Основы электротехники для детей. Основы электротехники для начинающих

Мак-Комб Гордон, Бойсен Э

Год выпуска: 2013

Изд-во: Диалектика-Вильямс

ISBN: 978-5-8459-1871-0

400 страниц.

Мечтаете ли вы конструировать свои собственные электронные штучки? Хотите ли вы знать, как работают транзисторы, конденсаторы и другие ингредиенты электронной «кухни»? Интересно ли вам научиться паять или самостоятельно разводить печатные платы? Значит? эта книга для вас! Она станет для вас ключиком, с помощью которого вы сможете приоткрыть дверь в захватывающий и удивительный мир современной электроники. Здесь вы не встретите толстых фолиантов сухих и нудных лекций? книга, которую вы держите в руках, представляет собой руководство, содержащее только те сведения, которые действительно понадобятся вам для того, чтобы научиться изготавливать и настраивать собственные электронные поделки.

ОглавлениеОб авторах 17
Введение 18
Часть I. Начала начал электроники 23
Глава 1. От электронов к электронике 25
Глава 2. Безопасность людей и устройств 43
Часть II. Ряд 5, стеллаж с инструментами: запасаясь впрок 55
Глава 3. Рабочее место радиолюбителя 57
Глава 4. Первое знакомство: наиболее распространенные электронные радиодетали 75
Глава 5. Потребительская корзина радиолюбителя 103
Часть III. Электроника на бумаге 127
Глава 6. Читаем схемы 129
Глава 7. Основы функционирования электронных схем 149
Часть IV. Закатаем рукава 167
Глава 8. Все, что нужно знать о пайке 169
Глава 9. Как подружиться с мультиметром 183
Глава 10. Логический пробник и осциллограф 217
Часть V. Рог изобилия схем 241
Глава 11. Мои первые макетные платы 243
Глава 12. Делаем собственные печатные платы 259
Глава 13. Волнующий мир микроконтроллеров 289
Глава 14. Создаем собственные электронные устройства 307
Глава 15. Настоящий робот в вашей семье 327
Часть VI. Великолепные десятки 359
Глава 16. Лучшая десятка профессиональных инструментов для работы
с электроникой 361
Глава 17. 10 формул, которые должен знать каждый 369
Приложение. Интернет-ресурсы 377
Глоссарий 383
Предметный указатель 392

Электричество применяется во многих областях, оно окружает нас практически повсюду. Электроэнергия позволяет получать безопасное освещение дома и на работе, кипятить воду, готовить пищу, работать на компьютере и станках. Вместе с тем, обращаться с электричеством необходимо уметь, иначе можно не только получить травмы, но и нанести вред имуществу. Как правильно прокладывать проводку, организовывать снабжение объектов электричеством, изучает такая наука, как электротехника.

Понятие электричества

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

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

Что изучает электротехника

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

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

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

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

Основные понятия электротехники

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

• Сила тока;
• Напряжение;
• Сопротивление.

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

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

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

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

Электротехника и электромеханика

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

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

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

Безопасность и практика

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

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

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

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

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

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

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

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

Видео

Предыдущая часть
Сегодня мы будем делать наше первое устройство - простейший детекторный приёмник Оганова.
Это одна из первых схем, и позволяет просто слушать радио. Маяк, Радио России и ещё несколько других. Да выбор невелик, но во первых эта схема очень простая, а во вторых работает без батареек, то есть получает питание от самой радиостанции.

Делать будем без печатной платы. Вот схема.

Давайте разбираться.

Это катушка индуктивности. Для неё нам понадобится медная проволока толщиной 0.1 - 1 мм.

Это конденсатор. Грубо говоря он подобен аккумулятору, только мгновенного действия. А если серьёзно, то конденсатор это устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Для тех кто ничего не понял: представьте коробку, в которую вы сыпите песок (электричество). Сыпите, сыпите, коробка уже полна, и песок высыпается наружу. А когда вы перестаёте сыпать, то коробка высыпает всё своё содержимое наружу (конденсатор разряжается). Как то так.
В нашей схеме нужны будут нужны конденсаторы с ёмкостью 1000-2000 пФ - C2 и 200-500 пФ - C1. Фарады - это единицы измерения ёмкости конденсатора, или сколько та абстрактная коробка может в себя вместить песка.

Диод. Это полупроводниковый прибор, пропускающий ток (поток электронов только в одну сторону). Представте себе охранника, который работает по принципу " Всех пускать, никого не выпускать! " Или с точностью наоборот, в зависимости от того как нам его поставить. Нам подойдёт любой, кроме светодиода (который как понятно светится).

Это динамик - говорилка. Его мы можем выковырнуть из старого советского телефона, или купить. Нам нужен высокоомный - примерно 60 ом.
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/91/Earth_Ground.svg/200px-Earth_Ground.svg.png
Это заземление. Подключим его к батарее отопления.
А последний элемент - антену сделаем из длиннющего куска проволоки - метра 3.

Как делать катушку? Катушка состоит из двух частей, по 25 витков каждая. Как сделать катушку? Берем что-нибудь круглое диаметром около 10 см (например, банка из под кофе), обклеиваем в несколько слоёв бумагой. Первый слой прилепляем к банке скотчем, второй неплотно накручивается на первый. В этом случае катушку после намотки легко будет снять. Теперь аккуратно наматываем медную проволоку – виток к витку. Между двумя частями катушки оставляем 5 сантиметров проволоки, а также не забываем оставить примерно столько же проволоки на входе и выходе. После того как вы намотали катушку, ее следует обмотать изолентой или скотчем в два слоя вдоль витков. А после снятия с банки – обмотать ещё и поперёк.
Соединим всё с помощью пайки. Как паять? Легко.
Осторожно, жало паяльника очень горячее, если обожжётесь поднесите руку под холодную воду. Ожог скоро заживёт.
Вот сама схема пайки:

Спасибо за внимание!

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

Здравствуйте, мои дорогие друзья! В этом блоге я хочу рассказать всем начинающим радиолюбителям о том, с чего-же всё-таки начать этот нелёгкий путь. Сподвигнули меня написать эту статью люди, которые появляются на форумах и создают там темы с такими громкими названиями, как "помогите отличить на схеме резистор от конденсатора" и "Дайте какие-нибудь схемы, я ничё ни знаю". При том, что люди ничего при этом не знают и не хотят ни что-либо изучать, ни шевелить своим мозгом... Возможно, вам это статья может показаться нудной, но не переживайте - здесь вы почерпнёте много нового

1. Нужно определиться - зачем оно вам?

Этот пункт очень важен - а зачем оно вам? Зачем нужна вам радиотехника?
Радитехника - сложная штука, и если вы будете относиться к ней "халявно", то она может вам этой халявы не простить!
Не думайте, что я вас просто и необоснованно пугаю - поверьте, были очень несчастные случаи. Говорить о них я здесь не буду - захотите, посмотрите в Сети.
Поэтому, перво-наперво, вы должны запомнить: техника безопаснсти и аккуратность должны стоять у вас на первом месте!

2. Начальные понятия и знания о физике.

Для того, чтобы начать путь, необходимо обзавестись начальным багажом знаний, а именно - школьный экскурс об электронике в курсе физики. Из него вы должны подчерпнуть один главный закон, регулирующий процессы в электротехники, так сказать "всея электросети": Закон Ома - I=U/R. Это - основа основ!!! Зная его, вы начнёте понимать электронику! Вообще-то, кроме этого закона, вам от туда необходимо почерпнуть абсолютно всё, ведь физика - царица технических наук!

3. Теория.

Практика невозможна без теории!!! Взявшись паять без каких-либо знаний, вы обрекаете свой прибор на нерабочее состояние!
Я дам несколько книг, которые на мой взгляд прекрасно подходят для изучения радиотехники:
1. Борисов В.Г. Юный радиолюбитель - скачать с Padabum
Эта книга - начало начал. Возможно, вам покажется эта книга старой, но не переживайте - в этой книге вам необходимо изучить всю теоретическую часть. Она там дана в интересной форме, поэтому скучать вам не прийдётся
2. Ревич Ю.В. - Занимательная электроника - скачать с Яндекс.Диск
В этой книге изложен укороченный курс электроники - начиная от закона Ома и заканчивая микроконтроллерами. Очень интересная книга!!! Можно начать с неё.
Если вы хотите изучить электронику от начала и почти до конца, изучите великий классический труд - Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники в трёх томах - скачать с Padabum 1 том , 2 том , 3 том .
Это - величайшее пособие по электронике!!!
Кроме этих книг вы можете найти огромное количество информации на нашем сайте в разделе .

4. Практика.

Как ни крути, но теория невозможна без практики. Разыскивайте схемы, изучайте их, и у вас всё получится!!!
Сайт "Радиосхемы", на котором вы сейчас находитесь, полон схем для повторения. А в разделе полно очень лёгких схем. Обязательно запаситесь терпением, не бросайте дело на полпути - и всё будет хорошо!

Напоследок хочу сказать одну очень важную вещь - соблюдайте технику безопасности!!!
С вами был Antracen . Удачи!