С чего начать изучение электроники. Основы электротехники для начинающих

Сейчас без электричества невозможно представить жизнь. Это не только свет и обогреватели, но и вся электронная аппаратура начиная с самых первых электронных ламп и заканчивая мобильными телефонами и компьютерами. Их работа описывается самыми разными, иногда очень сложными формулами. Но даже самые сложные законы электротехники и электроники в основе своей имеют законы электротехники, которые в институтах, техникумах и училищах изучает предмет «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ).

Основные законы электротехники

• Закон Ома
• Закон Джоуля - Ленца
• Первый закон Кирхгофа

Закон Ома - с этого закона начинается изучение ТОЭ и без него не может обойтись ни один электрик. Он гласит, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению Это значит, что чем выше напряжение, поданное на сопротивление, электродвигатель, конденсатор или катушку (при соблюдении других условий неизменными), тем выше ток, протекающий по цепи. И наоборот, чем выше сопротивление, тем ниже ток.

Закон Джоуля - Ленца . С помощью этого закона можно определить количество тепла, выделившегося на нагревателе, кабеле, мощность электродвигателя или другие виды работ, выполненных электрическим током. Этот закон гласит, что количество тепла, выделяемого при протекании электрического тока по проводнику, прямо пропорциональна квадрату силы тока, сопротивлению этого проводника и времени протекания тока. С помощью этого закона определяется фактическая мощность электродвигателей, а также на основе этого закона работает электросчётчик, по которому мы платим за потреблённую электроэнергию.

Первый закон Кирхгофа . С его помощью рассчитываются кабеля и автоматы защиты при расчёте схем электроснабжения. Он гласит, что сумма токов, приходящих в любой узел равна сумме токов, уходящих из этого узла. На практике приходит один кабель из источника питания, а уходит один или несколько.

Второй закон Кирхгофа . Применяется при подключении нескольких нагрузок последовательно или нагрузки и длинного кобеля. Он также применим при подключении не от стационарного источника питания, а от аккумулятора. Он гласит, что в замкнутой цепи сумма всех падений напряжений и всех ЭДС равна 0.

С чего начать изучение электротехники

Лучше всего изучать электротехнику на специальных курсах или в учебных заведениях. Кроме возможности общаться с преподавателями, вы можете воспользоваться материальной базой учебного заведения для практических занятий. Учебное заведение также выдаёт документ, который будет необходим при устройстве на работу.

Если вы решили изучать электротехнику самостоятельно или вам необходим дополнительный материал для занятий, то есть много сайтов, на которых можно изучить и скачать на компьютер или телефон необходимые материалы.

Видеоуроки

В интернете есть много видеоматериалов, помогающих овладеть основами электротехники. Все видеоролики можно как смотреть онлайн, так и скачать с помощью специальных программ.

Видеоуроки электрика - очень много материалов, рассказывающих о разных практических вопросах, с которыми может столкнуться начинающий электрик, о программах, с которыми приходится работать и об аппаратуре, устанавливаемой в жилых помещениях.

Основы теории электротехники - здесь находятся видеоуроки, наглядно объясняющие основные законы электротехники Общая длительность всех уроков около 3 часов.

ноль и фаза , схемы подключения лампочек, выключателей, розеток. Виды инструмента для электромонтажа;
1. Виды материалов для электромонтажа, сборка электрической цепи;
2. Подключение выключателя и параллельное соединение;
3. Монтаж электрической цепи с двухклавишным выключателем. Модель электроснабжения помещения;
4. Модель электроснабжения помещения с выключателем. Основы техники безопасности.

Книги

Самым лучшим советчиком всегда являлась книга . Раньше необходимо было брать книгу в библиотеке, у знакомых или покупать. Сейчас в интернете можно найти и скачать самые разные книги, необходимые начинающему или опытному электромонтёру. В отличие от видеоуроков, где можно посмотреть, как выполняется то или иное действие, в книге можно держать рядом во время выполнения работы. В книге могут быть справочные материалы, которые не поместятся в видеоурок (как в школе - учитель рассказывает урок, описанный в учебнике, и эти формы обучения дополняют друг друга).

Есть сайты с большим количеством электротехнической литературы по самым разным вопросам - от теории до справочных материалов. На всех этих сайтах нужную книгу можно скачать на компьютер, а позже читать с любого устройства.

Например ,

mexalib - разного рода литература, в том числе и по электротехнике

книги для электрика - на этом сайте много советов для начинающего электротехника

электроспец - сайт для начинающих электриков и профессионалов

Библиотека электрика - много разных книг в основном для профессионалов

Онлайн-учебники

Кроме этого, в интернете ест онлайн-учебники по электротехнике и электронике с интерактивным оглавлением.

Это такие, как:

Начальный курс электрика - учебное пособие по электротехнике

Базовые понятия

Электроника для начинающих - начальный курс и основы электроники

Техника безопасности

Главное при выполнении электротехнических работ, это соблюдение техники безопасности. Если неправильная работа может привести к выходу из строя оборудования, то несоблюдение техники безопасности - к травмам, инвалидности или летальному исходу.

Главные правила - это не прикасаться к проводам, находящимся под напряжением, голыми руками, работать инструментом с изолированными ручками и при отключении питания вывешивать плакат «не включать, работают люди». Для более подробного изучения этого вопроса нужно взять книгу «Правила техники безопасности при электромонтажных и наладочных работах».

Недавно ко мне, узнав что я радиолюбитель, на форуме нашего города, в ветке Радио обратились за помощью два человека. Оба по разным причинам, и оба разного возраста, уже взрослые, как выяснилось при встрече, одному было 45 лет, другому 27. Что доказывает, что начать изучение электроники, можно в любом возрасте. Объединяло их одно, оба были так или иначе знакомы с техникой, и хотели бы самостоятельно освоить радиодело, но не знали с чего начать. Мы продолжили общение в В_Контакте , на мой ответ, что в инете море информации на эту тему, занимайся - не хочу, я услышал от обоих примерно одинаковое, - что оба не знают с чего начать. Одним из первых вопросов было: что входит в необходимый минимум знаний радиолюбителя. Перечисление им необходимых умений, заняло довольно приличное время, и я решил написать на эту тему обзор. Думаю, он будет полезен таким же начинающим, как и мои знакомые, всем кто не может определиться, с чего начать свое обучение.

Сразу скажу, что при обучении, нужно равномерно сочетать теорию с практикой. Как бы ни хотелось, побыстрее начать паять и собирать конкретные устройства, нужно помнить о том, что без необходимой теоретической базы в голове, вы в лучшем случае, сможете безошибочно копировать чужие устройства. Тогда как если будете знать теорию, хотя бы в минимальном объеме, то сможете изменить схему, и подогнать её под свои потребности. Есть такая фраза, думаю известная каждому радиолюбителю: “Нет ничего практичнее хорошей теории”.

В первую очередь, необходимо научиться читать принципиальные схемы. Без умения читать схемы невозможно собрать даже самое простое электронное устройство. Также впоследствии, не лишним будет освоить и самостоятельное составление принципиальных схем, в специальной .

Пайка деталей

Необходимо уметь опознавать по внешнему виду, любую радиодеталь, и знать, как она обозначается на схеме. Разумеется, для того чтобы собрать, спаять любую схему, нужно иметь паяльник, желательно мощностью не выше 25 ватт, и уметь им хорошо пользоваться. Все полупроводниковые детали не любят перегрева, если вы паяете, к примеру, транзистор на плату, и не удалось припаять вывод за 5 - 7 секунд, прервитесь на 10 секунд, или припаяйте в это время другую деталь, иначе высока вероятность сжечь радиодеталь от перегрева.

Также важно паять аккуратно, особенно расположенные близко выводы радиодеталей, и не навесить “соплей”, случайных замыканий. Всегда если есть сомнение, прозвоните мультиметром в режиме звуковой прозвонки подозрительное место.

Не менее важно, удалять остатки флюса с платы, особенно если вы паяете цифровую схему, либо флюсом содержащим активные добавки. Смывать нужно специальной жидкостью, либо 97 % этиловым спиртом.

Начинающие часто собирают схемы навесным монтажом, прямо на выводах деталей. Я согласен, если выводы надежно скручены между собой, а после еще и пропаяны, такое устройство прослужит долго. Но таким способом собирать устройства, содержащие больше 5 - 8 деталей, уже не стоит. В таком случае, нужно собирать устройство на печатной плате. Собранное на плате устройство, отличается повышенной надежностью, схему соединений можно легко отследить по дорожкам, и при необходимости вызвонить мультиметром все соединения.

Минусом печатного монтажа, является трудность изменения схемы готового устройства. Поэтому перед разводкой и травлением печатной платы, всегда, сначала нужно собирать устройство на макетной плате. Делать устройства на печатных платах, можно разными способами, здесь главное соблюдать одно важное правило: дорожки медной фольги на текстолите, не должны иметь контакта с другими дорожками, там, где это не предусмотрено по схеме.

Вообще есть разные способы сделать печатную плату, например, разъединив участки фольги - дорожки, бороздкой, прорезаемой резаком в фольге, сделанным из ножовочного полотна. Либо нанеся защитный рисунок защищающий фольгу под ним, (будущие дорожки) от стравливания с помощью перманентного маркера.

Либо с помощью технологии ЛУТ (лазерно - утюжной технологии), где дорожки от стравливания защищаются припекшимся тонером. В любом случае, каким-бы способом мы не делали печатную плату, нам необходимо, сперва её развести в программе трассировщике. Для начинающих рекомендую , это ручной трассировщик с большими возможностями.

Также при самостоятельной разводке печатных плат, либо если распечатали готовую плату, необходимо умение работать с документацией на радиодеталь, с так называемыми Даташитами (Datasheet ), страничками в PDF формате. В интернете есть Даташиты практически на все импортные радиодетали, исключение составляют некоторые Китайские.

На отечественные радиодетали, можно найти информацию в отсканированных справочниках, специализированных сайтах, размещающих страницы с характеристиками радиодеталей, и информационных страничках различных интернет магазинов типа Чип и Дип . Обязательно умение определять цоколевку радиодетали, также встречается название распиновка, потому что очень многие, даже двух выводные детали имеют полярность. Также необходимы практические навыки работы с мультиметром.

Мультиметр, это универсальный прибор, с помощью только его одного, можно провести диагностику, определить выводы детали, их работоспособность, наличие или отсутствие замыкания на плате. Думаю не лишним, будет напомнить, особенно молодым начинающим радиолюбителям, и о соблюдении мер электробезопасности, при отладке работы устройства.

После сборки устройства, необходимо оформить его в красивый корпус, чтобы не стыдно было показать друзьям, а это значит, необходимы навыки слесарного, если корпус из металла или пластмассы, либо столярного дела, если корпус из дерева. Рано или поздно, любой радиолюбитель приходит к тому, что ему приходится заниматься мелким ремонтом техники, сначала своей, а потом с приобретением опыта, и по знакомым. А это означает, что необходимо умение проводить диагностику неисправности, определение причины поломки, и её последующее устранение.

Часто даже опытным радиолюбителям, без наличия инструментов, трудно выпаять многовыводные детали из платы. Хорошо если детали идут под замену, тогда откусываем выводы у самого корпуса, и выпаиваем ножки по одной. Хуже и труднее, когда эта деталь нужна для сборки какого-либо другого устройства, или производится ремонт, и деталь, возможно, потребуется после впаять назад, например, при поиске короткого замыкания на плате. В таком случае нужны инструменты для демонтажа, и умение ими пользоваться, это оплетка и оловоотсос.

Использование паяльного фена не упоминаю, ввиду частого отсутствия у начинающих доступа к нему.

Вывод

Все перечисленное, это только часть того необходимого минимума, что должен знать начинающий радиолюбитель при конструировании устройств, но имея эти навыки, вы уже сможете собрать, с приобретением небольшого опыта, практически любое устройство. Специально для сайта - AKV .

Обсудить статью С ЧЕГО НАЧАТЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ

Начинающий радиолюбитель: школа начинающего радиолюбителя, схемы и конструкции для начинающих, литература, радиолюбительские программы

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

На сайте работает “Школа начинающего радиолюбителя “. Полный курс обучения включает в себя занятия начиная от азов радиоэлектроники и кончая практическим конструированием радиолюбительских устройств средней сложности исполнения. Каждое занятие строиться на предоставлении слушателям необходимых теоретических сведений и практических видеоматериалов, а также домашних заданий. В ходе учебы каждый обучаемый получит необходимые знания и навыки в полном цикле конструирования в домашних условиях радиоэлектронных устройств.

Для того чтобы стать слушателем школы, необходимо желание и подписка на новости сайта или через FeedBurner, или через стандартное окно подписки. Подписка необходима для своевременного получения новых уроков, видеоматериалов занятий и домашнего задания.

Только подписавшимся на курс обучения в “Школе начинающего радиолюбителя” будут доступны видеоматериалы и домашнии задания по занятиям.

Для тех, кто решил изучать радиолюбительство вместе с нами, необходимо кроме подписки, внимательно изучить подготовительные статьи:
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦

Все вопросы, пожелания и замечания Вы можете оставлять в комментариях в разделе “Начинающим”.

Первое занятие.

Второе занятие.
Лаборатория радиолюбителя. Собираем блок питания.

Определяемся со схемой. Как проверить радиоэлементы.

Подготовка деталей.
Расположение деталей на плате.
Изготовление платы самым простым способом.

Пайка схемы.
Проверка работоспособности.
Изготовление корпуса для блока питания.
Изготовление передней панели с помощью программы “Front Designer”.

Третье занятие.
Лаборатория радиолюбителя. Собираем функциональный генератор.



Проектирование печатной платы с помощью программы “Sprint Layout”.
Применение ЛУТ (лазерно-утюжной технологии) для переноса тонера на плату.

Окончательный вариант платы.
Нанесение “шелкографии”.
Проверка работоспособности генератора.
Настройка генератора с помощью специальной программы “Virtins Multi-Instrument”

Четвертое занятие.
Собираем светомузыкальное устройство на светодиодах

Предисловие.
Определяемся со схемой и изучаем характеристики основных деталей.

Фоторезисты и их применение.
Немного о программе “Cadsoft Eagle”. Установка и русификация официальной версии.

Изучаем программу Cadsoft Eagle:
– начальные настройки программы;
– создание нового проекта, новой библиотеки и нового элемента;
– создание принципиальной схемы устройства и печатной платы.

Уточняем схему;
Изготавливаем печатную плату в программе Cadsoft Eagle;
Облуживаем дорожки платы сплавом “Розе”;
Собираем устройство и проверяем его работоспособность специализированной программой и генератором;
Ну и, в конце-концов, радуемся результатам.

Подведем некоторые итоги работы “Школы”:

Если вы последовательно прошли все шаги, то ваш результат должен быть следующим:

1. Мы узнали:
- что такое закон Ома и изучили 10 основных формул;
– что такое конденсатор, резистор, диод и транзистор.
2. Мы научились:
♦ изготавливать простым способом корпуса для устройств;
♦ залуживать печатные проводники простым способом;
♦ наносить “шелкографию”;
♦ изготавливать печатные платы:
– с помощью шприца и лака;
– с использованием ЛУТ (лазерно-утюжной технологии);
– с использованием текстолита с нанесенным пленочным фоторезистом.
3. Мы изучили:
- программу для создания передних панелей “Front Designer”;
– любительскую программу для налаживания различных устройств “Virtins Multi-Instrument”;
– программу для ручного проектирования печатных плат “Sprint Layout”;
– программу для автоматического проектирования печатных плат “Cadsoft Eagle”.
4. Мы изготовили:
- двухполярный лабораторный блок питания;
– функциональный генератор;
– цветомузыку на светодиодах.
Кроме того, из раздела “Практикум” мы научились:
- собирать простые устройства из подручных материалов;
– рассчитывать токоограничительные резисторы;
– рассчитывать колебательные контуры для радиоустройств;
– рассчитывать делитель напряжения;
– рассчитывать фильтры низких и верхних частот.

В дальнейшем в “Школе” планируется изготовить несложный УКВ радиоприемник и приемник радионаблюдателя. На этом скорее всего работа “Школы” будет закончена. В дальнейшем, основные статьи для начинающих будут публиковаться в разделе “Практикум”.

Кроме того, начат новый раздел по изучению и программированию микроконтроллеров AVR.

Работы начинающих радиолюбителей:

Интигринов Александр Владимирович:

Григорьев Илья Сергеевич:

Ruslan Volkov:

Петров Никит Андреевич:

Морозас Игорь Анатольевич:

Научиться можно только тому, что любишь.
Гёте И.

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

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

Творчество и результат

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

Как нас обычно учат

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

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

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

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

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

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

Математика в электронике

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

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

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

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

Какие книги помогут освить электронику

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

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

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

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

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

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

Что еще следует делать?

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

Дорого ли заниматься электроникой

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

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

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

Что делать, если не получается?

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

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

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

Полезные программы

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

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

О практике

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

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

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

Да прибует с тобой Ом, Ампер и Вольт:

Твоё путешествие в мир электроники мы начнем с погружения в цифровую электронику. Во-первых, потому что это верхушка пирамиды электронного мира, во-вторых, базовые понятия цифровой электроники просты и понятны.

Задумывался ли ты о том, какой феноменальный прорыв в науке и технике произошел благодаря электронике и цифровой электронике в частности? Если нет, тогда возьми свой смартфон и внимательно на него посмотри. Такая простая с виду конструкция -- результат огромной работы и феноменальных достижений современной электроники. Создание такой техники стало возможным благодаря простой идее о том, что любую информацию можно представить в виде чисел. Таким образом, независимо от того, с какой информацией работает устройство, глубоко внутри оно занимается обработкой чисел.

Тебе наверняка знакомы римские и арабские цифры. В римской системе числа представляются в виде комбинации букв I, V, X, L, C, D, M, а в арабской с помощью комбинации символов 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Но существуют и другие формы представления числа. Одна из них -- это двоичная форма. Или, как её чаще называют, двоичная система счисления. В такой системе счисления любое число представляет собой последовательность только из "0" и "1".

Математики c инженерами хорошо потрудились, и сегодня любая информация может быть представлена в виде комбинации нулей и единиц: сигнал с датчика движения, музыка, видео, фото, температура, и даже вот этот текст, который ты сейчас читаешь, на самом деле в недрах твоего устройства имеет вид последовательности из нулей и единиц.

Независимо от того, с какой информацией работает цифровое устройство, глубоко внутри оно занимается обработкой чисел.

Почему именно "0" и "1", а не "0", "1" и "2", к примеру? На самом деле были вполне успешные попытки создать цифровую технику, которая использует не двоичную, а троичную систему исчисления ("0", "1" и "2"), но двоичная все же победила.

Возможно, победа досталась ей, потому что СССР развалился, а может потому, что "0" и "1" легче представить в виде электрических сигналов. А значит, цифровые устройства на основе двоичной системы исчисления проще и дешевле производить. Подробнее о двоичных числах я расскажу позже.

Структура цифрового устройства

Почти в каждом цифровом устройстве встречаются типовые элементы, из комбинации которых оно состоит. Какие-то элементы совсем простые, какие-то более сложные, а какие-то совсем сложные. В любительской практике чаще всего встречаются: триггеры, таймеры, счетчики, регистры, микроконтроллеры, компараторы и др.

Давай выберем что-нибудь из этого списка и посмотрим, как оно устроено. Пусть это будет микроконтроллер (МК)! Ладно, признаюсь. Микроконтроллер я выбрал неспроста. Дело в том, что именно появление микропроцессоров произвело настоящую революцию в электронике и выдвинуло её развитие на новый уровень.

МК является наиболее многочисленным и популярным видом микропроцессоров в мире. Особенным его делает то, что микроконтроллер представляет собой микро-PC -- целый компьютер в одной микросхеме. Представь себе компьютер размером, например, с копейку. Вот это и есть МК.

Микроконтроллеры используются повсеместно: в современных телевизорах, холодильниках, планшетах, охранных системах. Везде, где требуется чем-то управлять, микроконтроллер может найти своё место. А всё благодаря тому, что, как и любой микропроцессор, МК можно программировать. В итоге один и тот же вид микросхем можно использовать в сотнях различных устройств.

В наше время наибольшей популярностью пользуются, к примеру, микроконтроллеры AVR, PIC, ARM. Каждая из компаний, что выпускает перечисленные виды МК, производит десятки, если не сотни, разновидностей микроконтроллеров, предназначенных под все мыслимые и немыслимые задачи.

Как работает микроконтроллер

Несмотря на всю сложность конструкции настоящего микроконтроллера, рассказать, как он функционирует можно всего одним предложением: "В память микроконтроллера записывается текст программы, МК считывает команды из этой программы и выполняет их", -- вот и всё.

Конечно, МК не может выполнить какие угодно команды. У него есть базовый набор команд, которые он понимает и знает как выполнить. Комбинируя эти команды, можно получить практически любую программу, с помощью которой устройство будет делать именно то, что от него хотят.

В современном мире микропроцессор (МК тоже микропроцессор, но специализированный) может иметь либо очень много базовых команд, либо очень мало. Это такое условное разделение, для которого даже придумали два термина: CISC и RISC. CISC -- это много разных видов команд на все случаи жизни, RISC -- это только наиболее необходимые и часто использующиеся команды, т.е. сокращенный набор команд.

Большинство микроконтроллеров исповедуют RISC. Объясняется это тем, что при использовании сокращенного набора команд микроконтроллеры проще и дешевле для производства, их легче и быстрей осваивают разработчики аппаратуры. Между CISC и RISC много различий, но сейчас принципиально важно запомнить только то, что CISC -- много команд, RISC -- мало команд. Глубже с этими двумя идеями познакомимся как-нибудь в другой раз.

Что происходит, когда включается микроконтроллер?

Итак, давай представим идеальный мир, в котором у тебя есть МК и в его память уже записана программа. Или, как обычно говорят, МК "прошит" (при этом программу называют "прошивкой") и готов к бою.

Что произойдёт, когда ты подашь питание на свою схему с МК? Оказывается, ничего особенного. Там нет вообще никакой магии. Происходить будет следующее:

После подачи питания микроконтроллер пойдёт смотреть, что находится в памяти. При этом он "знает", куда следует смотреть, чтобы найти первую команду своей программы .

Местоположение начала программы устанавливается при производстве МК и никогдане меняется. МК считает первую команду, выполнит её, затем считает вторую команду, выполнит её, затем третью и так до последней. Когда же он считает последнюю команду, то всё начнётся сначала, так как МК выполняет программу по кругу, если ему не сказали остановится. Так вот он и работает.

Но это не мешает писать сложные программы, которые помогают управлять холодильниками, пылесосами, промышленными станками, аудиоплеерами и тысячами других устройств. Ты тоже можешь научиться создавать устройства с МК. Это потребует времени, желания и немножко денег. Но это такие мелочи, правда?

Как устроен типичный МК

Любая микропроцессорная система стоит на трёх китах:

1. Процессор (АЛУ + устройство управления),
2. Память (ROM, RAM, FLASH),
3. Порты ввода-вывода .

Процессор с помощью портов ввода-вывода получает/отправляет данные в виде чисел, производит над ними различные арифметические операции и сохраняет их в память. Общение между процессором, портами и памятью осуществляет по проводам, которые называются шиной (шины делятся на несколько видов по назначению). Это общая идея работы МП-системы. Вот как на картинке ниже.

МК, как я уже писал, тоже микропроцессор. Просто специализированный. Физическая структура микросхем МК разных серий может существенно различаться, но идейно они будут похожи и будут иметь такие, например, блоки как: ПЗУ, ОЗУ, АЛУ, порты ввода/вывода, таймеры, счетчики, регистры.

Современный масштаб развития цифровой электроники настолько огромен, что даже по каждому пункту из этой табилцы можно написать целую книгу, а то и не одну. Я же опишу базовые идеи, которые помогут дальше самостоятельно разобраться более подробно в каждом из устройств.

Мозг микроконтроллера

Микропроцессор/микроконтроллер всегда работает по заложенной в него программе. Программа состоит из последовательности операций, которые МК умеет выполнять. Операции выполняются в ЦПУ -- это мозг микроконтроллера. Именно этот орган умеет производить арифметические и логические операции с числами. Но есть ещё четыре важных операции, которые он умеет делать:

• чтение из ячейки памяти
• запись в ячейку памяти
• чтение из порта В/В
• запись в порт В/В

Эти операции отвечают за чтение/запись информации в память и во внешние устройства через порты ввода/вывода. И без них любой процессор проверащается в бесполезный хлам.

Технически процессор состоит из АЛУ (калькулятор процессора) и управляющего устройства, которое дерижирует взаимодействием между портами ввода-вывода, памятью и арифметико-логическим устройством (АЛУ).

Память микроконтроллера

Ранее в таблице с типичными устройствами, входящими в МК, я указал два вида памяти: ПЗУ и ОЗУ. Различие между ними заключается в том, что в ПЗУ данные сохраняются между включениями устройства. Но при этом ПЗУ (ROM) довольно медленная память. Поэтому и существует ОЗУ (RAM), которая довольно быстра, но умеет хранить данные только тогда, когда на устройство подано питание. Стоит выключить устройство и все данные оттуда...пшик и нету.

Если у тебя есть ноутбук или персональный компьютер, то тебе знакома например такая ситуация: писал гору текста, забыл сохранить его на жесткий диск, внезапно пропало электричество. Включаешь компьютер, а текста нет. Всё верно. Пока ты его писал, он хранился в ОЗУ. Поэтому текст и пропал с выключением компьютера.

В зарубежном мире ОЗУ и ПЗУ называют RAM и ROM:

1. RAM (Random Access Memory) -- память со случайны доступом
2. ROM (Read Only Memory) -- память только для чтения

У нас же их еще называют энергозависимой и энергонезависимой памятью. Что на мой взгляд более точно отражает природу каждого вида памяти.

ПЗУ

Сейчас всё больше получила распространение ПЗУ память типа FLASH (или, по-нашему, ЭСПЗУ). Она позволяет сохранять данные даже тогда, когда устройство выключено. Поэтому в современных МК, например в МК AVR в качестве ПЗУ используются именно FLASH-память.

Раньше микросхемы ПЗУ-памяти были однократно-программируемыми. Поэтому если были записаны программа или данные с ошибками, то такую микросхемы просто выкидывали. Чуть позже появились ПЗУ, которые можно было перезаписывать многократно. Это были чипы с ультрафиолетовым стиранием. Они довольно долго прожили и даже сейчас встречаются в некоторых устройствах из 1990-х...2000-х годов. Например, вот такая ПЗУ родом из СССР.

У них был один существенный минус -- при случайно засветке кристалла (тот, что виден в окошечке) программа могла быть повреждена. А также ПЗУ до сих пор работает медленней, чем ОЗУ.

ОЗУ

Оперативная память в отличие от ПЗУ, ППЗУ и ЭСПЗУ является энергозависимой и при выключении питания устройства все данные в ОЗУ пропадают. Но без неё не обходится ни одно микропроцессорное устройство. Так как в процессе работы требуется где-то хранить результаты вычислений и данные, с которыми работает процессор. ПЗУ для этих целей не подходит из-за своей медлительности.

ПАМЯТЬ ПРОГРАММ И ПАМЯТЬ ДАННЫХ

Помимо разделения на энергозависимую (ОЗУ) и энергонезависимую память в микроконтроллерах есть разделение на память данных и память программ. Это значит, что в МК есть специальная память, которая предназначена только для хранения программы МК. В нынешние времена обычно это FLASH ПЗУ. Именно из этой памяти микроконтроллер считывает команды, которые выполняет.

Отдельно от памяти программ существует память данных, в которую помещаются промежуточные результаты работы и любые другие данные, требующиеся программе. Память программ -- это обычное ОЗУ.

Такое разделение хорошо тем, что никакая ошибка в программе не сможет повредить саму программу. К примеру, когда по ошибке МК попытается записать на место какой-нибудь команды в программе случайное число. Получается что программа надёжно защищена от повреждения. Кстати, у такого разделения есть своё особо название -- "гарвардская архитектура".

В 1930-х годах правительство США поручило Гарвардскому и Принстонскому университетам разработать архитектуру ЭВМ для военно-морской артиллерии. В конце 1930-х годов в Гарвардском университете Говардом Эйкеном была разработана архитектура компьютера Марк I, в дальнейшем называемая по имени этого университета.

Ниже я схематично изобразил гарвардскую архитектуру:

Таким образом программа и данные, с которыми она работает, физически храняться в разных местах. Что касается больших процессорных систем подобных персональному компьютеру, то в них данные и программа во время работы программы хранятся в одном и том же месте.

ИЕРАРХИЯ ПАМЯТИ

КАК УСТРОЕН МОЗГ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Ты уже значешь, что мозгом МК является ЦПУ -- центральный процессор, который состоит из АЛУ (арифметико-логическое устройство) и устройства управления (УУ). УУ дерижирует всем оркестром из памяти, внешних устройств и АЛУ. Благодаря ему МК может выполнять команды в том порядке в каком мы этого хотим.

АЛУ -- это калькулятор, а УУ говорит АЛУ что, с чем, когда и в какой последовательности вычислять или сравнивать. АЛУ умеет складывать, вычитать, иногда делить и умножать, выпонять логические операции: И, ИЛИ, НЕ (о них будет чуть позже)

Любой компьютер, МК в том числе, умеет сегодня работать только с двоичными числами, составленными из "0" и "1". Именно эта простая идея привела к революции в области электроники и взрывному развитию цифровой техники.

Предположим, что АЛУ надо сложить два числа: 2 и 5. В упрощенном виде это будет выглядеть так:

При этом УУ знает в каком месте памяти взять число "2", в каком число "5" и в какое место памяти поместить результат. УУ знает обо всём этом потому, что оно прочитало об этом в команде из программы, которую в данный момент прочитало в программе. Более подробно про арефмитические операции с двоичными числами и как устроен сумматор АЛУ изнутри я расскажу чуть позже.

Хорошо, скажешь ты, а что если нужно получить эти числа не из программы, а из вне, например, с датчика? Как быть? Вот тут в игру и вступают порты ввода-вывода, с помощью которых МК может принимать и передавать данных на внешние устройства: дисплеи, датчики, моторы, задвижки, принтеры и т.д.

ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Тебе наверняка хорошо знакомо шуточное высказывание про "женскую логику"? Но речь пойдет не о ней, а логике в принципе. Логика оперирует причинно-следственными связями: если солнце взошло, то стало светло. Причина "солнце взошло" вызвала следствие "стало светло". При этом про каждое утверждение мы можем сказать "ИСТИНА" или "ЛОЖЬ".

Например:

• "Птицы плавают под водой" -- это ложь
• "Вода мокрая" -- при комнатной температуре это утверждение истинно

Как ты заметил, второе утверждение при определённых условиях может быть как истинным, так и ложным. В нашем компьютере есть только числа и инженеры с математичками придумали обозначать истину "1", а ложь "0". Это дало возможность записывать истинность утверждения в виде двоичных чисел:

• "Птицы плавают под водой" = 0
• "Вода мокрая" = 1

А ещё такая запись позволила математикам выполнять с этими утверждениями целые операции -- логические операции. Первым до этого додумался Джордж Буль. По имени которого и названа такая алгебра: "булева алгебра", которая оказалась очень удобной для цифровых машин.

Вторая половина АЛУ -- это логические операции. Они позволяют "сравнивать" утверждения. Базовых логических операций всего несколько штук: И, ИЛИ, НЕ, -- но этого достаточно, так как более сложные могут комбинироваться из этих трёх.

Логическая операция И обозначает одновременность утверждений, т.е. что оба утверждения истинны одновременно. Например утверждение будет истинно только тогда, когда оба более простых утверждения будут истинны. Во всех остальных случаях результат операции логического И будет ложным

Логическая операция ИЛИ будет истинно, если хотя бы одно из участвующих в операции утверждений будет истинно. "Птицы плавают под водой" И "Вода мокрая" истинно, так как истинно утверждение "вода мокрая"

Логическое операция НЕ меняет истинность утверждения на противоположное значение. Это логическое отрицание. Например:

Солнце всходит каждый день = ИСТИНА

НЕ (Солнце всходит каждый день) = НЕ ИСТИНА = ЛОЖЬ

Благодаря логическим операция мы можем сравнивать двоичные числа, а так как наши двоичные числа всегда что-то обозначают, например, какой-нибудь сигнал. То получается, что благодаря булевой алгебре мы можем сравнивать настоящие сигналы. Этим логическая часть АЛУ и занимается.

УСТРОЙСТВО ВВОДА-ВЫВОДА

Наш МК должен общаться с внешним миром. Только тогда он будет представлять из себя полезное устройство. Для этого у МК есть особые устройства, которые называются устройствами ввода-вывода.
Благодаря этим устройствам мы можем посылать в микроконтроллер сигналы от датчиков, клавиатуры и других внешних приборов. А МК после обработки таких сигналов отправит через устройства вывода ответ, с помощью которого можно будет регулировать скорость вращения двигателя или яркость свечения лампы.

Подведу итоги:

1. Цифровая электроника -- верхушка айсберга электроники
2. Цифровое устройство знает и понимает только числа
3. Любая информация: сообщение, текст, видео, звук, -- могут быть закодированы с помощью двоичных чисел
4. Микроконтроллер -- это микрокомпьютер на одной микросхеме
5. Любая микропроцессорная система состоит из трёх частей: процессор, память, устройства ввода-вывода
6. Процессорс состоит из АЛУ и управляющего устройства
7. АЛУ умеет выполнять арифметические и логические операции с двоичными числами

Оставайся с нами. В следующих статьях я расскажу более подробно как устроена память МК, порты ввода-вывода и АЛУ. А после этого мы пойдём ещё дальше и в итоге дойдём до аналоговой электроники.

p.s.
Нашёл ошибку? Сообщи мне!

Большой радиолюбитель и конструктор программ