CR2032, которая стоит на макетной плате, прислоненная к двум проводам (для стабилизации изображения).

Вот я держу ножки светодиода к соответствующим сторонам батареи, чтобы светодиод загорелся. Имейте в виду, что провода за батареей не делают ничего, кроме стабилизации батареи, поэтому я могу сделать снимок рукой.

Если по какой-то причине вы не можете сказать, какая сторона светодиода длиннее, есть (по крайней мере) две другие вещи, которые вы можете проверить, чтобы определить, какая сторона какая.

Плоская сторона пластика: негатив

Если вы внимательно посмотрите на пластиковое покрытие светодиода, вы увидите, что одна сторона (если рассматривать стороны как места, где каждая ножка входит в пластик) плоская с одной стороны. Эта сторона — отрицательная сторона, и, конечно, процесс устранения говорит вам, что другая сторона — положительная сторона.

Вы также можете заглянуть внутрь пластика и увидеть что-то вроде следующего:

Вы увидите, что одна сторона больше другой. На изображении видно, что металлическая пластина с правой стороны (внутри пластика) намного больше. Большая сторона — это отрицательная сторона, и, конечно же, меньшая сторона — положительная. Большая сторона называется наковальней, а меньшая сторона — стойкой.

Вот хороший вид на светодиод:

Изображение является общественным достоянием с: https: // commons.wikimedia.org/wiki/File:LED,_5mm,_green_(en).svg

Вы можете видеть, что отрицательная сторона светодиода также называется катодом, а положительная сторона — анодом. Мы будем говорить об этом больше по мере продвижения, и мы увидим эти термины, связанные с другими компонентами.

Что, если коснуться обеими ногами положительной стороны?

Может быть, вам интересно, что произойдет, если вы прикоснетесь обеими ногами к плюсу или обеими ногами к минусу батареи? Светодиод сломается, взорвется или расплавится? Нет, вообще ничего не произойдет.Идите вперед и попробуйте, чтобы убедиться в этом сами.

Почему ничего не происходит?

Ничего не происходит, потому что электроны не текут. Почему не текут электроны? Потому что между двумя ножками светодиода нет разницы в напряжении. Что это обозначает?

Напряжение — это часть электричества, которая проталкивает электроны по цепи. Напряжение — это толкающая сила электронов. Если нет разницы напряжений между двумя точками (в данном случае между двумя ножками светодиода), электроны не будут двигаться.В цепи есть электроны, но отсутствует толкающая сила, когда вы подключаете оба конца к одной и той же полярности (оба + (положительный) или оба — (отрицательный)). Толкающая сила (напряжение) в цепи создается разницей между электроны в двух точках цепи. Если у вас нет разницы между двумя точками (в данном случае двумя ножками светодиода), то у вас нет ни напряжения, ни движения электронов, ни потока электричества, также известного как ток.

Напряжение можно представить как давление воды

Представьте себе трубу, наполненную водой, но лежащую на ровной поверхности — оба конца трубы ровные.Поскольку между двумя концами трубы нет разницы, вода не течет. Однако, если вы поднимете один конец трубы, вода начнет течь к нижней стороне трубы и вылетать из нее. Это хорошая аналогия с тем, как ведут себя электроны.

Вы также можете думать об этом как о воде в ручье. Если русло ручья полностью выровнено, вода не будет двигаться. Если вода не движется, мы говорим, что нет течения. Мы также называем движущиеся электроны током. Итак, если нет напряжения, нет и тока — нет движущихся электронов.Если нет движущихся электронов, мы не получаем электричества — нет тока.

Там есть потенциальная энергия (энергия покоя), но поскольку ток не движется, ничего не происходит. Чтобы что-то произошло, электроны должны возбудиться. Например, любой медный провод содержит электроны, но до тех пор, пока медный провод не подключен к источнику, который содержит избыток электронов на одном конце и недостаток электронов на другом конце (обычно считается заземлением), нет ни напряжения, ни тока. потоки.Напряжение, давление, заставляющее электроны проталкиваться через провод, заставляет электроны двигаться. Но для получения напряжения между частями цепи должен быть перепад давления. В случае, когда вы подключили обе ноги к плюсу или обе ноги к минусу, перепада давления не было, поэтому ничего не происходит. Как будто труба лежала на ровной поверхности.

Электроны движутся, светодиод загорается

Однако, когда мы подключаем положительный полюс к положительному, а отрицательный — к отрицательному, тогда (при правильно заряженной батарее) электроны начинают течь.Когда электроны текут, они проходят через проволочное соединение светодиода (показано на предыдущем изображении) к полупроводниковому кристаллу. Когда полупроводниковый кристалл активируется, он выделяет энергию в виде фотонов (света), которые загорают светодиод.

Разница давлений, о которой мы говорим, заключается в том, что в батарее, которую мы используем, накапливаются электроны на отрицательной стороне батареи по сравнению с положительной стороной. Поскольку на отрицательной стороне происходит накопление электронов, это создает разницу давления и напряжение между отрицательной стороной и положительной стороной батареи.Когда это происходит, и вы подключаетесь к каждой стороне с помощью проводника (провода, металла, светодиода и т. Д.), Который отдает свои электроны, тогда электроны могут течь с отрицательной стороны на положительную.

Как умирают батареи

Когда вы используете батарею, положительная сторона продолжает получать электроны. Когда он, наконец, наберет столько электронов, сколько имеет отрицательная сторона (после длительного использования батареи), батарея больше не будет работать, так как разница напряжений упадет до нуля. Это когда мы считаем батарею разряженной.Он достиг состояния равновесия электронов между двумя точками. Как будто оба конца трубы снова находятся на одном уровне.

Несколько слов о движении электронов

В предыдущих абзацах и по мере продолжения изучения материала вы увидите, что я упоминал, что электроны будут двигаться. Для сторонников теории атома я должен воспользоваться моментом, чтобы упомянуть, что электроны не движутся по проводам, как машина, едущая по шоссе.На самом деле это просто условность, которую мы используем, чтобы помочь нашему пониманию. Лучший способ объяснить, как движутся электроны, — это представить себе трубку, полную шариков для пинг-понга. Когда вы вставляете один шарик для пинг-понга в один конец трубки, каждый шарик для пинг-понга перемещается лишь незначительно, а шарик для настольного тенниса на дальнем конце выпадает. Вероятно, это лучшее представление о том, как электроны в проводящем материале перемещаются от одного атома к другому, но когда мы говорим о токе и когда вы читаете в других местах, большинство людей обсуждают движение, используя традиционный способ представления электронов, движущихся как машина едет по шоссе, и это нормально для наших целей.

Сколько напряжения?

Для выполнения различных работ требуются разные величины напряжения. Очевидно, что если нам нужно быстрее протолкнуть больше электронов, нам понадобится большее напряжение. В случае нашего светодиода, если мы не подаем достаточное напряжение, электроны не будут иметь достаточно энергии для движения, и светодиод не загорится.

Как мы можем узнать, какое напряжение нам нужно для конкретной задачи, которую мы пытаемся сделать?

Оригинальный производитель детали предоставит эту информацию, чтобы мы могли ее проверить и узнать.Все это часть знакомства с работой с электроникой.

Сколько вольт для питания светодиода?

Вы можете просто погуглить что-нибудь вроде «сколько вольт для включения светодиода», и вы, вероятно, получите хороший ответ.

Моя батарея в настоящее время подает ток 3,077 В и 40 мА.

Вот как я измерил напряжение аккумулятора.

Я запустил свой мультиметр (универсальный измеритель), который можно использовать для измерения напряжения, тока и других измерений.

Я настроил свой измеритель на измерение напряжения, подключив щупы к правильным портам мультиметра. Затем я прикоснулся отрицательным датчиком (черный) к отрицательной стороне батареи и положительным датчиком (красный) к положительной стороне батареи и посмотрел на экран мультиметра, на котором отображалось напряжение (3,077).

Измерение напряжения и тока должно выполняться по-разному. Вы должны измерить падение напряжения на компоненте от одной стороны до другой (от высокой стороны к низкой), потому что это измеряет разницу между двумя сторонами.Точно так же, как вы не можете заставить светодиод загореться, прикоснувшись обеими ножками к положительной стороне батареи, вы не можете измерить напряжение, прикоснувшись обоими щупами к одной стороне батареи. Вместо того, чтобы измерять напряжение, мы должны измерить разницу между двумя точками, поэтому щупы должны касаться двух разных точек, а не одной и той же точки (отрицательной или положительной стороны).

Вот схема, показывающая вольтметр, когда мы используем его для измерения нашей батареи.

Я знаю, что это кажется чрезвычайно упрощенным, но хорошо знать, что даже измеритель может быть представлен на схеме, и это на самом деле показывает нам, что зонды измерителя должны быть размещены правильно.В случае измерителя напряжения щупы измерителя должны быть размещены в месте, где есть разница напряжений, чтобы измерить напряжение, в противном случае нет напряжения для измерения. Мы поговорим об этом подробнее в дальнейшем.

Вот еще один вид измерителя без соприкосновения двух датчиков. Значение на экране просто перемещается к разным значениям, поэтому вам придется игнорировать отображаемое значение, поскольку оно на самом деле ничего не измеряет и не имеет смысла. На изображении показано напряжение 13 мВ, но это просто случайно сгенерированное значение, поскольку оно никак не измеряет разницу напряжений.

Главное, что нужно иметь в виду, это то, что красный провод, который вы видите, — это весь один зонд (один конец подключен к измерителю, а измерительный конец направлен на батарею. То же самое верно и для черного зонда. Дело в том, что всего два провода (два датчика), и с помощью этих двух датчиков вы можете измерять напряжение.

Мы будем использовать те же два датчика для измерения тока, но красный датчик будет перемещен к другому порту на измерителе.Но общий зонд (черный) останется в том же порту.

Измерение тока

Мы также можем измерять ток, но это нужно делать последовательно со схемой. Последовательное соединение со схемой означает, что мультиметр становится частью схемы. Чтобы лучше понять это, нам нужно подумать о том, что такое цепь и как электроны проходят только через постоянно подключенную цепь.

Эта идея иногда сбивает с толку, поэтому не беспокойтесь, если вы еще не совсем ее поняли.По мере продвижения по книге он станет более твердым. Я просто хочу, чтобы вы знали, что вы должны измерять напряжение и ток по-разному, и что мы можем измерить и то, и другое с помощью измерителя.

Я нашел таблицу на сайте SparkFun:

https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/LED/COM-09590-YSL-R531R3D-D2.pdf

В этом техническом описании перечислены абсолютные максимумы для конкретных продаваемых светодиодов SparkFun, и они выглядят следующим образом:

Обратите внимание, что в нем указано, что максимальный прямой ток не должен превышать 30 мА.Однако ток от моего монетного элемента CR2032 на самом деле обеспечивает 40 мА. Есть большая вероятность, что это ограничит срок службы светодиода. Но для наших целей это работает.

В другом разделе таблицы также указано максимальное напряжение:

Последствия превышения максимального напряжения

Как видите, максимальное напряжение составляет 2,2 В. Поскольку мы используем батарею 3 В, мы слишком быстро пропускаем электроны через светодиод. Это будет генерировать больше тепла и приведет к тому, что компоненты (стойка, наковальня, пластиковое покрытие) сломаются намного быстрее, поскольку материалы не оцениваются на этом уровне.

Конечно, поскольку мы используем его только для коротких импульсов, периодически прикасаясь двумя ножками к монетному элементу, мы, вероятно, не повредим светодиод настолько, чтобы он имел значение. Но если бы это было подключено в цепь, срок службы светодиода был бы значительно короче.

Как измеряется ток

Ток измеряется количеством электронов, которые проходят точку за определенный промежуток времени. Пока напряжение измеряется в вольтах. Ток измеряется в амперах, которые обычно сокращенно обозначают амперами.Один ампер тока — это один кулон электронов (6,24 x 10 ¹⁸ или 6,24 квинтиллионов электронов), проходящих через точку в цепи за одну секунду. Это много электронов.

В нашей маленькой схеме мы имеем не один ампер, а только 40 мА (миллиампер), что составляет 0,040 ампер. Поскольку милли означает тысячную, это составляет сорок тысячных ампер. Таким образом, мы не выталкиваем столько электронов за точку так быстро. Тем не менее, мы выдвигаем больше, чем максимальное значение 30 мА, которое, как указано в таблице данных, может выдержать этот светодиод.Поскольку электроны создают трение в цепи, они тоже выделяют тепло, и это тепло плохо для нашей схемы, поскольку его больше, чем легко быстро рассеивается.

Вот как я измерил ток в этой маленькой цепи с помощью мультиметра.

Вот схема амперметра в нашей схеме.

Это фактически показывает нам, что наш амперметр является частью цепи. Другими словами, он добавляется в схему так же, как мы добавляем любой другой элемент в нашу схему — например, светодиод, резистор или любой другой компонент.Опять же, по мере продолжения чтения книги вы увидите больше о том, чем это отличается от того, как мы измеряем напряжение.

Быстрый пример измерения разности напряжений

Но вот небольшой пример того, чем отличается измерение напряжения. Напряжение следует измерять как разницу между двумя точками. В нашей исходной схеме с нашим измерителем напряжения мы измеряли только от положительной стороны батареи до отрицательной, поэтому было очевидно, что у нас есть перепад напряжения.Однако, когда в схеме есть компонент, он немного отличается.

Если вы посмотрите на нашу исходную схему измерения напряжения (показанную ниже слева) и сравните ее с примером справа (который содержит дополнительный светодиодный компонент), вы можете подумать, что тот, что справа, подходит для измерения напряжения. Однако это не так.

Если вы внимательно посмотрите на тот, что справа, оба щупа теперь являются одной отрицательной стороной цепи, и разницы напряжений нет.Когда нашу схему разделяют один или несколько компонентов, нам нужно убедиться, что мы измеряем напряжение на компоненте (ах).

Я знаю, что это все еще может немного сбивать с толку, но вот как вы можете измерить напряжение на светодиодном компоненте.

Теперь положительный датчик находится на положительной стороне цепи, а отрицательный датчик — на отрицательной стороне, и теперь на измерителе напряжения будет отображаться напряжение.Также обратите внимание, что это отличается от способа измерения амперметра (измерения тока).

Это все еще может сбивать с толку.

Цель всех этих объяснений и примеров — просто познакомить вас с этими концепциями, чтобы вы могли думать о них по мере того, как узнаете больше. Если это все еще кажется запутанным, это нормально, так как мы увидим это в будущем. Конечно, в следующих главах мы построим схемы и будем измерять их с помощью наших вольтметров и амперметров (мультиметра), и мы увидим эту работу в реальной жизни, а не просто как набор изображений.

Вырабатывается много тепла

Если мы увеличим напряжение и создадим больший ток в этой цепи, он достигнет точки, в которой светодиод плавится. Это потому, что электроны создают трение внутри цепи, и это трение создает тепло. В конце концов, ноги могут стать настолько горячими, что обожгут вас, если вы будете их держать. Чрезмерный нагрев — одна из опасностей при работе с контурами, поэтому будьте очень осторожны. Всегда проверяйте свои компоненты и источники питания, чтобы правильно учитывать максимальное напряжение и ток.

Вы также начинаете видеть, что напряжение и ток тесно связаны друг с другом, потому что, когда мы повышаем напряжение, ток в цепи обычно увеличивается. Это похоже на размышления о воде в трубе. Если вы поднимете трубу только на несколько градусов, вода не будет двигаться так быстро (поток воды будет медленнее), чем если вы поднимите трубу на 45 градусов. При прочих равных условиях в цепи напряжение и ток прямо пропорциональны друг другу.Чем выше напряжение, тем выше возрастает и ток.

Как мы можем контролировать напряжение?

Иногда у нас может быть батарея с неправильным напряжением. В нашей простой схеме у нас действительно есть источник батареи, который слишком высок — 3 В, и это заставляет нас превышать максимальный номинальный ток для нашего светодиода. Однако сложно (если не сказать совершенно невозможно) создать батарею с точно таким напряжением, которое нам нужно для каждой из наших цепей. Однако так же, как вы можете создавать трубы меньшего размера, которые ограничивают максимальное количество воды, которая может проходить через них, мы можем использовать компонент для ограничения скорости электронов (тока), которые движутся по цепи.

Главный компонент, который мы используем для этого, называется резистором, поскольку он сопротивляется току. Фактически он сопротивляется протеканию тока, понижая напряжение в цепи.

Да, немного математики поможет

Поскольку напряжение и ток связаны между собой, мы можем узнать очень маленькую формулу, которая позволяет нам вычислить, какое напряжение мы должны использовать, чтобы получить определенное значение тока, протекающего в цепи. Пожалуйста, не обращайте внимания на математику. Это не сложнее, чем выяснить, сколько денег у вас осталось, когда вы покупаете яблочный пирог в McDonald’s на 5-долларовую купюру.

Я хочу сказать, что вы все время делаете такие вычисления и не вспотеете и не боитесь математики.

На данный момент вам даже не нужно это понимать. Просто введите цифры и получите нужный ответ.

Ома гласит, что напряжение (измеренное в вольтах) равно току в цепи (измеренному в амперах), умноженному на сопротивление (измеренное в Ом) в цепи.

Гораздо проще увидеть это как формулу.

 Напряжение = ток * сопротивление 

Конечно, люди сокращают вещи, чтобы вы могли видеть это как:

 В = C * R 

Однако за этим стоит некоторая история, и изначально Voltage называлось Electromotive Force. Это имеет смысл, потому что мы знаем, что напряжение — это давление или сила, проталкивающая ток через цепь.

Вот почему вы увидите закон Ома в виде:

 E = C * R 

Это по-прежнему означает, что напряжение = ток * сопротивление.

Однако вы на самом деле этого не увидите, потому что ток был назван французскими исследователями интенсивностью де куранта (интенсивность тока). Таким образом, I исторически использовался для тока в цепи. Поэтому замените C вместо current на I, и у вас будет:

 E = I * R 

А поскольку математики очень любят сокращения, вы обычно видите это как:

 E = IR 

Без изменений

Вот и все.Обещаю, что больше не поменяю.

Иногда мы знаем напряжение и ток, который нам нужен, но мы не знаем сопротивление, которое мы должны использовать (через компонент резистора), чтобы получить ток, который нам нужен.

Так обстоит дело с нашей первой схемой.

Мы знаем, что у нас есть 3 В, и мы знаем, что нам нужно не более 30 мА, но мы не знаем, какое сопротивление использовать. Чтобы вычислить это, мы просто изменим нашу исходную формулу, чтобы мы могли найти R (сопротивление).

Вот как это выглядит:

 E / I = 

Конечно, это просто означает, что напряжение, разделенное на ток, даст нам размер резистора (в Ом), который нам нужен.

В нашем случае мы вставляем числа и идем:

 3 / .030 = R

3 / 0,030 = 100 Ом 

Это сработало очень хорошо. Итак, если мы хотим защитить нашу схему для длительного использования, мы просто добавим резистор на 100 Ом, а затем ток будет ограничен максимумом 30 мА.

Но, увы, реальный мир не точен, как и резисторы. Они хороши только в пределах определенных допусков. Конечно, батарея на 3 В тоже не точная, так как я измерил ее на 2.92V в одно время и 3.077 в другое время.

Если мы подключим это реальное напряжение, мы получим:

 2,92 / 0,030 = R

2,92 / 0,030 = 97,333 (повторяющаяся десятичная дробь) 

Самое приятное в электронике то, что она не точна. Как правило, можно немного расслабиться. Но, конечно же, поскольку максимальный ток на светодиодах составляет 30 мА (мА), мы хотим убедиться, что мы немного ниже этого значения, поэтому, если произойдет скачок напряжения или батарея 3,1 В, все будет в порядке.

Мы можем сделать это, просто немного увеличив резистор.

Вместо того, чтобы просто гадать, мы можем выбрать текущее значение, которое нам нравится, немного ниже максимального значения 30 мА, а затем снова выполнить наш расчет.

Конечно, если мы выберем слишком низкий ток, светодиод не будет гореть так ярко, или если мы ограничим его слишком сильно, светодиод не загорится вообще. Вернуться к таблице данных.

Я вижу строку, которая выглядит примерно так:

Предложение * , скорее всего, должно быть предложено. Итак, в таблице данных указано, что этот светодиод хорошо работает с током 16-18 мА.Замечательно. Видите, насколько полезными могут быть эти таблицы?

Давай с максимальным максимальным значением 0,018 А.

 3 / .018 = R

3 / 0,018 = 166,666 (повторяющаяся десятичная дробь) 

не подходят для этого конкретного размера

Когда вы пойдете в магазин за резисторами, вы обнаружите, что не найдете их такого точного размера. Это нормально, потому что мы можем найти что-нибудь близкое.

В этом случае мы просто увеличим сопротивление до 180 Ом.

Давайте пересчитаем, используя 180, чтобы увидеть, каким будет наше окончательное текущее значение.

Поскольку мы не рассчитываем конечный ток, мы хотим, чтобы наша формула выглядела следующим образом:

 E / R = I

3/180 = 0,01666 (повторяющаяся десятичная дробь) 

16 мА — хорошее число для нас. Однако нам не хватает некоторой информации, необходимой для правильных расчетов.

Все, что мы вычислили до сих пор, было бы в точности правильным, если бы наша схема состояла только из батареи, проводов и одного резистора. Однако мы забыли учитывать, что у нас также есть светодиод в цепи, и светодиод также создает сопротивление в нашей цепи.Это означает, что фактический ток, протекающий в цепи, будет ниже 18 мА, которые мы рассчитали ранее.

Давайте посмотрим на первую простую схему, которую мы собираемся построить в главе 2, чтобы вы могли получить представление о том, как выглядят компоненты:

Прямое напряжение (Vf) светодиода

Проблема здесь в том, что у нас нет значения сопротивления для светодиода, вместо этого у нас есть падение Vf (прямое напряжение), которое произойдет на резисторе.Как указано в паспорте, падение напряжения будет где-то между 1,8-2,2 В. Обычно мы просто используем значение где-то посередине, например 1.9V, для наших расчетов.

Чтобы рассчитать требуемый размер резистора, нам просто нужно иметь в виду Vf (прямое напряжение) светодиода и немного изменить нашу предыдущую формулу.

Так как светодиод фактически снизит напряжение нашей батареи на 1,9 В, мы изменим нашу предыдущую формулу, чтобы она выглядела следующим образом:

 Напряжение аккумулятора (3) - светодиод Падение напряжения Vf (1.9) / R (180) = I 

Вычтите прямое падение напряжения светодиода (1,9 В) из общего напряжения батареи (3 В).

 3 - 1,9 = 1,1 В

1,1 В / 180 (Ом) = 0,006 = 6 мА 

Опять же, упрощенная формула может выглядеть следующим образом (я использую Vb как напряжение батареи):

 (Vb - Vf) / R = I

(3–1,9 В) / 180 = 0,006 

Меньший ток может повлиять на цепь

6 мА — это намного меньшее значение для общего тока, протекающего в цепи, чем то, что мы рассчитали ранее (16 мА).Это важно знать, поскольку снижение тока может даже привести к тому, что светодиод не загорится.

Теперь, когда мы эффективно изменили общее напряжение (из-за падения напряжения на светодиодах), мы должны снова рассчитать целевой резистор.

 1,1 В / 0,018 = R (номинальный размер резистора)

1,1 В / 0,018 = 61,111 

Конечно, как я сказал ранее, вы не найдете резисторы для каждого расчетного значения, поэтому в этом случае мы просто будем использовать резистор 100 Ом. Опять же, давайте пересчитаем, чтобы знать, каким будет наш целевой ток.

 1,1 В / 100 = I (целевой ток)

1,1 / 100 = 0,011 (11 мА) 

Это много информации

Мы продолжим рассматривать эту концепцию в будущем, но я хотел, чтобы вы узнали об этом сейчас, поскольку она действительно влияет на течение и поможет вам в обучении по мере продолжения изучения материала.

Обобщение формул

Давайте подытожим формулы закона Ома и эту новую информацию, которую я вам только что дал, чтобы вы не чувствовали себя подавленными какой-либо алгеброй.

Вычислить любое значение из двух других

Мы можем вычислить любое из трех значений (напряжение, сопротивление или ток), просто выбрав формулу ниже и подставив два известных числа, которые у нас есть.

Расчет напряжения

 E = IR (простое умножение) 

Расчет сопротивления

 R = E / I 

Рассчитать текущий

 I = E / R 

Всегда учитывайте прямое напряжение со светодиодами

Конечно, если вы добавляете светодиод в схему, вы должны сначала рассчитать ваше общее напряжение, вычтя падение напряжения Vf для каждого светодиода в последовательной цепи.Конечно, рассчитать общее напряжение несложно. Просто вычтите падение Vf из напряжения батареи.

 (Vb - Vf) = полное напряжение = E 

Мы поговорим об этом подробнее и о том, что это фактически часть Закона Кирхгофа о напряжении позже. Кроме того, в главе 3 мы настроим аналогичную схему и измерим ее с помощью мультиметра, чтобы вы могли воочию убедиться, что ток ниже из-за падения напряжения на светодиодах.

Не беспокойтесь о формулах слишком много

Не беспокойтесь об этих формулах, потому что со временем они станут вашей второй натурой.Если они все еще сбивают вас с толку, это не проблема, мы продолжим работать с ними вместе, и к тому времени, когда вы прочитаете половину этой книги, вы их все выучите наизусть, и они будут иметь для вас смысл.

Мы многому научились из этой главы

В этой главе вы многому научились и должны увидеть, как полученные знания на самом деле применимы к реальным схемам. Я знаю, что в этой главе была только одна схема, но то, что вы узнали с этой схемой (полярность, напряжение, ток, сопротивление), значительно облегчит понимание следующей главы, где мы создаем множество схем.

В эту главу не вошел очень хороший пример схемы, потому что она не могла работать сама по себе. Пришлось держать его в руках. С этого момента, начиная с главы 2, все наши схемы будут построены автономно. Для этого воспользуемся макетами.

Предстоящая глава

Что такое макетная плата?

Для создания прототипов схем используется нечто, называемое макетной платой, для удержания проводов и компонентов вместе, поэтому вам не нужно спаять их вместе только для проверки.Макетные платы — это пластиковые блоки, которые обеспечивают основные электрические (металлические) соединения, которые удерживают ваши компоненты вместе, как если бы они были построены как печатная плата. Мы рассмотрим их более подробно во второй главе. Вам потребуются макеты и все остальные компоненты, перечисленные в начале главы, поэтому просмотрите список и заказывайте детали, чтобы получить их, когда будете готовы.

Все важное — выключатель

В следующей главе мы рассмотрим:

1. Неожиданное значение переключателей — я надеюсь, что этот доклад заинтересует и поразит вас, когда вы откроете для себя новый взгляд на автоматизацию и переключатели.

2. Огромное количество вещей в электронике, которые фактически играют роль переключателей. С переключателем, представляющим такую ​​простую концепцию, удивительно (и пробуждает) то, что переключатели реализованы в электронике по-разному.

История

первая публикация: 2018-01-04

Руки практическое внедрение электроники аналоговые и цифровые схемы | Схемы и системы

С чего начать? — учиться.sparkfun.com

Добро пожаловать в Электронику!

Мы живем в удивительно высокотехнологичном мире, окруженном электронными штуковинами и гаджетами. Поскольку наша жизнь так наполнена электроникой, каждый, — инженеры, преподаватели, предприниматели, студенты и художники — могут извлечь большую пользу, узнав о них больше. Понимание того, как читать схемы, паять, программировать и строить схемы, дает уникальное понимание мира, в котором мы живем; не говоря уже о том, что взлом и создание электроники — это просто развлечение!

С помощью наших руководств и комплектов мы хотим помочь сделать мир электроники максимально доступным.Каждый может (и должен!) Изучать электронику. Просто нужно найти с чего начать.

Учебные пособия для начинающих

Наши руководства объясняют, обучают и вдохновляют энтузиастов электроники и новичков. У нас есть широкий спектр руководств, охватывающих как основы теории электроники, так и примеры сборки проектов. Учебники написаны экспертами, и они наполнены высококачественными изображениями, которые помогут вам в этом. Если вы не знаете, с какого урока начать, ознакомьтесь с разделом «Уроки для начинающих» этого руководства.

Стартовые комплекты

В нашем розничном интернет-магазине мы продаем все, от наборов для пайки для начинающих до платформ для продвинутых разработчиков. Что может быть лучше для начала обучения, чем , делая ? Наши наборы помогают объяснить основные концепции электроники, а также позволяют создать что-то интересное и функциональное. Найдите наши рекомендуемые наборы для начинающих в разделе «Наборы для начинающих» этого руководства и приступайте к созданию!

Учебные пособия для начинающих

Наши учебные пособия разделены на несколько категорий: концепции, технологии, навыки, руководства по подключению и проекты.Каждая учебная категория основана на последней.

Концепт

Наши концептуальные руководства охватывают действительно мелкие и мелкие области электроники. Это то, чему вы можете научиться на уроках электроники.

Технологии

Technology конкретно рассказывается о компонентах, стандартах и ​​технологиях, которые делают все это возможным. Вы можете узнать, как работает GPS и как вы можете добавить его в свой проект. Или вы можете прочитать все о резисторах, диодах и других основных электронных компонентах.

Навыки

Electronics — это не только вычисление токов, напряжений и сопротивлений. Вы должны научиться некоторым (сладким) навыкам, чтобы создавать вещи! Вот несколько отличных мест для начала в разделе навыков:

крючки

Вы ищете краткое руководство по использованию нового щита или коммутационной платы Arduino? Это то, на что ориентированы наши руководства по подключению. Эти учебные пособия обычно включают объяснение конкретного продукта, а также примеры схем и кода для его быстрого запуска и работы.Ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по подключению:

Проектов

Если вы ищете вдохновения для собственных проектов, посмотрите, что мы сделали. Эти руководства достаточно подробны, чтобы вы могли следовать им и строить точную копию. Или вы можете проработать наш проект, улучшить его и сделать своим. Они должны послужить несколькими отличными руководствами по стартовым проектам:

Статьи

Если мы напишем учебное пособие, которое не соответствует ни одной из вышеперечисленных категорий, мы разместим его в разделе статей.Здесь вы найдете информацию о том, как ориентироваться в требованиях FCC или как мы собираем наши продукты. Это хорошие чтения и содержат важную информацию для кого-то …

Стартовые комплекты

Мы хотим получить всех, так же увлеченных электроникой, как и мы. Наши стартовые наборы хорошо документированы, просты для понимания и забавны!

Можно взять набор для пайки и сделать классическую игру на память Саймона или часы Big-Time.

Если вы пока не хотите использовать паяльник, обратите внимание на SparkFun Inventor’s Kit. Это комплект электроники для начинающих , в котором есть микроконтроллер Arduino. Вы будете быстро мигать светодиодами, вращать моторы и прокручивать сообщения на ЖК-дисплеях. Он включает хорошо иллюстрированное справочное руководство, которое проведет вас через все эксперименты.

Электроника не всегда означает пайку, электромонтаж и макетирование. Мы также занимаемся носимой электроникой (электронный текстиль), удивительным сочетанием шитья и электроники.Используя токопроводящую нить, мы можем вшивать аккумуляторные батареи, светодиоды и микроконтроллеры в ткань, чтобы освещать рюкзаки, платья, куртки и т. Д. Наш LilyPad ProtoSnap идеально подходит для быстрого создания прототипа и тестирования схемы электронного текстиля, прежде чем разобрать ее и вшить на место.

Дополнительные стартовые комплекты можно найти в категории комплектов в нашем магазине!

Стартовые классы

Наша страсть к обучению электронике выходит за рамки экрана компьютера.У нас есть класс в нашей штаб-квартире (в Боулдере, штат Колорадо, США) для проведения нескольких семинаров, и мы также, как известно, проводим шоу в дороге.

Летом 2013 года мы отправляемся в тур по стране, распространяя нашу проповедь электроники по всей стране. Для каждой остановки в туре мы будем проводить один из трех семинаров:

Введение в Arduino

Перейдите от мигания светодиода к виртуальному прототипированию за семь часов и еще успейте пообедать! Этот класс предназначен для всех, кто никогда раньше не играл с Arduino, и для тех, кто немного поигрался, но не совсем уверен в том, как работают основы.Это проще, чем вы думаете! Мы соберем основные однокомпонентные электрические схемы, узнаем об аналоговом и цифровом, вводе и выводе, основных концепциях программирования, попрактикуемся в базовой последовательной связи и кратко рассмотрим базовое виртуальное прототипирование. Если вы не заметили, ключевое слово здесь простое.

Программирование PicoBoard и Scratch

Сочетая Scratch — бесплатную среду блочного программирования с возможностью перетаскивания мышью — и PicoBoard, студенты в возрасте пяти лет могут научиться интегрировать датчики в проекты.Они узнают, как использовать датчик освещенности для управления фоном своей анимации, использовать ползунок для управления скоростью своего персонажа и как создавать свои собственные датчики. Попутно они также изучат фундаментальные концепции, такие как функционирование электричества в этих датчиках.

Электронный текстиль и Arduino

Носимая электроника (иногда называемая электронным текстилем) — одна из последних тенденций в мире встраиваемой электроники. С ProtoSnap LilyPad Development Board вы познакомитесь со сшиваемой электроникой с помощью системы LilyPad, технологии, разработанной в результате партнерства между SparkFun и профессором Массачусетского технологического института Лией Бьючли.Этот семинар включает в себя все необходимое, чтобы научить студентов программировать и шить свои собственные творения LilyPad.

Посетите нашу страницу классов, чтобы получить информацию о предстоящих мероприятиях. Мы обучаем чему угодно, от мягких схем (обучение электронике с токопроводящим пластилином) до проектирования печатной платы.

Аудиокнига недоступна | Audible.com

• Evvie Drake: более

  ,
• Роман ,
• К: Линда Холмс ,
• Рассказывает: Джулия Уилан, Линда Холмс ,
• Продолжительность: 9 часов 6 минут
• , Несокращенный

• Общий ,

  4.5 из 5 звезд , 5 315 5,315 оценок,

• Представление ,

  4.5 из 5 звезд , 4 752 4752 оценки,

• История ,

  4.5 из 5 звезд , 4 736 4736 оценок,

В сонном приморском городке в штате Мэн недавно овдовевшая Эвелет «Эвви» Дрейк редко покидает свой большой, мучительно пустой дом почти через год после гибели ее мужа в автокатастрофе.Все в городе, даже ее лучший друг Энди, думают, что горе держит ее взаперти, а Эвви не поправляет их. Тем временем в Нью-Йорке Дин Тенни, бывший питчер Высшей лиги и лучший друг детства Энди, борется с тем, что несчастные спортсмены, живущие в своих худших кошмарах, называют «ура»: он больше не может бросать прямо, и, что еще хуже, он не может понять почему.

• 3 из 5 звезд

• Что-то заставляло меня слушать….

• К Каролина Девушка на 10-12-19

Практические электрические и электронные схемы — Практические электрические и электронные схемы — National 5 Physics Revision

Последовательные схемы

Это последовательная схема.

В последовательной цепи есть только один путь для тока, и ток одинаков во всех точках.

Ток в последовательных цепях

Измеряем ток амперметром.

Амперметр должен быть подключен последовательно с другими компонентами цепи. Это означает, что нам нужно разорвать цепь, когда мы добавим амперметр.

Ток в последовательной цепи одинаков во всех местах цепи.

Мы можем записать это соотношение тока как:

\ [{I_s} = {I_1} = {I_2} = {I_3} =… \]

Вопрос

Посмотрите на последовательную схему ниже — что это за показания?

Позиция 1: более 0,1 A, 0,1 A или менее 0,1 A

Позиция 2: более 0,1 A, 0,1 A или менее 0,1 A

Позиция 3: более 0,1 A, 0,1 A или менее 0,1 А

Показать ответ

Позиция 1 = 0,1 А

Позиция 2 = 0,1 А

Позиция 3 = 0,1 А

Помните, что заряд движется по всей цепи.

Подготовительный курс «Практическая электроника», ориентированный на измерения и контрольно-измерительные приборы

1.

ВВЕДЕНИЕ

Во многих случаях студенты, поступающие в CTU в Праге, факультет электротехники, имеют лишь смутное представление об электронике. несмотря на то, что они используют электронные устройства каждый день. Особенно это касается выпускников средних школ (в США). Конечно, они получают все необходимые знания в первые 2 года обучения в бакалавриате, но в основном только на теоретическом уровне.Благодаря этому в дальнейшем они опасаются бакалаврских проектов, направленных на разработку и реализацию электронного устройства, и поэтому предпочитают моделирование или программные проекты. Однако это не соответствует потребностям промышленных партнеров, которые будут нанимать их в будущем. Сейчас ситуация могла бы быть немного лучше благодаря открытию лабораторного курса прикладной электроники. Тем не менее, беспокойство по поводу разработки и реализации даже простых электронных устройств сохраняется.

По указанной выше причине на кафедре измерений был разработан и реализован короткий, но интенсивный подготовительный курс «Практическая электроника», ориентированный на измерения и приборы. Он предназначен для начинающих студентов и проводится до 1 ^{семестра} года. Допускается только базовое среднее образование по физике. Его цель — не научить студентов основам электроники, а заинтересовать их и преодолеть страх перед соединением электронных компонентов в схемах.Основная цель — мотивировать их и вдохновить на дальнейшее самостоятельное обучение и работу. Курс был вдохновлен многочисленными публикациями из этой области, например [1], [2], [3], [4].

Некоторые основные электронные компоненты показаны в начале курса. Впоследствии представлен небольшой, но мощный микроконтроллер и его приложение для измерения напряжения и генерации прямоугольных сигналов. Наконец, показано, что даже с минимальными базовыми знаниями и несколькими электронными компонентами можно легко создать простые электронные устройства.Подобный подход можно найти, например, в [5], [6], [7].

2.

СТРУКТУРА КУРСА

Курс разделен на теоретическую часть и лабораторные работы. Каждый день начинается с двухчасовой лекции. Представлено содержание следующих лабораторных работ (задачи, необходимая теория и способ решения). Следующие ниже мероприятия проводятся в лабораториях под руководством одного преподавателя и одного инструктора студента для 10 студентов в каждой лабораторной комнате. Для каждого ученика подготовлен набор необходимых компонентов, беспаечный макет, соединительные провода и недорогой мультиметр.Используются следующие компоненты:

• • Пассивные компоненты — 7 резисторов, 1 подстроечный резистор, 4 конденсатора.

• • Активные компоненты — 3 светодиода (2 красных, 1 зеленый), 2 фототранзистора (PT204), 1 транзистор (BC546), стабилитрон (BZX55C2V4), операционный усилитель (LM324), стабилизатор 3,3 В (HT7533)

• • Микроконтроллер STM32F042

• • Интерфейс USB, который служит как для питания, так и для загрузки программного обеспечения в микроконтроллер.

Лабораторные задания составлены от простейших до более сложных. В то время как 1 ^{-й день} посвящен подключению простейших электрических цепей (делитель напряжения, подключение светодиодов) и измерениям на них с помощью недорогого мультиметра, 2-й день ^-й -й день начинает подключение виртуального измерительного прибора (VI ) F0-Lab (см. Ниже) на базе микроконтроллера. Это используется во всех следующих задачах для измерения и регистрации напряжения, для отображения исследуемых сигналов и генерации импульсных сигналов.Содержание лекций и следующие за ними лабораторные задания представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Содержание лекций и последующих лабораторных заданий.

3.

F0-LAB — ПРОСТОЙ ВИРТУАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР СО ВСТРОЕННЫМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ

Реализация виртуального измерительного прибора F0-Lab на беспаечной макетной плате является основной задачей 2 ^и дней курса. . F0-Lab может использоваться как простой вольтметр постоянного тока, оцифровывающий осциллограф (в обоих случаях трехканальный) и генератор импульсов. Он основан на микроконтроллере STM32F042F6P6 [8]. Его основная структура показана на рисунке 1.Он включает в себя 32-разрядный процессор с ядром ARM Cortex — M0, память программ FLASH, ОЗУ, шлюзы ввода-вывода, таймеры / счетчики и 12-разрядный АЦП. Диапазон АЦП определяется напряжением питания аналоговой части (VDDA). Разрешение составляет около 0,8 мВ при VDDA = 3,3 В, что соответствует недорогим цифровым мультиметрам. В STM32F042 (как и в большинстве микроконтроллеров) используется технология CMOS. Отсюда следует, что существуют некоторые ограничения, касающиеся, в частности, питания и максимального входного напряжения АЦП, которое должно быть ниже напряжения питания VDDA.Базовое подключение F0-Lab и его реализация представлены на рисунке 2.

Рисунок 1.

Базовая структура микроконтроллера STM32F042 [8].

Рисунок 2.

Базовое подключение F0-Lab и его реализация на беспаечной макетной плате.

Микроконтроллер получает питание 3,3 В через интерфейс USB и стабилизатор напряжения (5 В -> 3,3 В). Кнопка «сброс», подключенная между выводом RNST и переключателем «BOOT / RUN», позволяет загружать программу в память программ FLASH.Светодиод, подключенный к контакту PA4, служит для проверки правильности работы микроконтроллера. Если переключатель «BOOT / RUN» установлен в положение «RUN» (контакт BOOT0 подключен к GND) и соединение в порядке, светодиод мигает из-за программы, помещенной во флэш-память. Прошивка для F0-Lab, которая находится в ПК в лаборатории, теперь может быть загружена.

VI F0-lab поддерживает 2 функциональных режима: «ШИМ-выход + вольтметр» и «ШИМ-выход + осциллограф». Выход ШИМ (вывод PB1) может генерировать прямоугольный сигнал с амплитудой 3.3 В в диапазоне частот до 100 кГц и скважности 0 — 100% (разрешение 1%). Диапазон напряжения 3-х канального вольтметра (выводы PA5, PA6, PA7) — 3,3 В униполярный. Виртуальный 3-канальный оцифровывающий осциллограф (те же контакты) может использоваться как автономный осциллограф, но также только с диапазоном униполярного входного напряжения 3,3 В. Его частота дискретизации составляет 500 квыб / с, а объем памяти — 768 пунктов для 1-канального режима. Эти параметры должны быть разделены для большего количества каналов на 2 или 3 (используется только один АЦП, а входные каналы мультиплексируются).Программное обеспечение VI F0-lab было разработано в соответствии с дипломной работой [9].

4.

НЕКОТОРЫЕ ИЗБРАННЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАДАЧИ В ДЕТАЛЯХ

Обзор всех лабораторных задач, решенных в ходе курса, представлен в таблице 1 (см. Выше). Приведенные ниже примеры были выбраны из всего круга решаемых в ходе курса задач, чтобы показать, как проектировать и реализовывать простые, но функциональные измерительные схемы с использованием недорогих компонентов.

4,1

Резистивный делитель напряжения (RVD)

• ▪ Подключите RVD с помощью постоянных резисторов, измерьте выходное напряжение с помощью цифрового мультиметра и сравните измеренное значение с рассчитанным результатом.

• ▪ Используйте подстроечный резистор 5 кОм в качестве RVD, измерьте зависимость выходного напряжения от положения ползунка (как без нагрузки, так и с нагрузкой 10 кОм).

• ▪ Рассчитайте выходное напряжение для нагруженного RVD для среднего положения ползунка и сравните с результатом измерения.

4.2

ВА характеристики диодов

• ▪ Подключите светодиод последовательно с резистором 470 Ом к выходу РВД и измерьте ВА характеристики в диапазоне токов 0-5 мА (ток определяется по напряжению измеряется мультиметром на резисторе 470 Ом).

• ▪ Определите дифференциальное сопротивление светодиода при токе 2,5 мА.

• ▪ Выполните те же измерения, используя обычный кремниевый диод.

В следующих задачах виртуальный прибор F0-lab применяется как для измерения, так и для регистрации напряжения, мультиметр используется только в случае возникновения каких-либо проблем.

4.3

Эксперименты с использованием схемы ШИМ и RC

• ▪ Подключите светодиод последовательно с резистором 470 Ом к выходу ШИМ, наблюдайте за свечением светодиода для рабочего цикла 50% и частот от 1 до 100 Гц.На какой частоте не видно мерцания?

• ▪ Следите за свечением светодиода для частоты 50 Гц и рабочего цикла от 0 до 100%.

• ▪ Подключите RC-фильтр (100 нФ, 27 кОм) к выходу PWM, наблюдайте за сигналами на входе и выходе RC-фильтра с частотой 30 Гц с помощью виртуального осциллографа.

• ▪ Определите постоянную времени τ из переходного процесса, используя курсоры (определение времени для 63% амплитуды — см. Рисунок 3) и используя уравнение τ = RC .

Рисунок 3.

Определение постоянной времени τ из переходного процесса с помощью курсоров.

4,4

Оптический затвор и его применение

• ▪ Подключите светочувствительную схему с помощью фототранзистора

• ▪ Реализуйте оптический затвор с помощью светодиода и схемы, упомянутой выше (см. Рисунок 4a), установите подходящую чувствительность с помощью подстроечного резистора 5 кОм

• ▪ Запишите изменение напряжения при прохождении препятствия с помощью виртуального осциллографа.

• ▪ Сделайте второй оптический вентиль возможным для измерения скорости движущегося объекта (см. Рисунок 4b). Измерьте с помощью виртуального осциллографа время между соответствующими фронтами, измерьте расстояние d между воротами и вычислите скорость движения.

Рисунок 4.

Подключение оптического затвора и схема 2 оптических затворов для измерения скорости

5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Недельный интенсивный подготовительный курс «Практическая электроника» был организован уже для третий раз.В нем приняли участие около 40 студентов (в двух забегах по 20 человек). Курс очень популярен среди приезжающих студентов, потому что его цель — не только научить их базовым знаниям в области электроники, но и познакомить их с методами обучения в университете и подготовить их к этому. Курс включал теоретические лекции, а также лабораторные эксперименты, в ходе которых каждый участник собрал простой лабораторный измерительный прибор на базе микропроцессора F0-Lab. С его помощью каждый участник учится практически применять свои теоретические знания при работе с электронными схемами и датчиками.

Часть курса также посвящена краткому введению в программирование микроконтроллеров STM32F042, содержащихся в F0-Lab, с использованием языка C / C ++. C ++ доступен для этой цели в on-line IDE mbed [10]. Использование C ++ позволяет применять программу и для других микроконтроллеров с ядром ARM Cortex M, используемым в различных модулях, поддерживаемых mbed. Студенты, успешно окончившие курс, получают (бесплатно) микроконтроллер с другими используемыми компонентами и прошивку виртуального инструмента.

Подход, использованный в описываемом курсе, соответствует современной тенденции перехода от обучающих знаний к обучающим компетенциям. Внимание к компетенциям, а не знаниям, безусловно, связано со скоростью трансформации текущей производственной системы в контексте Индустрии 4.0. Компетенции определяются здесь как комбинация знаний, навыков и отношений, соответствующих контексту [11], [12].

БЛАГОДАРНОСТЬ

Подготовительные курсы «Практическая электроника» поддержала компания STMicroelectronics.

ССЫЛКИ