с чего начать изучать электронику
Как самостоятельно изучить электронику с нуля?
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.
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.
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?
Математика в электронике
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.
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).
Это мой список книг для самых «маленьких». Обязательно следует пролистывать и журналы Радио с 70х по 90е гг. После этого можно уже читать:
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 прочитать в разделе «Читалка».
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?
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.
Азбука электронщика: увлекательная теория, занимательная практика и полезные решения для начинающих
Я слушаю и забываю,
я вижу и запоминаю,
я делаю и понимаю.
Конфуций
Замечали ли вы, что интерес к электронике, радиотехнике, конструированию радиоэлектронных приборов в последнее время заметно возрос?
Учебные заведения все чаще обращают свой взор в сторону подготовки инженеров в области радиотехники и электроники. Многие специалисты, достигшие определенных успехов в своей профессии, с удовольствием делятся своими знаниями на просторах всемирной паутины. Но есть проблема – отрыв теории от практики. Одно дело знать из школьного курса закон Ома, а совсем другое – спалить транзистор или микросхему, подав неверное напряжение. Как начинающему разобраться, понять причину и навсегда запомнить этот закон и этот примечательный случай?
Понимая это, Мастер Кит начал выпуск серии наборов «Азбука электронщика».
Серия будет состоять из нескольких наборов с повышающимся уровнем сложности, и охватывать весь основной спектр радиоэлектронных компонентов. Цель серии – дать возможность на практике закрепить теоретические знания, полученные в учебных заведениях, понять работу элементов электронных схем, попробовать свои силы в разработке этих схем, пробудить интерес к этой области знаний.
NR03 «Основы схемотехники» — первый из серии наборов «Азбука электронщика», который на практике познакомит с базовыми элементами электроники: резисторами, конденсаторами, диодами и транзисторами. Особенностью набора является применение беспаечной технологии и сборки на макетной плате, что позволяет использовать компоненты многократно. Автономное питание от батареи исключает возможность поражения электрическим током и повреждение компонентов.
Многие из предлагаемых для сборки схем могут иметь практической применение – простейшие охранные сигнализации, детекторы и датчики, таймеры и т.п. Поскольку набор содержит более 100 электронных компонентов, из них можно собрать куда больше устройств, чем описано в обучающем пособии или использовать эти компоненты в собственных конструкциях для постоянного применения.
В красочной брошюре, выполненной в отличном полиграфическом качестве, даны описания компонентов, входящих в состав набора, и немного теории о каждом из них; даны сведения о внешнем виде и маркировке. Электрические схемы нарисованы в соответствии со стандартом и помогают научиться правильно читать их. Для каждой электрической схемы приведена монтажная схема на макетной плате, собрать которую сможет даже самый неискушенный начинающий электронщик.
Рассмотрим, например, простейший индикатор полярности подключаемой к электронной схеме батареи. Из приведенных ниже рисунков, взятых из брошюры, можно убедиться, что электрическая и монтажная схемы легко читаемы и сопоставимы между собой.
В зависимости от полярности батареи будет светиться один из цветных светодиодов – либо зеленый, либо красный, который будет сигнализировать об ошибке подключения источника питания. Чем не практический результат при весьма малых затратах? Не говоря уже о том, что даже в такой нехитрой схеме действуют несколько физических процессов и приборов, которые теоретически рассматриваются на уроках и занятиях по физике: химический источник тока, прохождение тока через проводник, излучение света полупроводником, закон Ома, принцип действия полупроводникового диода. Чем больше юному исследователю захочется углубиться в эти процессы, тем лучше. Тем более, что сейчас не составит труда получить через интернет любую информацию по заинтересовавшему вопросу. А навыки самообразования в процессе такого обучения помогут в любой профессии.
Всего в брошюре рассматривается 15 схем разного уровня сложности: параллельное и последовательное включение резисторов, конденсаторов и светодиодов; заряд и разряд конденсатора в электронной схеме; принцип действия транзистора; соединение компонентов в схеме.
В состав компонентов набора входят светодиоды разного цвета, схема мигалки и простейшего электромузыкального инструмента, которые неизменно привлекают внимание самых маленьких электронщиков. Также особенностью набора является раздел «Проверь свои знания». В этом разделе приведены схемы с ошибками, которые внимательный читатель, собравший все предлагаемые схемы не формально, а с желанием разобраться в их работе, без труда сможет найти и исправить.
В качестве примера приведем схему с неверным значением сопротивления резистора в цепи, ограничивающей ток через светодиод:
Такой пример позволяет на практике понять порядок значения тока через реальный светодиод, приучит внимательно читать электрические схемы и проверять собранные устройства.
Изучив все представленные в наборе схемы, собрав и испытав их на практике, с учетом числа компонентов, входящих в состав набора, можно найти в литературе и всемирной сети еще несколько десятков электронных устройств, собрать их и подробно исследовать.
Набор поставляется в красочно оформленной коробке оригинального дизайна и может служить отличным подарком.
Мы уверены, что новый набор серии «Азбука электронщика» компании Мастер Кит, а также следующие наборы серии, помогут заинтересовать юные умы и, возможно, помочь в выборе несомненно интересной и нужной профессии в сферах радиоэлектроники, микросхемотехники, других инженерных и научных областях знаний. Ведь от малого до великого всего один шаг.
ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ
Много у нас есть опытных специалистов в схемотехнике, но ещё больше новичков, которые пытаются поддавшись интересу загрузить в себя новые знания. Это правильно, и сейчас мы в поможем сделать первые шаги в радиоделе. Просто читайте теорию и походу выполняйте действия, и через пару часов, которые бы всё-равно потратили на просмотр какого-нибудь фильма, заложите себе неплохую стартовую базу в плане сборки простейших схем и измерении разных их параметров.
Основы радиоэлектроники
Для начала посмотрим на обыкновенную пальчиковую батарейку. На ней можно прочитать, что у неё напряжение 1,5 В. Давайте проверим.
Для этого понадобится мультиметр, то есть цифровой измерительный прибор. Вначале стоит обзавестись более дешевой моделью, обязательно с ручным выбором диапазона измерения.
Измерение напряжения
Теперь поместим наши 4 батареи в корпус общий, так называемый холдер. Затем вставьте концы проводов аккумуляторной сборки в отверстия макетной платы, как показано на фото ниже:
Батарейный отсек: а) пустой, b) со вставленными батареями, c) подсоединенный к плате
Компьютерный кабель: а) изолированный, b) после снятия изоляции
Сначала снимите изоляцию с провода. Внутри найдете более тонкие провода, скрученные вместе. Следующим шагом будет отрезание кусочка провода необходимой длины, удаление небольшого, примерно 1 см, фрагмента изоляции с обоих его концов, и все готово. Обратите внимание, что провода в кабеле компьютера тонкие и легко ломаются, с ними нужно обращаться осторожно и часто не гнуть.
a) клещи, b) провод со снятой изоляцией, c) готовые перемычки
Если что, можете купить готовый набор перемычек. Их большим преимуществом является то, что не нужно делать самому, и они сделаны из более толстой проволоки, которая не так легко ломается.
Обломанный конец провода
Вне зависимости от того какие перемычки выберете: ручной работы или готовые, подготовим контактную пласту к дальнейшей работе. Потребуются 4 коротких перемычки (для подключения шин, распределяющих напряжение по плате) и две более длинные, желательно красная и синяя для питания.
Макетная плата с перемычками, соединяющими шины распределения напряжения
Теперь соберем свою первую схему на макетке. Возьмите резистор 22 кОм (красные / красные / оранжевые / золотые полосы). Каково его фактическое сопротивление? Проверим мультиметром.
Измерение сопротивления
Измерьте сопротивление резистора омметром
Как и в случае с батареями, здесь значение, измеренное мультиметром, отличается от номинала проверяемого элемента. Золотая полоса на резисторе означает допуск 5%.
22 кОм х 5% = 1.1 кОм
Следовательно, диапазон сопротивления для этого резистора может составлять от 20,9 кОм до 23,1 кОм. Теперь подключим пласту, батареи в холдере и резистор, как на фото ниже:
Электронная схема простейшая подключена к макетной плате
В электронике схемы используются для иллюстрации соединений между отдельными элементами. В нашем случае это будет выглядеть так:
Электрическая схема простейшая
I = U / R
I = 6 В / 22 кОм
I = 6 В / 22000 Ом
I = 0,000273A
I = 273 мкА
Теоретически ток в схеме должен составлять 273 мкА. Но что сопротивление резистора может изменяться в пределах 5%. Напряжение обеспечивается батареями также не номинальные 6 В, и оно будет зависеть от уровня заряда батареи. Давайте рассмотрим фактическое напряжение, обеспечиваемое 4 батареями по 1,5 В.
Измерение напряжения
Измерение напряжения аккумуляторной сборки
Подставим измеренные значения в формулу, полученную из закона Ома:
I = U / R
I = 6.5V / 22.1k Ом
I = 6,5 В / 22100 Ом
I = 0,000294A
I = 294 мкА
Попробуем проверить, получим ли этот результат, измерив ток мультиметром.
Измерение тока
Измерение тока в схеме
А далее простая схема, показывающая различия в подключении вольтметра и амперметра к тестируемой схеме:
Схема подключения вольтметра и амперметра к тестируемой схеме
Итак, вы научились измерять напряжение, ток и сопротивление с помощью мультиметра, а также собрали первую схему на макетной плате. Теперь добавим больше резисторов и проверим как это повлияет на ток и напряжение. Начнем со сборки в соответствии со схемой ниже:
Схема, состоящая из источника напряжения и 3-х резисторов
Вернемся к схеме, если уже нашли резисторы, соберём схему на макетной плате. Всё выглядит так:
Схема состоит из батареи и 3 резисторов, соединенных на плате
Во-первых, посмотрим какое напряжение подает аккумулятор в схему. Возьмем измеритель, подготовленный для измерения напряжения, с ручкой, установленной на 20 В. Приложим щупы измерителя по обе стороны от батареи B1:
Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметр, измеряющий напряжение на обеих сторонах аккумуляторной батареи
Эта батарея подает в схему 6,02 В. Теперь измерим реальное сопротивление каждого из резисторов, использованных в эксперименте. Получили результаты: 21,9 кОм, 10 кОм и 2,23 кОм соответственно. Какой ток в цепи? Попробуем сначала посчитать:
I = U / R
R = U / (R1 + R2 + R3)
I = 6,02 В / (21,9 кОм + 10 кОм + 2,23 кОм)
I = 6,02 В / 34,13 кОм
I = 6,02 В / 34130 Ом
I = 0.000176 = 176 мкA
Теперь измерим реальную силу тока мультиметром:
Измерение тока в схеме
Давайте проследим что происходит с напряжением в схеме. Аккумулятор дает напряжение 6,02 В, а ток во всей схеме составляет 176 мкА. Рассчитаем падение напряжения на каждом резисторе. Как обычно помогут закон Ома и формула I = U / R. Падение напряжения на резисторе R1, сопротивление которого 22 кОм:
U = I х R
U = 176 мкА х 21.9 кОм
Чтобы избежать путаницы, проведём преобразование единиц измерения:
U = 0.000176 A х 21900 Ом
U = 3.85 В
Падение напряжения на резисторе R2, сопротивление которого 10 кОм:
U = I х R
U = 176 мкА х 10 кОм
U = 0.000176 A х 10000 Ом
U = 1.76 В
Падение напряжения на резисторе R2, сопротивление которого составляет 2,2 кОм:
U = I x R
U = 176 мкА х 2,23 кОм
U = 0,000176 А х 2230 Ом
U = 0,39 В
Обратите внимание, что чем больше сопротивление данного резистора, тем выше падение напряжения на нем.
Теперь проверим какое напряжение получим, приложив щупы мультиметра непосредственно перед и после следующих резисторов:
Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметром измерение напряжения на обеих сторонах резистора R1
Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметр измерения напряжения на обеих сторонах резистора R2
Слева: схема подключения мультиметра, справа: мультиметр, измеряющий напряжение на обеих сторонах резистора R3
Измеритель обнаружил определенное падение напряжения на каждом резисторе:
UR1 = 3,83 В
UR2 = 1,75 В
UR3 = 0,39 В
UR1 + UR2 + UR3 = 5,97 В
UB1 = 6,02 В
В любом случае мы экспериментально пришли ко второму закону Кирхгофа, который гласит: сумма напряжений источника в цепи постоянного тока равна сумме напряжений нагрузки.
Итак, мы проверили и рассчитали ток и напряжение в цепи, в которой резисторы включены последовательно. Напоминаем, что такое подключение показано на схеме:
Схема цепи, в которой резисторы включены последовательно
Рассмотрим схему, в которой резисторы включены параллельно. И начнем со схемы компоновки. Отметки на схеме будут соответствовать значениям элементов:
Соберем схему на макетной плате. Каким будет полное сопротивление Rс всех резисторов в цепи? Прежде чем ответить на этот вопрос, обратите внимание что только R1 и R2 подключены параллельно. Вначале будем иметь дело только с ними. Формула общего сопротивления параллельно соединенных резисторов такова:
R 1,2 = (R1 х R2) / (R1 + R2)
R 1,2 = (22 кОм x 10 кОм) / ( 22 кОм + 10 кОм)
R 1,2 = 220 кОм / 32 кОм
R 1,2 = 6,9 кОм
R 1,2 = 6900 Ом
Последовательные этапы преобразования схемы: а) вид исходной схемы, b) схема эквивалентной схемы после замены двух ветвей одной замещающей ветвью с сопротивлением R1.2, c) схема эквивалентной цепи после замены резисторы R1.2 и R3 с резистором Rc.
Обратите внимание, что при замене исходной принципиальной схемы эквивалентное напряжение и ток в непреобразованной части схемы должны оставаться неизменными.
Возвращаясь к теме: поскольку резисторы R1 и R2 соединены параллельно и последовательно с резистором R3, достаточно добавить сопротивление R 1.2, рассчитанное только что с помощью резистора R3, чтобы получить общее сопротивление Rc:
Rc = [(R1 * R2) / (R1 + R2)] + R3
Rc = R 1,2 + R3
Rc = 6,9 кОм + 2,2 кОм
Rc = 9,1 кОм
Rc = 9100 Ом
Мы знаем как рассчитать полное сопротивление схемы. Помните, что рассчитали его на основе номинальных значений сопротивления используемых резисторов. В качестве упражнения предлагаем рассчитать фактическое полное сопротивление в вашей схеме таким же образом (после измерения сопротивления всех резисторов с помощью мультиметра). Для данного случая это 9,1 кОм.
Для расчета силы тока необходимо знать напряжение, подаваемое аккумулятором:
Слева: схема подключения мультиметра, справа: измерение напряжения на обеих сторонах аккумуляторной батареи
В этой схеме аккумулятор, то есть источник напряжения, обеспечивает схему напряжением 6,10 В. Рассчитаем ток I:
I = U / Rc
I = 6,10 В / 9100 Ом
I = 0,00067 А = 0,67 мА = 670 мкА
Теперь посмотрим на напряжение в схеме, разместив щупы измерителя в разных местах:
Слева: схема подключения мультиметра; справа: измерение падения напряжения на резисторе R1
Слева: схема подключения мультиметра; справа: измерение падения напряжения на резисторе R2
Слева: схема подключения мультиметра; справа: измерение падения напряжения на резисторе R3
Батарея подает на цепь напряжение 6,10 В. Интересно, что падение напряжения на резисторах, подключенных параллельно, одинаковое (4,60 В каждое), хотя они имеют разное сопротивление. Падение на R3 составляет 1,49 В.
Получим ли мы те же значения из расчетов?
U R1.2 = I x R 1.2
U R1.2 = 670 мкА х 6,9 кОм
U R1.2 = 4,62 В
U R3 = I x R3
U R3 = 670 мкА х 2,2 кОм
U R3 = 1,47 В
Результаты вышли практически идентичными.
Теперь измерим ток в отдельных точках схемы:
Слева: схема подключения амперметра к цепи; справа: текущее измерение I
Слева: схема подключения амперметра к цепи; справа: измерение тока I1
Слева: схема подключения амперметра к цепи; справа: измерение тока I2
I = I1 + I2
Посмотрим, будет ли рассчитанный ток такой же, как и измеренный:
I1 = U R1 / R1
I1 = 4.62 В / 22 кОм
I1 = 210 мкА
I2 = U R2 / R2
I2 = 4.62 В / 10 кОм
I2 = 460 мкА
I = I1 + I2
I = 210 мкА + 460 мкА
Экспериментально полученные результаты очень похожи на полученные расчеты, что прекрасно показывает связь теории и практики в радиоэлектронике.
В общем на сегодня всё, в одном материале не легко охватить огромный мир электроники, да и время нужно чтоб освоить всю полученную информацию. Дальше переходите в раздел схем для начинающих и пробуйте собирать девайсы попроще, а возникающие вопросы можно прояснить на форуме. Успехов!
Форум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ
Несколько методов точного измерения емкости конденсаторов. Теория и практика.
Простой переходник для корпусов TQFP с самоцентрированием микросхемы, собранный своими руками.
Информация по самостоятельному ремонту и прошивке транзистор-тестера LCR-T4(T3) NoStripGrid.