Изучение схемотехники. Самостоятельное изучение схемотехники

Я решил написать ряд статей, которые должны помочь разобраться самостоятельно в предмете схемотехники. Первая часть вводная, в ней рассказывается об основных дисциплинах, которые стоит изучить для понимания принципов конструктирования и построения электрических схем. Если эта статья вам понравится, тема будет развиваться, внимание будет фокусироваться на нюансах и примерах.

Для старта в обучении требуется изучить три основные дисциплины :
1. Основы электротехники
2. Теоретические основы электроники
3. Теория автоматов

Все на так страшно, как кажется на первый взгляд.

Первый пункт необходим для понимания принципов работы с электричеством (В этом предмете изучаются основы расчета электрических схем).
Второй пункт - то же самое, что и первый, но более углубленный. Здесь будут рассматриваться частные примеры основных электронных устройств, через их электрические схемы.
Третий пункт - это очень важная дисциплина, которая рассматривает электрические схемы с точки зрения их логики работы. Эта дисциплина является вводной частью в курс схемотехники и рассматривает основные логические элементы, принципы построения принципиальных схем, процессы происходящие в схемах и многое другое.

Как изучать эти дисциплины?
Изучать их стоит по ВУЗовским учебникам, совмещаяя друг с другом. Т.е. стоит начать изучение курсов ОЭ и ТА параллельно, а после этого переходить к изучению ТОЭ и схемотехники. Уже после нескольких недель вы сможете сами разрабатывать простые логические схемы и понимать работу более сложных. Конечно, не стоит забывать и про практику, на нее нужно делать особый упор. Решайте задачи, изучайте электрические и принципиальные схемы.

Какие книги понадобятся в процессе обучения?
Для изучения электротехники и электроники пойдет любой учебник для высших учебных заведений. (Как пример А. А. Бессонов «Теоретические основы электротехники»)
Теорию автоматов можно изучать по одноименному учебнику Ю. Г. Карпова

Программное обеспечение :
В ходе обучения весьма пригодяться программы такие как
Electronic Workbench
Старая программа для построения принципиальных электрических схем. Для обучения вполне пойдет демо версия с ограниченным количеством допустимых элементов на листе. Программу можно использовать как для изучения курса теории автоматов, так и для проверки задач по электротехнике.

P-CAD
Будет использоваться на завершающих этапах обучения для разводки элементов по печатной плате.

На этом вводная часть заканчивается. Если данная тема будет интересна хабраюзерам, я продолжу писать статьи на эту тему.
Удачи вам в самообразовании.

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

Ток, напряжение, сопротивление.

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

Закон Ома

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

Закон Кирхгоффа.

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

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

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

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

Электроника, как хобби. Кризис жанра?

Многие из тех, кто превратил электронику в занимательное времяпрепровождение, часто задают себе вопрос: «Зачем я этим занимаюсь?». Читаю журналы и книги из раздела «Электроника это просто» и прочую литературу из серии «Для чайников». На более сложные и умные книги просто не хватает терпения.

А далее рассуждения идут примерно по такому руслу: вот, мол, сделал простенький усилитель, собрал несколько мигалок (световых эффектов), . А оказывается, все это можно купить, если не новое, то во всяком случае б/у, и окажется все лучшего качества, в фирменных корпусах, даже в рабочем состоянии. Спрашивается, где же выгода, экономический эффект от подобных занятий?

Но, пожалуй, не стоит забивать голову такими мыслями. Ведь можно привести немало примеров, которые не приносят никакой выгоды. Такие занятия называются хобби, т.е. увлечение, в котором вряд ли следует искать смысл. Это как любовь, ведь мало кто может ответить, в чем ее смысл. Или рыбалка, - проще пойти в магазин и купить рыбы, чем стоять с удочкой возле реки и кормить «злющих комаров». Так таких рыбаков просто не счесть. То же самое можно сказать и об охотниках: добытая утка по размерам невелика - куда меньше покупной.

Так и электроника, увлечение которой в молодом возрасте приходит просто из любопытства: а как это устроено, и почему оно работает так, а не иначе? К тому же наука это непростая, требует приложить немало усилий на изучение теории, создание первых работающих устройств, а впоследствии, при появлении опыта, разработка собственных схем и ремонт аппаратуры промышленного изготовления.

Серьезные игрушки

Одним из «непонятных» направлений в любительской электронике можно считать роботостроение. Конструкции подобных «роботов» чаще всего представляют собой небольшую тележку, которая может объезжать препятствия, двигаться по заданному маршруту и управляться от пульта управления. Правда такое творчество наиболее характерно для западных радиолюбителей, в странах СНГ этим занимаются не столь охотно.

Казалось бы, что тут такого? Непосвященный, увидев конечный результат, просто скажет: «Ну и что?». А тем, кто занимается этим на полном серьезе, тема эта настолько близка, важна и понятна, что по этому направлению в Интернете можно найти не один и не два форума, и даже скачать книги, чаще на английском языке, на эту тему.

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

Любительская электроника - это один из способов поработать головой и руками. Ведь придется научиться не только хорошо паять, часто приходится делать и слесарные операции, чтобы все получилось на высшем уровне. Решить проблемы, которые другие люди решают простым походом в магазин, а вот я сделал сам. Это еще один повод, чтобы получить удовольствие от электроники, как от хобби.

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

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

Как организовать рабочее место

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

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

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

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

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

Где взять теоретические познания

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

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

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

Электронные журналы

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

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

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

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

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

Название: Как освоить радиоэлектронику с нуля.

Если у вас есть огромное желание дружить с электроникой, если вы хотите создавать свои самоделки, но не знаете, с чего начать, - воспользуйтесь самоучителем «Как освоить радиоэлектронику с нуля. Учимся собирать конструкции любой сложности». Эта книга поможет модернизировать и дополнить некоторые основные схемы. Вы узнаете, как читать принципиальные схемы, работать с паяльником, и создадите немало интересных самоделок. Вы научитесь пользоваться измерительным прибором, разрабатывать и создавать печатные платы, узнаете секреты многих профессиональных радиолюбителей. В общем, получите достаточное количество знаний для дальнейшего освоения электроники самостоятельно. Книга также содержит небольшой справочник по радиодеталям, который, возможно, будет интересен и профессионалам.
Данный учебник написан доступным и простым языком, без лишней литературной лирики. Чтобы познакомить юных радиолюбителей с электричеством и различными величинами измерения, использован элементарный метод сравнения. Рядом с каждой принципиальной схемой - изображение с внешним видом и цоколевкой (расположение выводов) радиодеталей. Все подробно описано, иногда представлен монтаж того или иного устройства, чтобы визуально можно было увидеть, что же должно получиться.

Дорогие читатели!
Все вы, конечно, знаете об одной из широчайших областей современной техники - электронике. Смотрите ли вы телевизор, слушаете радиоприемник или пользуетесь музы-кальным центром - всюду «работает» электроника. Это она «рисует» изображение на экране телевизора и «приносит» в квартиры голос диктора, превращает запись на магнитной ленте аудиокассеты и бороздках компакт-дисков в звук.
Внимательно посмотрите вокруг, и вы увидите немало приборов, которые благодаря электронике рождаются вторично, например наручные или настольные часы. Электронные устройства в них с большой точностью отсчитывают секунды и минуты, показывая на экране время. А возьмите телефонный аппарат: в нем появилась электронная память, способная сохранять десятки номеров. Набирать их необязательно - достаточно нажать на кнопку, которой соответствует определенный номер. В фотоаппарате электронный «глаз» следит за освещенностью объекта съемки и автоматически устанавливает нужную выдержку. Даже квартирные звонки - электронные. При нажатии на кнопку возле входной двери в квартире раздаются звуки, которые имитируют пение птиц или мелодию известной песни, а иногда женский или мужской голос, который говорит: «Откройте дверь!».

Содержание
От автора
Глава 1
Уроки юного конструктора
Знакомство с электричеством и другими величинами
измерения
Ознакомление с радиодеталями
Резисторы
Конденсаторы
Полупроводниковые приборы
Транзисторы
Стабилитроны
Диоды
Прочие радиодетали
Глава 2
Инструмент и устройства
Рабочее место радиолюбителя
Измерительный прибор
Пользуемся цифровым прибором
Измерение постоянного и переменного напряжения
Измерение постоянного тока
Измерение сопротивления
Прозвонка диодов
Измерение и проверка емкостей и индуктивностей
Разное
Пользуемся стрелочным прибором
Проверка резисторов
Проверка конденсаторов
Проверка катушек индуктивности
Проверка низкочастотных дросселей и трансформаторов
Проверка диодов
Проверка тиристоров
Проверка транзисторов
Секреты правильной пайки
Глава 3
Основные правила безопасности
Правила необходимо знать и соблюдать!
Действие электрического тока на человека
Что представляет собой молния?
Глава 4
Закон Ома
Основной принцип закона Ома
Немного истории
Глава 5
Мои первые самоделки
Вспышки на светодиоде
Электронная канарейка
Индикатор занятой телефонной линии
Глава 6
Знакомство с микросхемами
Микросхемы широкого применения
Глава 7
Применение специализированных микросхем
на практике
Мой первый усилитель мощности
Регулятор громкости, баланса и тембра УНЧ
Глава 8
Разработка и изготовление печатных плат
Основные правила разработки плат
Травление печатных плат
Радиолюбители советуют
Компоновка радиодеталей на плате
Глава 9
Профессиональная схемотехника
Стереофонический УНЧ с темброблоком
Стереофонический приемник FM-диапазона
Индикатор выходного сигнала
Глава 10
Электричество - друг человека
Источник питания своими руками
Блок питания для электромеханических часов
Подсветка для выключателя
Регулятор яркости светильника
Фазометр своими руками
Искатель скрытой проводки
Глава 11
Подборка принципиальных схем
Предварительный усилитель
УНЧ с необычным темброблоком
Музыкальный квартирный звонок
Новогодняя гирлянда
Автомат периодического включения
и выключения нагрузки
Универсальное зарядное устройство
Цифровые электронные часы
Глава 12
Софт радиоконструктора
Описание пакета CircuitMaker
Подводим итоги
Глава 13
Справочный листок
Учимся выбирать батарейки
Сокращенное обозначение номиналов на резисторах
и конденсаторах
Цветовая маркировка постоянных резисторов
Последовательное и параллельное соединение
резисторов и конденсаторов
Зарубежные выпрямительные диоды и мосты
Микросхемные стабилизаторы напряжения
Маркировка и характеристика тиристоров
Цоколевка транзисторов
Музыкальные синтезаторы серии УМС
Англо-русский технический словарик

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Как освоить радиоэлектронику с нуля - Дригалкин В.В. - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

Каждый из нас, когда начинает увлекаться чем-то новым, сразу кидается в «пучину страсти» пытаясь выполнить или реализовать непростые проекты самоделок . Так было и со мной, когда я увлекся электроникой. Но как обычно бывает – первые неудачи поубавили запал. Однако отступать я не привык и начал систематически (буквально с азов) постигать таинства мира электроники. Так и родилось «руководство для начинающих технарей»

Шаг 1: Напряжение, ток, сопротивление

Эти понятия являются фундаментальными и без знакомства с ними продолжать обучение основам было бы бессмысленно. Давайте просто вспомним, что каждый материал состоит из атомов, а каждый атом в свою очередь имеет три типа частиц. Электрон — одна из этих частицы, имеет отрицательный заряд. Протоны же имеют положительный заряд. В проводящих материалах (серебро, медь, золото, алюминий и т.д.) есть много свободных электронов, которые перемещаются хаотично. Напряжение является той силой, которая заставляет электроны перемещаться в определенном направлении. Поток электронов, который движется в одном направлении, называется током. Когда электроны перемещаются по проводнику, то они сталкиваются с неким трением. Это трение называют сопротивлением. Сопротивление «ужимает» свободное перемещения электронов, таким образом снижая величину тока.

Более научное определение тока – скорость изменения количество электронов в определенном направлении. Единица измерения тока — Ампер (I). В электронных схемах протекающий ток лежит в диапазоне миллиампера (1 ампер = 1000 миллиампер). Например, свойственный ток для светодиода 20mA.

Единица измерения напряжения – Вольт (В). Батарея – является источником напряжения. Напряжение 3В, 3.3В, 3.7В и 5В является наиболее распространенным в электронных схемах и устройствах.

Напряжение является причиной, а ток – результатом.

Единица измерения сопротивления – Ом (Ω).

Шаг 2: Источник питания

Аккумуляторная батарея — источник напряжения или «правильно» источник электроэнергии. Батарея производит электроэнергию за счет внутренней химической реакции. На внешней стороне у неё присутствуют две клеммы. Одна из них является положительным выводом (+ V), а другая отрицательным (-V), или «землёй». Обычно источники питания бывают двух типов.

Батареи;
Аккумуляторы.

Батарейки используются один раз, а затем утилизируются. Аккумуляторы могут быть использованы несколько раз. Батарейки бывают разных форм и размеров, от миниатюрных, используемых для питания слуховых аппаратов и наручных часов до батарей размером с комнату, которые обеспечивают резервное питание для телефонных станций и компьютерных центров. В зависимости от внутреннего состава источники питания могут быть разных типов. Несколько наиболее распространённых типов, используемых в робототехнике и технических проектах:

Батареи 1,5 В

Батарейки с таким напряжением могут иметь различные размеры. Наиболее распространённые размеры АА и ААА. Диапазон ёмкости от 500 до 3000 мАч.

3В литиевая «монетка»

Все эти литиевые элементы рассчитаны номинально на 3 В (при нагрузке) и с напряжением холостого хода около 3,6 вольт. Ёмкость может достигать от 30 до 500мAч. Широко используется в карманных устройствах за счёт их крошечных размеров.

Никель-металлогидридные (NiМГ)

Эти батареи имеют высокую плотность энергии и могут заряжаться почти мгновенно. Другая важная особенность — цена. Такие аккумуляторы дешёвые (в сравнение с их размерами и ёмкостями). Этот тип батареи часто используется в робототехнических самоделках .

3.7 В литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Они имеют хорошую разряжающую способность, высокую плотность энергии, отличную производительность и небольшой размер. Литий-полимерный аккумулятор широко используется в робототехнике.

9-вольтовая батарея

Наиболее распространенная форма — прямоугольная призма с округленными краями и клеммами, что расположены сверху. Ёмкость составляет около 600 мАч.

Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются рабочей лошадкой всей радио-электронной промышленности. Они невероятно дешёвы, перезаряжаются и их легко купить. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в машиностроении, UPS (источниках бесперебойного питания), робототехнике и других системах, где необходим большой запас энергии, а вес не так важен. Наиболее распространенными являются напряжения 2В, 6В, 12В и 24В.

Последовательно-параллельное соединение батарей

Источник питания может быть подключен последовательно или параллельно. При подключении последовательно величина напряжения увеличивается, а когда подключение параллельное – увеличивается текущая величина тока.

Существует два важных момента относительно батарей:

Емкость является мерой (как правило, в Aмп-ч) заряда, хранящейся в батарее, и определяется массой активного материала, содержащегося в ней. Ёмкость представляет собой максимальное количество энергии, которую можно извлечь при определенно заданных условиях. Тем не менее, фактические возможности хранения энергии аккумулятора могут значительно отличаться от номинального заявленного значения, а ёмкость батареи сильно зависит от возраста и температуры, режимов зарядки или разрядки.

Ёмкость батареи измеряется в ватт-часах (Вт*ч), киловатт-часах (кВт-ч), ампер-часах (А*ч) или миллиампер-час (мА * ч). Ватт-час – это напряжение (В) умноженное на силу тока(I) (получаем мощность – единица измерения Ватты (Вт)), которое может выдавать батарея определенный период времени (как правило, 1 час). Так как напряжение фиксируемое и зависит от типа аккумулятора (щелочные, литиевые, свинцово-кислотные, и т.д.), часто на внешней оболочке отмечают лишь Ач или мАч (1000 мАч = 1Aч). Для более продолжительной работы электронного устройства необходимо брать батареи с низким током утечки. Чтобы определить срок службы аккумулятора, разделите ёмкость на фактический ток нагрузки. Цепь, которая потребляет 10 мА и питается от 9-вольтной батареи будет работать около 50 часов: 500 мАч / 10 мА = 50 часов.

Во многих типах аккумуляторов, вы не можете «забрать» энергию полностью (другими словами, аккумулятор не может быть полностью разряжен), не нанося серьезный, и часто непоправимый ущерб химическим составляющим. Глубина разрядки (DOD) аккумулятора определяет долю тока, которая может быть извлечена. Например, если DOD определено производителем как 25%, то только 25% от ёмкости батареи может быть использовано.

Темпы зарядки/разрядки влияют на номинальную ёмкость батареи. Если источник питания разряжается очень быстро (т.е., ток разряда высокий), то количество энергии, которое может быть извлечено из батареи снижается и ёмкость будет ниже. С другой стороны если батарея разряжается очень медленно (используется низкий ток), то ёмкость будет выше.

Температура батареи также будет влиять на ёмкость. При более высоких температурах ёмкость аккумулятора, как правило, выше, чем при более низких температурах. Тем не менее, намеренное повышение температуры не является эффективным способом повышения ёмкости аккумулятора, так как это также уменьшает срок службы самого источника питания.

С-Ёмкость: Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно её емкости. Большинство батарей, за исключением свинцово-кислотных, оценено в 1C. Например, батарея с ёмкостью 1000mAh, выдает 1000mA в течение одного часа, если уровень – 1C. Та же батарея, с уровнем 0.5C, выдает 500mA в течение двух часов. С уровнем 2C, та же батарея выдает 2000mA в течение 30 минут. 1C часто упоминается как одночасовой разряд; 0.5C – как двухчасовой и 0.1C – как 10-часовой.

Ёмкость батареи обычно измеряется с помощью анализатора. Анализаторы тока отображают информацию в процентах отталкиваясь от значения номинальной ёмкости. Новая батарея иногда выдает больше 100 % тока. В таком случае, батарея просто оценена консервативно и может выдержать более длительное время, чем указанно производителем.

Зарядное устройство может быть подобрано с точки зрения ёмкости батареи или величины C. Например зарядное устройство с номиналом C/10 полностью зарядит батарею через 10 часов, зарядное устройство с номиналом в 4C, зарядило бы аккумулятор через 15 минут. Очень быстрые темпы зарядки (1 час или менее) обычно требуют того, чтобы зарядное устройство тщательно контролировало параметры аккумулятора, такие как предельное напряжение и температура, чтобы предотвратить перезаряд и повреждения батареи.

Напряжение гальванического элемента определяется химическими реакциями, что проходят внутри него. Например, щелочные элементы – 1.5 В, все свинцово- кислотные – 2 В, а литиевые – 3 В. Батареи могут состоять из нескольких ячеек, поэтому вы редко, где сможете увидеть 2-вольтовую свинцово-кислотную батарею. Обычно они соединены вместе внутри, чтобы выдавать 6 В, 12 В или 24 В. Не стоит забывать о том, что номинальное напряжение в «1.5-вольтовой» батарее типа AA фактически начинается с 1.6 В, затем быстро опускается к 1.5, после чего медленно дрейфует вниз к 1.0 В, при котором батарею уже принято считать ‘разряженной’.

Как лучше выбрать батарею для поделки ?

Как вы уже поняли, в свободном доступе, можно найти много типов батарей с разным химическим составом, таким образом, не легко выбрать, какое питание является лучшим для именно вашего проекта. Если проект очень энергозависимый (большие системы звука и моторизованные самоделки ) следует выбирать свинцово-кислотную батарею. Если вы хотите построить переносную поделку , которая будет потреблять небольшой ток, то следует выбрать литиевую батарею. Для любого портативного проекта (легкий вес и умеренное питание) выбираем литиево-ионный аккумулятор. Вы можете выбрать более дешёвый аккумулятор на основе метало-никелевого гидрида (NIMH), хотя они более тяжёлые, но не уступают литиево-ионным в остальных характеристиках. Если вы хотели бы сделать энергоёмкий проект то литиево-ионный щелочной (LiPo) аккумулятор будет лучшим вариантом, потому что он имеет маленькие размеры, лёгок по сравнению с другими типами батарей, перезаряжается очень быстро и выдаёт ток высокого значения.

Хотите, чтобы Ваши аккумуляторы прослужили долгое время? Используйте высококачественное зарядное устройство, которое имеет датчики для поддержания надлежащего уровня заряда и подзарядки малым током. Дешёвое зарядное устройство убьёт ваши аккумуляторы.

Шаг 3: Резисторы

Резистор — очень простой и наиболее распространённый элемент на схемах. Он применяется для того, чтобы управлять или ограничивать ток в электрической цепи.

Резисторы — пассивные компоненты, которые только потребляют энергию (и не могут производить её). Резисторы, как правило, добавляются в цепь, где они дополняют активные компоненты, такие как ОУ, микроконтроллеры и другие интегральные схемы. Обычно они используются, чтобы ограничить ток, разделить напряжения и линии ввода/вывода.

Сопротивление резистора измеряется в Омах. Большие значения могут быть сопоставлены с префиксом кило-, мега-, или гига, чтобы сделать значения легко читаемыми. Часто можно увидеть резисторы с меткой кОм и МОм диапазоне (гораздо реже мОм резисторы). Например, 4,700Ω резистор эквивалентен 4.7kΩ резистору и 5,600,000Ω резистор можно записать в виде 5,600kΩ или (более обычно) 5.6MΩ.

Существуют тысячи различных типов резисторов и множество фирм, что их производят. Если брать грубую градацию то существуют два вида резисторов:

с чётко заданными характеристиками;
общего назначения, чьи характеристики могут «гулять» (производитель сам указывает возможное отклонение).

Пример общих характеристик:

Температурный коэффициент;
Коэффициент напряжения;
Частотный диапазон;
Мощность;
Физический размер.

По своим свойствам резисторы могут быть классифицированы как:

Линейный резистор — тип резистора, сопротивление которого остается постоянным с увеличением разности потенциалов (напряжения), что прикладываются к нему (сопротивление и ток, что проходит через резистор не изменяется от приложенного напряжения). Особенности вольт-амперной характеристики такого резистора — прямая линия.

Не линейный резистор – это резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от значения прикладываемого напряжения или протекающего через него тока. Это тип имеет нелинейную вольт-амперную характеристику и не строго следует закону Ома.

Есть несколько типов нелинейных резисторов:

Резисторы ОТК (Отрицательный Температурный Коэффициент) — их сопротивление понижается с повышением температуры.
Резисторы ПЕК (Положительный Температурный Коэффициент) — их сопротивление увеличивается с повышением температуры.
Резисторы ЛЗР (Светло-зависимые резисторы) — их сопротивление изменяется с изменением интенсивности светового потока.
Резисторы VDR (Вольт зависимые резисторы) — их сопротивление критически понижается, когда значение напряжения превышает определенное значение.

Не линейные резисторы используются в различных проектах. ЛЗР используется в качестве датчика в различных робототехнических проектах.

Кроме этого, резисторы бывают с постоянным и переменным значением:

Резисторы постоянного значения — типы резисторов, значение которых уже установлено, при производстве и не может быть изменено во время использования.

Переменный резистор или потенциометр – тип резистора, значение которого может быть изменено во время использования. Этот тип обычно имеет вал, который поворачивается или перемещается вручную для изменения значения сопротивления в фиксированном диапазоне, например, от. 0 кОм до 100 кОм.

Магазин сопротивлений:

Этот тип резистора состоит из «упаковки», в которой содержится два или более резисторов. Он имеет несколько терминалов, благодаря которым может быть выбрано значение сопротивления.

По составу резисторы бывают:

Углеродные:

Сердечник таких резисторов отливается из углерода и связующего вещества, создающих требуемое сопротивление. Сердечник имеет чашеобразные контакты, удерживающие стержень резистора с каждой стороны. Весь сердечник заливается материалом (наподобие бакелита) в изолированном корпусе. Корпус имеет пористую структуру, поэтому углеродные композиционные резисторы чувствительны к относительной влажности окружающей среды.

Эти типы резисторов обычно производит шум в цепи за счёт электронов, проходящих через углеродные частицы, таким образом, эти резисторы, не используются в «важных» схемах, хотя они дешевле.

Осаждения углерода:

Резистор, который сделан путём нанесения тонкого слоя углерода вокруг керамического стержня — называется углеродо-осаждённым резистором. Он изготавливается путем нагревания керамических стержней внутри колбы метана и осаждением углерода вокруг них. Значение резистора определяется количеством углерода, осажденного вокруг керамического стержня.

Пленочный резистор:

Резистор выполнен путем осаждения распыляемого металла в вакууме на керамическую основу прута. Эти типы резисторов очень надежны, имеют высокую устойчивость, а также имеют высокий температурный коэффициент. Хотя они дороже по сравнению с другими, но используются в основных системах.

Проволочный резистор:

Проволочный резистор изготовлен путем намотки металлической проволоки вокруг керамического сердечника. Металлический провод представляет собой сплав различных металлов подобранных согласно заявленным особенностям и сопротивлениям требуемого резистора. Эти тип резистора имеет высокую стабильность, а также выдерживает большие мощности, но, как правило, они более громоздкие по сравнению с другими типами резисторов.

Метало-керамические:

Эти резисторы изготовлены путем обжига некоторых металлов, смешанные с керамикой на керамической подложке. Доля смеси в смешанном метало-керамическом резисторе определяет значение сопротивления. Этот тип очень стабилен, а также имеет точно вымеренное сопротивление. Их в основном используют для поверхностного монтажа на печатных платах.

Прецизионные резисторы:

Резисторы, значение сопротивлений которых лежит в пределах допуска, поэтому они очень точны (номинальная величина находится в узком диапазоне).

Все резисторы имеют допуск, который даётся в процентах. Допуск говорит нам, насколько близко к номинальному значению сопротивления может изменяться. Например, 500Ω резистор, который имеет значение допуска 10%, может иметь сопротивление между 550Ω или 450Ω. Если же резистор имеет допуск 1%, сопротивление будет меняться только на 1%. Таким образом, 500Ω резистор может варьироваться от 495Ω 505Ω.

Прецизионный резистор — резистор, у которого уровень допуска всего 0.005%.

Плавкий резистор:

Проволочный резистор, разработан таким образом, чтобы легко перегореть, когда номинальная мощность превысет граничный порог. Таким образом плавкий резистор имеет две функции. Когда питание не превышено, он служит ограничителем тока. Когда номинальная мощность превышена, оа функционирует как предохранитель, после перегорания цепь становится разорванной, что защищает компоненты от короткого замыкания.

Терморезисторы:

Теплочувствительный резистор, значение сопротивления которого изменяется с изменением рабочей температуры.

Терморезисторы показывают или положительный температурный коэффициент (PTC) или отрицательный температурный коэффициент (NTC).

Насколько изменяется сопротивление с изменениями рабочей температуры зависит от размера и конструкции терморезистора. Всегда лучше проверить справочные данные, чтобы узнать все спецификации терморезисторов.

Фоторезисторы:

Резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от светового потока, что падает на его поверхность. В тёмной среде сопротивление фоторезистора очень высоко, несколько M Ω. Когда интенсивный свет попадает на поверхность, сопротивление фоторезистора существенно падает.

Таким образом фоторезисторы — переменные резисторы, сопротивление которых зависит от количества света, что падает на его поверхность.

Выводные и безвыводные типы резисторов:

Выводные резисторы: Этот тип резисторов использовался в самых первых электронных схемах. Компоненты подключались к выводным клеммам. С течением времени, начали использоваться печатные платы, в монтажные отверстия которых впаивались выводы радиоэлементов.

Резисторы поверхностного монтажа:

Этот тип резистора всё более часто стали использовать начиная с введения технологии поверхностного монтажа. Обычно этот тип резистора создается путём использования тонкоплёночной технологии.

Шаг 4: Стандартные или общие значения резисторов

Система обозначений имеет свои истоки, которые выходят с начала прошлого века, когда большинство резисторов были углеродными с относительно плохими производственными допусками. Объяснение довольно простое – используя 10% допуск можно уменьшить число выпускаемых резисторов. Было бы малоэффективно производить резисторы с сопротивлением 105 Ом, так как 105 находится в пределах 10%-го диапазона допуска резистора на 100 Ом. Следующая рыночная категория составляет 120 Ом, потому что у резистора на 100 Ом с 10%-й терпимостью, будет диапазон между 90 и 110 Ом. У резистора на 120 Ом диапазон лежит между 110 и 130 Ом. По этой логики предпочтительно выпускать резисторы с 10% допуском 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330 и так далее (соответственно округлены). Это — ряд E12, показанный ниже.

Терпимость 20% E6,

Терпимость 10% E12,

Терпимость 5% E24 (и обычно 2%-я терпимость),

Терпимость 2% E48,

E96 1% терпимости,

E192 0,5, 0,25, 0,1% и выше допуски.

Стандартные значения резисторов:

Е6 серии: (20% допуска) 10, 15, 22, 33, 47, 68

E12 серии: (10% допуска) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82

E24 серии: (5% допуска) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91

E48 серии: (2% допуска) 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 261, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953

E96 серии: (1% допуска) 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 491, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 959, 976

E192 серии: (0,5, 0,25, 0,1 и 0,05% допуска) 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 165, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205, 208, 210, 213, 215, 218, 221, 223, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267, 271, 274, 277, 280, 284, 287, 291, 294, 298, 301, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379, 383, 388, 392, 397, 402, 407, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 517, 523, 530, 536, 542, 549, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673, 681, 690, 698, 706, 715, 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 920, 931, 942, 953, 965, 976, 988

При разработке оборудования лучше всего придерживаться самого низкого раздела, т.е. лучше использовать E6, а не E12. Таким образом, чтобы число различных групп в любом оборудовании было минимизировано.

Продолжение следует