Микросхемотехника
Это часть микроэлектроники, которая занимается исследованиями и разработкой электрических структурных построений цепей в интегральных микросхемах. Они представляют собой микроэлектронные изделия, выполняющие функции преобразования, обработки сигналов и накопления информации.
Важно! Микросхемы имеют высокую плотность соединённых элементов на площади в несколько мм2. Их элементы не могут быть отделены от кристалла и подложки
Микросхемотехника
Проектированием и монтажом интегральных микросхем (ИМ) занимаются схемотехники. ИМ бывают нескольких видов:
- плёночные – все элементы и межэлементные компоненты выполнены в виде плёнок;
- гибридные – содержат кристаллы;
- аналоговые – предназначены для обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции;
- цифровые – обработка сигналов по закону дискретной функции.
Что изучает электротехника
Электроэнергетика и электротехника
Основа электрики формировалась в XIX веке. Те времена называют эпохой грандиозных открытий основополагающих законов, дающих все представления об электричестве. Электротехника (ЭТ) как наука начинала делать свои первые шаги. Теория стала подкрепляться практикой. Появились первые электротехнические устройства, совершенствовались коммуникационные системы доставки электроэнергии от источника потребителю.
Базой развития электротехники стали достижения в области физики, химии и математики. Новая наука изучала свойства электрического тока, природу электромагнитных излучений и другие процессы. По мере накопления знаний ЭТ становилась наукой прикладного характера.
Современная научная дисциплина изучает устройства, в которых используется электрический ток. На основании исследований создаются новые более совершенные электротехнические установки, приборы и устройства. ЭТ – одна из передовых наук, являющаяся одним из основных двигателей прогресса человеческой цивилизации.
Вакуумные приборы
Вакуум – это отсутствие материи. Точнее, практически полное ее отсутствие. В физике разделяют высокий, средний и низкий вакуум. Понятно, что электрического тока в вакууме быть не может, так как ток – это направленное движение (частиц) носителей заряда, которым в вакууме взяться неоткуда.
Но так уж и неоткуда? Металлы при нагревании испускают электроны. Это так называемая термоэлектронная эмиссия. На ней и основана работа электронных вакуумных приборов.
Термоэлектронную эмиссию открыл Томас Эдисон. Точнее ученый выяснил, что при нагреве нити и наличия в вакуумной колбе второго электрода вакуум проводит ток. Тогда Эдисон не в полной мере оценил значение своего открытия, но на всякий случай запатентовал его. Вывод: в любой непонятной ситуации патентуйте!
Вакуумные приборы – герметично запаянные баллоны с электродами внутри. Баллоны делают из стекла, металла или керамики, предварительно откачав из них воздух.
Помимо электронных ламп есть следующие вакуумные приборы:
- приборы СВЧ, магнетроны, клистроны;
- кинескопы, электронно-лучевые трубки;
- рентгеновские трубки.
Создание гальванического элемента
Все элементы состоят из атомов. Атомы можно сравнить с Солнечной системой, только у каждой системы свое количество орбит, и на каждой орбите может находиться сразу несколько планет (электронов). Чем дальше орбита находится от ядра, тем меньшее притяжение испытывают на себе электроны, находящиеся на этой орбите.
Притяжение зависит не от массы ядра, а от разной полярности ядра и электронов. Если ядро имеет заряд +10 единиц, электроны в общей сложности тоже должны иметь 10 единиц, но отрицательного заряда. Если электрон с внешней орбиты улетит, то суммарная энергия электронов будет уже -9 единиц. Простой пример на сложение +10 + (-9) = +1. Получается, что атом имеет положительный заряд.
Бывает и наоборот: ядро имеет сильное притяжение и захватывает «чужой» электрон. Тогда на его внешней орбите появляется «лишний», 11-й электрон. Тот же пример +10 + (-11) = -1. В этом случае атом будет отрицательно заряжен.
Если в электролит опустить два материала, обладающих противоположным зарядом, и к ним подключить через проводник, например, лампочку, то в замкнутой цепи потечет ток, и лампочка загорится. Если цепь разорвать, к примеру, через выключатель, то лампочка потухнет.
Электрический ток получается следующим образом. При воздействии электролита на один из материалов (электрод) в нем возникает излишек электронов, и он становится отрицательно заряженным. Второй электрод, наоборот, при действии электролита отдает электроны и становится положительно заряженным. Каждый электрод соответственно обозначается «+» (избыток электронов) и «-» (нехватка электронов).
Хотя электроны имеют отрицательный заряд, но электрод о. Если возможен обратный процесс, когда под действием электрического тока в элементе накапливается химическая энергия, то такой элемент называют аккумулятором.
С чего начать обучение
Пособия по электрике «для чайников» присутствуют на информационных порталах. Дефицита таких материалов не наблюдается, поэтому каждый желающий может начать изучать дисциплину с нуля. Однако если человек планирует получить профессию электрика, ему придется поступать на соответствующий факультет высшего или средне-специального учебного заведения.
Вуз, техникум, колледж
Многие учебные учреждения предлагают получить профессиональное образование электрика. Стоит рассмотреть особенности обучения в каждом из них:
- Полный курс в ВУЗе длится 4-5 лет. Здесь дается минимальная практическая база. Однако ВУЗы готовят специалистов с хорошими теоретическими знаниями. Учебные заведения принимают выпускников 11-х классов или ССУЗов.
- Техникумы дают равное количество теоретических и практических навыков. Обучение направлено на получение рабочей специальности. Поэтому теория изучается менее детально, чем в ВУЗе. Техникумы принимают выпускников 9-х или 11-х классов школы. Обучение длится 4 или 3 года соответственно.
- Училище или колледж. Такие заведения подготавливают рабочих, поэтому теоретическая часть сведена к минимуму. Профессию электрика в училище можно получить за 1-3 года.
Курсы
Такие программы помогают освоить базовые навыки за 2-8 недель. Уроки проходят как в стандартном, так и в онлайн-режиме. Недостатком курсов считается малый объем получаемых знаний. Начинающий электрик изучает азы электротехники, осваивает некоторые навыки. Практические занятия обучающийся проводит самостоятельно.
Самообучение
Если описанные способы обучения не подходят, человек может осваивать электротехнику самостоятельно с помощью специальной литературы. Выполнять сложные задачи в таком случае электрик не сможет, однако смонтировать проводку в квартире ему будет под силу. Чтобы стать опытным специалистом с помощью самоучителей, необходимо проходить практику помощником электрика. Ученик должен внимательно следить за действиями наставника, выполнять несложные задания.
Понятия и свойства электрического тока
Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.
Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.
Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:
- Нагревание проводника, по которому протекает ток.
- Изменение химического состава проводника под действием тока.
- Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.
Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах
Практика
До этого момента в статье была сплошь теория. Сейчас я предлагаю закрепить ее практической частью и собрать восьмибитный сумматор. Нам потребуется пара беспаечных макетных плат, несколько DIP-переключателей, светодиоды для индикации, токоограничивающие резисторы на 10 кОм и пара микросхем 74HC283.
Серия 74xx включает в себя микросхемы самого разного назначения. Это могут быть как сборки логических вентилей (например, 74HC04 — шесть инверторов в одном корпусе), так и полноценные АЛУ (74HC181). Помимо комбинационных схем, там есть и последовательностные: триггеры (74НС74), регистры (74НС373) и счетчики (74НС393).
Чтобы ориентироваться во всем этом номенклатурном разнообразии, я рекомендую не скачивать документацию на каждую микросхему в отдельности, а сразу найти целый справочник по всей серии. Например, есть справочник Texas Instruments в PDF.
Расположение выводов у микросхемы 74HC283 можно найти на странице 176 справочника, принципиальную схему и таблицы истинности смотри на страницах 390–391. И хотя это сумматор всего лишь на четыре бита, тут есть функция ускоренного переноса, а сами микросхемы можно объединять, собирая сумматоры на 8, 16 или даже 32 бит.
Хорошо видно, что схема здесь несколько отличается от той, что мы вывели ранее. В этом нет ничего необычного, одну и ту же функцию можно реализовать несколькими способами, и в производстве зачастую используют тот, который дешевле (по элементам) и лучше подходит для техпроцесса.
При этом все равно осталось некоторое сходство — его можно заметить при внимательном изучении. Например, элементы XOR от полусумматоров располагаются непосредственно перед выходом для значений каждого из разрядов.
Кроме того, можно понять, что значение для переноса вычисляется параллельно со значениями разрядов — для этого в микросхеме и присутствуют «лишние» элементы. Пожалуй, это самая сложная часть в статье. Поэтому, если у тебя возникли трудности, попробуй рассмотреть схему ускоренного переноса отдельно — это ИС 74HC182 на с. 338 (вот она, польза от полноценного справочника).
Сложение
Теперь, когда принцип работы микросхемы и назначение каждого ее вывода для нас не составляет секрета, можно собирать рабочий сумматор на восемь бит на макетных платах. Потребуется целый ворох проводов и перемычек, чтобы соединить все компоненты, так что главное здесь — быть внимательным и не допускать ошибок.
Как правило, значения в АЛУ попадают из регистров — самого быстрого типа памяти в компьютере. Здесь же я для удобства использую пару DIP-переключателей (левый верхний угол), чтобы можно было легко задавать нужные значения. По сути, это регистры А и В нашего протокомпьютера.
К сожалению, производитель переключателей явно не рассчитывал на такое применение, поэтому нумерация битов в каждом регистре мало того что начинается с единицы, так еще и идет в «неправильном» порядке, слева направо! Учитывай это, когда будешь работать со схемой.
Пара 74НС283 располагается по центру на нижней макетке, а результат операции отображается на линии из светодиодов (правый верхний угол). В левом нижем углу роль источника питания выполняет преобразователь USB — UART (другого способа подать стабильные 5 В я в тот момент не нашел).
Если схема была собрана без ошибок, то, задавая двоичное представление чисел на переключателях, ты сможешь наблюдать значение суммы на светодиодах. Примерно как на картинке выше.
Вычитание
Удивительно, но такую схему без каких-либо изменений и доработок можно использовать и для вычитания. Да, раньше я не говорил об этом ни слова, но такое действительно возможно. Если использовать представление отрицательных чисел в дополнительном коде, нам никак не нужно переопределять операцию сложения — все будет работать на имеющемся железе.
Наверняка ты уже представляешь, как на уровне цифровой схемы из положительного числа можно сделать отрицательное (в дополнительном коде). Действительно, достаточно только к каждому биту применить операцию NOT, а затем подать на вход сумматора вместе с единицей. Как видишь, подобное представление неочевидно с точки зрения человека, но очень удобно для реализации из набора логических вентилей.
Техника безопасности
При работе с электрическими сетями или приборами соблюдают такие правила:
- Перед началом эксплуатации или ремонта оборудования изучают инструкцию. В разделе безопасности прописаны недопустимые действия, приводящие к замыканию и поражению током.
- Устройства необходимо обесточивать. После этого оценивают состояние изоляции проводов. При выявлении повреждений оголенные места закрывают изолентой.
- При невозможности обесточивания электрической сети работают в диэлектрических перчатках, обуви на резиновой подошве и специальных очках.
- Доступ к распределительным щитам и электроустановкам начинающим специалистам запрещен.
- Нельзя касаться лишенных изоляции проводов руками. Для поиска фазы используют мультиметры, индикаторные отвертки и другие инструменты.
Примеры для вдохновения
Напоследок я хочу рассказать о нескольких крутых проектах, которые должны подогреть ваш интерес еще больше.
В свое время меня впечатлило устройство на базе Arduino, которое способно взломать навесной кодовый замок приблизительно за пять минут. При предварительном тесте замка количество комбинаций для перебора можно уменьшить в десять раз.
Устройство для взлома замка
Если вам больше нравятся роботы, то обратите внимание на собранную из труб ПВХ рыбу-робота. На мой вкус — выдающийся экземпляр робототехники
Его можно использовать для изучения водоема или же сделать аквариум с такими жильцами для собственного удовольствия. А для создания подобной рыбы нужно не так много: водонепроницаемые сервоприводы и контроллер Arduino.
Вполне реалистичная роборыба из трубы ПВХ
Из Raspberry Pi можно сделать самопальный компьютер или планшет, но это не очень-то захватывающе. По крайней мере, в сравнении со стратостатом на Raspberry Pi, который сделает замечательные снимки или запишет видео. Кое-кто даже запустил в небо Супермена, где ему и место. Супергерой достиг значительной высоты — 35,5 км.
Полет
Безопасность и практика
Основы электротехники для начинающих делают особое ударение на правилах техники безопасности. Их несоблюдение на практике порой может стать причиной получения электротравм и повреждения имущества. Для новичков в электротехнике надо следовать четырём основным требованиям ТБ.
Четыре правила техники безопасности для новичков:
- Перед работой с каким-либо устройством или оборудованием следует ознакомиться с его документацией. Все руководства по эксплуатации имеют раздел безопасности. В нём описаны опасные действия, которые могут вызвать короткое замыкание или удар электрическим током.
- Прежде, чем приступать к работе с электротехническими устройствами или электропроводкой, нужно отключить электричество. Затем произвести осмотр состояния изоляции проводников. Если обнаружено нарушение изоляционного покрытия, то оголённую часть проводников надо покрыть отрезком изоляционной ленты.
- При работе с проводкой и оборудованием под напряжением бытовой электросети надо использовать диэлектрические перчатки, защитные очки и обувь на толстой резиновой подошве. В электрораспределительных шкафах, щитах и электроустановках новичкам вообще делать нечего. Ими занимаются квалифицированные электрики, которые имеют допуск к работе под напряжением.
- Ни в коем случае нельзя касаться оголённых проводников руками. Для этого есть отвёртки-пробники, мультиметры и другие электроизмерительные приборы. Только убедившись в отсутствии напряжения, можно касаться проводов.
Энергия и мощность в электротехнике
Электрика для начинающих даёт разъяснения терминов энергии и мощности. Эти характеристики напрямую связаны с законом Ома. Энергия может перетекать из одной в другую форму. То есть она может быть ядерной, механической, тепловой и электрической.
В динамиках звуковых устройств потенциал электрического тока преобразовывается в энергию звуковых волн. В электродвигателях токовый энергопоток превращается в механическую энергию, которая заставляет вращаться ротор мотора.
Любые электрические устройства потребляют нужное количество электроэнергии в течение определённого временного промежутка. Количество потреблённой энергии в единицу времени является мощностью потребителя электричества. Более подробное толкование мощности можно найти в главах учебного пособия, посвящённых электромеханике для начинающих.
Мощность определяют по формуле:
N = I x U.
Измеряется этот параметр в ваттах. Единица измерения мощности Ватт означает, что ток силой в один Ампер перемещается под напряжением 1 Вольт. При этом сопротивление проводника равно 1-му Ому. Такая трактовка характеристики тока наиболее понятна для начинающих постигать основы электричества.
Выбор платформы: Arduino или Raspberry Pi
Две самые знаменитые платформы для реализации проектов «сделай сам» — это микрокомпьютер Raspberry Pi и микроконтроллер Arduino. А знаменитость в таких случаях означает массу совместимых компонентов и мануалов, которые можно применять без изменений.
Arduino Uno и Raspberry Pi 3B+
Arduino — это опенсорсная плата на основе чипов Atmel ATmega 8/168/328 AVR. Ее основное применение — работа с датчиками и сенсорами. Данная плата прекрасно подходит для простых проектов, где от гаджета требуется только реагировать на поступающие данные.
Для начала работы с Arduino понадобится среда разработки — . В ней обычно пишут на Arduino programming language. Но есть и поддержка С и С++.
ПО для работы с Arduino простое в использовании и не вызовет вопросов у новичка, но при этом оно достаточно гибкое, чтобы не переставать им пользоваться и потом. Arduino IDE без особых проблем идет в Mac, Windows и Linux.
В общем, Arduino — это мастхев для любого, кто хочет научиться электроники и начать мастерить что-то электронное. В качестве начального проекта подойдет любой из готовых наборов либо что-то из наработок сообщества Arduino. Самый легкий вариант можно собрать на макетной плате.
В модельной линейке фирменных Arduino есть разные варианты. В первую очередь вам пригодятся Uno или Leonardo.
Таблица сравнения моделей Uno и Leonardo
Главное различие между ними в том, что Leonardo может подключаться не только как СОМ-порт, но и как мышка или клавиатура. В остальном разница между Uno и Leonardo не существенна. Зато когда вы возьметесь за более амбициозные проекты, то обязательно взгляните на Mega и Duo, у них много важных отличий: больше входов и выходов, больше оперативной и флеш-памяти. А модель Micro выделяется своими размерами — всего 4,8 на 1,77 см.
К тому же у Arduino есть многочисленные клоны, многие из которых по качеству совсем не уступают оригиналу. Стоить они могут намного дешевле, но совместимы с софтом и модулями для Arduino. Нет ничего особенно зазорного в покупке клона, поскольку дизайн Arduino опенсорсный. А вот за сборку и качество компонентов клонов отвечают только их производители. Также различаться могут размеры и разводка, расположение кнопок и светодиодов — в тех рамках, что не мешают совместимости с периферией.
Многочисленные клоны Arduino
Вы можете заказать плату по очень приятной цене на «Aliexpress», но проблема в том, что нет легкого способа отличить качественный клон от некачественной подделки по фотографии. Брак бывает малозаметен, как изображено на картинке.
Различия между оригиналом и фальшивкой
Однако если вам уже попалась нерабочая плата, то и ее при желании (и некотором умении) можно починить.
Другая распространенная проблема с дешевыми китайскими клонами — это использование чипа CH340 вместо ATmega. Если видите Arduino за 200 рублей, то там наверняка стоит именно этот CH340 чип. Однако для его поддержки нужно всего лишь установить другой драйвер, так что в каком-то смысле экономия может быть очень даже оправданной.
Что же касается Raspberry Pi, это компьютер со своей операционной системой, на него даже можно установить большинство программ для Linux (если есть сборка для ARM или если удастся собрать из исходных кодов). Из Raspberry Pi делают игровые приставки, камеры видеонаблюдения, устройства с тачскринами и файловый сервер с блокировкой рекламы и т.д.
Если для вашего проекта нужен полноценный компьютер с разнообразием утилит и библиотек, то Raspberry Pi или Raspberry Pi Zero W — отличный, хорошо поддерживаемый разработчиками и сообществом вариант. При желании вы даже можете связать Arduino и Raspberry Pi, чтобы они работали в связке: например, несколько микроконтроллеров Arduino будут собирать информацию с датчиков, а Raspberry Pi обрабатывать ее.
Наглядное пособие по устройству микросхемы
Автора всегда восхищала работа микросхем. Как пластина, некоторые участки которой преднамеренно загрязнены, управляет электронами? И тут внезапно кто-то придумывает наглядное пособие, которое делает принцип действия микросхемы максимально понятным. Именно это произошло на ярмарке самодельщиков в области залива Сан-Франциско. На стенде «Приоткрываем кремний» Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster и Ken Shirriff взяли 50-летнюю микросхему и вскрыли её корпус, чтобы любой проходящий мимо и заметивший необычный экспонат мог спросить, что это такое. Микросхема μL914 фирмы Fairchild содержит два элемента ИЛИ-НЕ, и она очень проста, а участки её структуры просто огромны. John McMaster давно занимается вскрытием микросхем и выкладывает результаты на свой сайт. В этот раз, помимо μL914, он вскрыл ещё и ATmega328, и на стенде микроконтроллер мигал светодиодами в таком виде. Посетители могли рассмотреть кристаллы обеих микросхем в микроскоп, но увидеть — это одно, а понять — другое. И вот что помогало им разобраться, на что же они смотрят:
Многослойная структура из нарезанного лазером оргстекла изображает электроды единичного транзистора. По условным цветовым обозначениям и геометрическим формам легко найти шесть транзисторов в полной модели микросхемы μL914. Теперь по проводникам можно понять, что с чем соединено.
Автору в устройстве этой микросхемы особенно понравились резисторы. Один из видов примесей превращает соответствующий участок кристалла в резистор, но что определяет его сопротивление? Оказывается, не концентрация примеси (она тоже влияет, но так регулировать сопротивление непрактично), а толщина и ширина. Поэтому резисторы в микросхеме отличаются друг от друга шириной, и снизу справа на модели показан очень широкий резистор. Наконец, ещё один экспонат на стенде представляет собой огромную действующую модель микросхемы на дискретных транзисторах, где все элементы расположены так же, как на оригинальной топологии. И всё работает, что доказывает правильность проведённого реверс-инжиниринга.
Разработчики наглядного пособия сняли о нём видео, которое не только интересно посмотреть. Оно вдохновляет на изготовление подобных пособий по устройству несложных микросхем.
https://youtube.com/watch?v=VNzkhZBjo5k
Напряжение и ток – понятия
Для работы любого электронного компонента требуется наличие электрического тока. Он создается электрическим потенциалом, то есть «напором» частиц. Самого потенциала недостаточно для течения тока. Нужен также проводник, способный пропустить его через себя. Если проводника нет, то потенциал уходит в воздух, который очень хорошо препятствует распространению тока. Объекты, которые останавливают ток, называются диэлектриками, а позволяющие протекать через них – проводниками.
Помимо проводника, для течения тока нужна разность потенциалов, возникающая в цепи. Аналогию можно провести с водопроводной трубой. Если с обеих ее сторон подается одинаковый напор, то каким бы сильным он ни был, вода не будет течь. Разность потенциалов называется напряжением. Оно обозначается буквой «U» и измеряется в вольтах. Сила тока же обозначается «I» и измеряется в амперах.
Вам это будет интересно Обозначение разного электрооборудованья на схемах
Важно! По общей договоренности считают, что ток течет от плюса к минусу, но на самом деле это условность. Все дело в том, что отрицательные электроны были открыты уже после этой договоренности
В схемах и на практике никто не вспоминает, откуда и куда течет ток.
Наглядное определение напряжения
Первый проект
Аналог «Hello world!» в электронике — это мигание светодиодом. В качестве первого проекта — самое то. Если захотите усложнить, делайте светодиодную матрицу, на которую можно выводить пиксельную картинку или даже анимацию. Добавьте пару кнопок, и готов игровой автомат, на котором пойдет «Змейка». Дальше можете освоить модули, которые вам приглянутся,— например, для измерения температуры и влажности в комнате.
Все это займет не так много времени, зато даст освоиться с базовыми навыками и вдохновиться на дальнейшее развитие. Теперь более сложный проект как минимум не будет казаться таким уж страшным.
Если вы все еще не придумали, что хотите сделать, но уже определился с платформой, то в интернете вы обязательно найдете что-нибудь по вкусу. Если вы выбрали Raspberry Pi, есть смысл заглянуть на сайт projects.raspberrypi.org.
Если же ваш выбор пал на микроконтроллер Arduino, вас впечатлит выбор проектов на arduino.cc.
Напряжение
Мера силы, с которой носители электрического заряда хотят приблизиться друг к другу. Упрощенно, но отражает суть. Выше значение — больше сила притяжения зарядов. Когда показатель равен нулю — притяжения нет. Величина измеряется между двумя точками (как измеряется высота гор относительно уровня моря). Всегда нужно иметь две точки для сравнения.
Для наглядности часто используют аналогию с более осязаемой проточной водой. Например, водный поток, собранный перед плотиной. Уровень измеряется между двумя условными точками. Больше жидкости быстрее будет вытекать через шлюз в плотине.
Стоит помнить: величина устойчива и может долго «существовать». Не используемая долгое время батарейка AA будет сохранять заряд в течение нескольких лет, как река перед плотиной при закрытом шлюзе.
Несколько советов начинающим
На первых этапах невозможно не совершать ошибки, это неизбежная часть обучения. Но тем не менее было бы жестоко не поделиться советами, которые сэкономят вам время, деньги и нервы.
Берите готовые модули, чтобы первое время не паять. Когда я спалил свой первый модуль Bluetooth, это на некоторое время отбило мне желание работать с Arduino.
Не нужно сразу покупать много комплектов и деталей. Если в арсенале светодиодная матрица, камера, датчик шума и другие игрушки, становится сложно закончить хотя бы один проект
А как можно скорее получить первый результат — это очень важно, чтобы не потерять энтузиазм по пути к достижению к цели.
При выборе проекта ориентируйтесь на его уровень: не стоит браться за сложный проект. Скорее всего, это превратится в простое копирование, которое не принесет вам никакого удовольствия
Самое главное на этом этапе — удачно выбрать проект, в противном случае у вас может пропасть желание заниматься этим дальше. (А дальше — только интереснее!)
Очень полезна будет макетная плата. Для начала лучше взять побольше: с ней легче работать, вы не запутаетесь в проводах и сможете лучше разобраться в процессе. Сэкономленные 60 рублей счастья не принесут, а с большой платой будет в разы приятнее и эффективнее работать.
Макетная плата
Напряжение и ток – понятия
Для работы любого электронного компонента требуется наличие электрического тока. Он создается электрическим потенциалом, то есть «напором» частиц. Самого потенциала недостаточно для течения тока. Нужен также проводник, способный пропустить его через себя. Если проводника нет, то потенциал уходит в воздух, который очень хорошо препятствует распространению тока. Объекты, которые останавливают ток, называются диэлектриками, а позволяющие протекать через них – проводниками.
Помимо проводника, для течения тока нужна разность потенциалов, возникающая в цепи. Аналогию можно провести с водопроводной трубой. Если с обеих ее сторон подается одинаковый напор, то каким бы сильным он ни был, вода не будет течь. Разность потенциалов называется напряжением. Оно обозначается буквой «U» и измеряется в вольтах. Сила тока же обозначается «I» и измеряется в амперах.
Вам это будет интересно Средства защиты от статического электричества
Важно! По общей договоренности считают, что ток течет от плюса к минусу, но на самом деле это условность. Все дело в том, что отрицательные электроны были открыты уже после этой договоренности
В схемах и на практике никто не вспоминает, откуда и куда течет ток.
Наглядное определение напряжения
Как проверить напряжение мультиметром
черный провод мультиметра необходимо подключить к разъему „COM”;
красный провод необходимо подключить к разъему для измерения напряжения „V” (Внимание! Подключение проводов иным образом может привести к повреждению прибора!)
мы ожидаем получить значение около 1,5 вольта, поэтому ручку мультиметра устанавливаем на значение «20» в области DCV или V- (буква V с тире, означает постоянный ток) и если это необходимо, включаем прибор (некоторые модели включаются при повороте ручки), при этом мультиметр должен показать 0;
металлическими наконечниками щупов мультиметра касаемся выводов батарейки… но какой куда? Попробуйте обе комбинации – результат должен быть один и тот же, только в одном случае будет отражаться положительное число, а в другом случае то же число, но только со знаком минус.
считываем значение – в нашем случае напряжение новой батарейки составляет 1,62 вольт;
выключаем мультиметр.
ВНИМАНИЕ! Во время проведения измерений, чтобы не повредить мультиметр, всегда выбирайте диапазон измерения большее максимально ожидаемого результата! Если мы не знаем чего ожидать, то безопаснее будет выбрать более высокий диапазон и в дальнейшем уменьшить его для получения максимально точного результата. Поскольку мы научились измерять напряжение мультиметром, то давайте померим и другие батарейки/аккумуляторы! Мы для тестирования выбрали:
Поскольку мы научились измерять напряжение мультиметром, то давайте померим и другие батарейки/аккумуляторы! Мы для тестирования выбрали:
- заряженный аккумулятор 1,2 вольта, размер АА — мультиметр показал 1,34 вольт.
- частично разряженный аккумулятор Ni-Mh (используемый в камере) — мультиметр наш показал 1,25 вольт.
Далее нам понадобятся 4 батарейки формата ААА, кассета для 4 батареек и макетная плата (что такое макетная плата и как ею пользоваться можно узнать здесь). Установим наши 4 батарейки в кассету. Затем концы проводов кассеты вставим в отверстия макетной платы так, как это показано на следующих фото:
Следующим шагом будет подготовка соединительных проводов (перемычек), их еще называют джамперами. Это такие провода, которые будут объединять отдельные радиодетали между собой на макетной плате.
Конечно же, какое-то количество джамперов входит в комплект вместе с макетной платой. Но если их у вас нет, то не беда, их можно сделать самим.
Держатель для платы
Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…
Подробнее
Для этого нам понадобится: компьютерный кабель, так называемая витая пара, ножницы или острый нож.
Для начала необходимо снять изоляцию с кабеля. Внутри кабеля мы видим скрученные между собой тонкие провода. Следующим шагом будет нарезка проводов необходимой длинны. И последнее что необходимо – это зачистить с обоих концов изоляцию примерно на 1 см.
Далее. Нам понадобится 4 короткие перемычки (для соединения линий питания платы) и 2 длинные, лучше если они будут красного и синего цвета.
Теперь мы на макетной плате соберем нашу первую схему. Возьмем резистор 22кОм с цветными полосками (красный-красный-оранжевый-золотой). А какое реальное сопротивление данного резистора? Давайте проверим это мультиметром!
