гейтс «введение в электронику» практический подход серия: "учебники и учебные пособия". Эрл д. гейтс «введение в электронику» практический подход серия: "учебники и учебные пособия" Общие меры предосторожности

– Если бы не было электричества,
мы бы смотрели телевизор в темноте.
Муаммар Каддафи

И правда, не придумай в… а когда же и кем было придумано электричество? А что это вообще такое? Зачем оно нам нужно? В истории есть много моментов, с которыми можно связать возникновение понятия «электричества» – от натирания мехом янтаря в Древней Греции до гигантской батарейки Петрова. Да и нам это не особо важно, но обо всем по порядку.

Здравствуйте, уважаемые! Может быть, у Вас сейчас утро, а, может, и день, может Вы уже готовитесь к ужину или почти пошли спать, но случайно (или намеренно) забрели сюда и… хоп! попали на настоящий урок по электротехнике. Ну или почти на настоящий. Могу сразу Вас обрадовать – здесь можно разговаривать, громко слушать музыку, принимать пищу и даже уходить, когда Вам вздумается, потому что урок это электронный или, как модно говорить, онлайновый. Никаких конспектов, никаких зачетов или экзаменов – Вы здесь по своему желанию, значит, хотите научиться. Тогда никаких остановок – только вперед!

Электрический ток, напряжение, мощность, ватт, ампер и вольт, ом и герц, транзистор и резистор… Как много непонятных (или очень даже знакомых) слов сразу. Все эти термины (а так же много других) относятся к электротехнике – науке, изучающей использование,получение, распределение, преобразование и электрической энергии. Не-не-не, не надо запоминать или записывать это определение! Положите ручку на место. «А я ее и не думал брать!» – скажете Вы. Ну и правильно. Черт с ним, кому это важно! Электротехника – это что-то связанное с электричеством. Вот это определение, пожалуй, будет нам ближе, остановимся на нём. Специалисты в области электротехники могут разрабатывать электронные устройства, начиная от радиоприемников и заканчивая сложными роботами и интеллектуальными системами управления различными агрегатами: станки, конвейеры, космические корабли и так далее. Электроника уже есть везде.

И тот самый телевизор, который Каддафи смотрел в темноте, тоже работает на электричестве, а, значит, в нём есть электрические компоненты. Современный мир очень зависим от электричества, то есть зависим от тех людей, кто умеет с ним обращаться. Конечно, каждый знает, что пальцы в розетку лучше не совать, все равно толстые и не пролезут, за оголенные провода хвататься не стоит, вдруг сверху упадет что-нибудь, но ведь это еще далеко не всё знание об электричестве. Хотите научиться создавать электронные устройства своими руками: не по готовой инструкции, какие продают сейчас в радиомагазинах и которые стоят серьезных денег по сравнению со своей реальной себестоимостью, а самостоятельно, основываясь на своих знаниях и опыте? Хотите суметь самостоятельно починить сколь угодно сложное электронное устройство (чайник, телевизор и т.д.)? Хотите? Да я же по глазам вижу, что хотите! Давайте будем пробовать вместе.

Эти вопросы специально не затрагиваются, потому как это несколько другая тема и она так же требует времени на изучение. Но в случае чего всегда можно обратиться к учебникам или к сайтам google.com и wikipedia.com, где можно найти ответы на возникающие вопросы. Так же, в статьях могут встречаться и ошибки или неточности. Если увидите таковую – пишите автору, и они будут поправлены, ибо никто из нас не идеален и не может знать и помнить всего.
Каждая статья состоит из теоретической (скучной) части, в которой будет изложен материал, необходимый для понимания той или иной темы, особо важные места будут отмечены специальным образом:

Желательно эту информацию запоминать. Я постараюсь внести в теоретическую часть толику интереса, чтобы читатель не уснул хотя бы моментально, и попытаюсь вести рассказ понятным и простым языком, используя Великий и Могучий Русский Язык. После теории будет идти практическая часть (за исключением самого первого урока) – вопросы или задачи, ответить или решить которые предлагается читателю с целью закрепления полученных знаний. И в конце статьи будет располагаться несколько тезисов, отражающих общий план статьи – утверждения, которые так же нужно запоминать.
Ну, вот и все на этом, бросаем пустые слова и переходим к делу. Поехали!

Создание этой книги началось с написания обзора, который я завершил несколько лет назад. Тогда я рассмотрел около двадцати специальностей в электронной промышленности и попытался ответить на следующие вопросы:

1. Какой должна быть подготовка студентов, начинающих работать в области электроники после окончания учебного заведения?

2. Соответствуют ли цели и приоритеты используемых в настоящее время программ высшей школы по электронике изменениям в промышленности?

Исследование показало, что промышленности нужен выпускник по специальности «электроника», который сможет обнаружить неисправности, провести измерения с помощью различного тестирующего оборудования, особенно с помощью осциллографа, он должен уметь паять, знать, где найти информацию и ориентироваться в справочной литературе по электронике.

Я обнаружил также, что промышленность больше ценит в студентах способность делать , чем способность знать.

Короче говоря, я пришел к выводу, что обучению теории надо посвящать времени меньше, а практике - больше.

Второе издание Введения в электронику продолжает давать студентам основные знания по электронике, в которых нуждается промышленность. Текст книги тщательно проработан с целью сделать процесс обучения более легким и эффективным. Курс рассчитан на один год и сосредоточен на привитии исследовательских навыков, а не на обучении мастерству. Предполагается в первом семестре изучать цепи постоянного и переменного тока, во втором - полупроводники и линейные цепи, в третьем - цифровые устройства.

Ниже приведены некоторые основные особенности изложения материала:

Главы книги очень короткие и посвящены узким вопросам.

В начале каждой главы указаны цели обучения.

Для улучшения восприятия материала в книге широко используются иллюстрации.

В каждой главе имеются обзорные вопросы для того, чтобы студент мог проверить себя.

Математика в книге используется только для записи основных формул.

Частые примеры показывают, как использовать математические формулы.

В резюме после каждой главы перечислены наиболее важные вопросы.

Каждую главу завершают вопросы для самопроверки.

При разработке книги было сделано все, чтобы она отвечала потребностям как студентов, так и преподавателей.

Структура книги такова, что материал в ней изложен в логической последовательности. Однако, поскольку каждая глава является самостоятельной единицей, последовательность изложения материала студентам может изменяться в зависимости от стиля преподавания.

Я пригласил преподавателя математики для проверки точности всех примеров и ответов на вопросы самопроверки. Все примеры в книге подготовлены с помощью этого преподавателя. Благодаря такому подходу созданы примеры, которые помогут студенту связать математику, изучаемую на уроках математики, с математикой, используемой в электронике.

Поскольку в лаборатории студенты применяют изученную в классе теорию на практике, я разработал руководство по лабораторным работам, которое удовлетворяет требованиям промышленности. Честолюбивые проекты подкрепляют процесс обучения студентов и помогают им увидеть, как теория становится практикой.

Настоящий учебник и руководство по лабораторным работам помогут студентам расширить их знания в области электроники. Я включил путеводитель по учебному плану в Путеводитель Инструктора, который служит основой для программ но электронике. Этот учебный план используется в нашем школьном округе несколько лет и успешно себя зарекомендовал. Кроме того, путеводитель по учебному плану был представлен в Департамент Образования штата Нью-Йорк и одобрен там как один из вариантов технологических программ.

Мне хотелось бы поблагодарить двух людей, чья помощь и поддержка сделала переработку этой книги возможной: учителя математики Черил Сколэнд и преподавателя электроники Ролфа Тидеманна из Греческой Центральной Школы. Мне хотелось бы также выразить свою признательность представителям промышленности, которые продолжали оказывать мне поддержку, когда я нуждался в ней: Джералду Бассу, президенту EIC Electronics и Томасу Фегаделу, владельцу Glenwood Sales. Благодарю также многочисленных преподавателей, которые использовали текст книги на своих уроках и обратили мое внимание на неточности, указав, какие вопросы надо исключить или расширить.

Мне хотелось бы также поблагодарить рецензентов за их значительную поддержку: Джеймса Роунера из Ланкастерской профессиональной школы; Гэри А. Смита из Гротонской центральной школы, Рональда Дж. Фронковяка из Центра Образования Орлеан/Ниагара, Хоя Дж. Дэвиса из Высшей школы графства Вебстер и Джоэла Шнейда из Высшей Школы Восточного Виндзора.

И, наконец, я хотел бы поблагодарить мою жену Ширли, моих дочерей Кимберли и Сьюзен и моего сына Тимоти, которые поддерживали меня при создании этого текста.

Эрл. Д. Гейтс

Перечисленные ниже меры предосторожности не заменяют инструктаж, проводимый в классе или приведенный в руководстве по лабораторным работам. Если в какой-то момент у вас возникнет вопрос, что делать дальше, проконсультируйтесь с преподавателем.

ОБЩИЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Ввиду возможности получения травмы, опасности пожара и повреждения оборудования и материалов, при любых работах, связанных с электрическими и электронными цепями, должны соблюдаться следующие меры безопасности:

1. Выключите питание перед началом работы с цепью или оборудованием . Никогда не пренебрегайте безопасными соединительными устройствами. Никогда не предполагайте, что цепь выключена, проверьте это с помощью вольтметра.

2. Удаляйте и заменяйте предохранители только после отключения питания от цепи.

3. Убедитесь в том, что все оборудование правильно заземлено.

4. Проявляйте предельную осторожность при удалении или установке аккумуляторов, содержащих кислоту.

5. Используйте летучие очищающие жидкости только в хорошо проветриваемых помещениях.

6. Храните ветошь и другие легковоспламеняющиеся материалы в плотно закрытых металлических контейнерах.

7. В случае поражения электрическим током обесточьте цепь и немедленно доложите преподавателю.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

По мере приобретения опыта в работе с электрическими цепями, люди, как это свойственно человеческой природе, становятся беспечными при выполнении рутинных операций. Многие части электрического оборудования используют опасные для жизни напряжения, которые могут оказаться смертельными при контакте с ними. При работе с высоковольтными цепями или вблизи них всегда следует соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Обдумайте последствия каждого вашего действия . Нет абсолютно никаких причин считать, что вы не подвергнете опасности свою жизнь и жизни других.

3. Не работайте в одиночку . Всегда работайте в присутствии других лиц, способных оказать вам поддержку и первую помощь при несчастном случае.

4. Не нарушайте соединений .

5. Не заземляйтесь. Убедитесь в том, что вы не заземлены при проведении настроек или при использовании измерительных инструментов.

6. Никогда не включайте оборудование при повышенной влажности .

ЛИЧНЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Уделите время принятию мер предосторожности при работе с электрическими и электронными цепями. Не работайте с любыми цепями или оборудованием до тех пор, пока не будут соблюдены все меры безопасности.

Эта статья является введением к серии уроков по электронике для начинающих. Серия составлена слегка необычно. Ты будешь погружаться в мир электроники постепенно, шаг за шагом пробираясь к основным принципам и понятиям. Твой путь начнется не с определения что такое ток, а сразу с вершины мира электроники -- цифровых устройств. Будет интересно!

1. Бинарная арифметика
2. О том, что такое сумматор
3. Чем занимаются мультиплексоры и распределители
4. Дешифраторы и шифраторы в цифровой схемотехнике
5. Что делают регистры в процессоре и вне его?
6. Посчитаем? Цифровые счетчики
7. Триггер или цифровой рычаг
8. Логика, просто двочиная логика
9. Сигналы в электронике
10. Как работает аналоговая электроника
11. Взгляд на триггер глазами аналоговой электроники
12. Диоды и транзисторы
13. Катушки индуктивности и трансформаторы
14. Конденсаторы
15. Резисторы

Введение

Сегодня электрические устройства помогают управлять АЭС, самолётами, кораблями, готовить пищу, запускать спутники и исследовать дальние миры. Поэтому что такое электроника в нынешнее время должны знать почти все. Тем более что электричество изучают в школах и университетах.

С точки зрения обычного человека электроника это отрасль, которая поставляет полезные приборы для дома и работы, а с точки зрения радиолюбителя -- целая наука, которая объединяет в себе успехи математики, физики, химии и производственных технологий. Если тебе интересна электроника, то ты попал на правильный сайт.

На первых порах электроника может показаться тебе крутой, неприступной горой, которая завораживает своими невероятно красивыми снежными пиками. Возможно, ты сейчас думаешь, что только избранные могут осилить изучение электроники. Я считаю иначе. Если кто-то смог её освоить, то и ты сможешь. Надо только разобраться как устроен мир электроники, ухватить общие идеи, а затем постепенно углублять знания.

Если сто лет назад электроники не существовало и информация была в основном об электричестве и электрических машинах, то сегодня электроника представляет огромный мир с множеством направлений. Поэтому можно слегка с грустью, но правдиво заметить, что всё изучить невозможно и хвататься за всё подряд будет плохим решением.

В начале радиолюбительского пути особенно трудно. Сейчас доступно много информации по электронике и глаза разбегаются с чего начать и с какого края к ней подойти. Я сам был на твоём месте и честно скажу -- голова порой кипела. Поэтому я и решил написать путеводиль по электронике для начинающих радиолюбителей. С его помощью я хочу помочь тебе ступить на радиолюбительский путь и войти в мир электроники.

Электроника -- это занимательно, интересно, красиво и мне хочется, чтобы больше людей увлекались электроникой. Развитие современного общества целиком полагается на успехи электроники. Она более, чем достойна стать как хобби, так и полноправной профессией на всю жизнь.

Традиционно изучение электроники начинается снизу вверх: сначала рассказывается что такое заряд, потом -- что такое напряжение и ток, затем описываются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, потом диоды, транзисторы, операционные усилители, различные виды микросхем и тому подобное.

В этой книге я поставил всё с ног на голову. И сделал это намеренно. Подумай о том, как ты разбираешься в чем-то новом для себя? Например, увидел необычное устройство, заинтересовался его конструкцией, стал изучать как оно работает, затем как оно устроено, из чего состоит и как связаны между собой его части. Постепенно, шаг за шагом, ты углубляешься и твои знания становтся более глубокими. Ты как будто спускаешься с горы к её подножию, продвигаясь от целого к деталям. Так устроено наше мышление. Сначала мы создаем общую картину мира, затем разбиваем её на части и изучаем каждую часть по отдельности.

Очевидно, что спускаться с горы проще, чем подниматься на вершину. Поэтому я решил, что вместо изучения резисторов начнём сразу с цифровой техники и микроконтроллеров. Затем посмотрим, как устроены отдельные блоки цифровой техники, спустимся до логических элементов и бинарной арифметики, а затем постепенно перейдём к аналоговой электронике и рассмотрим как на самом деле устроены те же самые логические элементы, но с точки зрения аналоговой электроники.

Затем спустимся ещё на ступеньку ниже и посмотрим как устроены разные электронные компоненты и на основе каких физических принципов они работают. Попутно будем разбирать разные физические принципы и понятия. Я считаю, что благодаря этому легче понять основные принципы и получить хорошее основание для дальнейшего самостоятельного изучения электроники.

По ходу повествования лишние подробности будут отбрасываться, чтобы сделать акцент на самые важные и основополагающие идеи. На первых порах много деталей только помешают ухватить самые важные идеи. Я надеюсь, что, отбросив лишнее, мне удастся внести ясность, сделать мой рассказ понятным и занимательным. Пусть меня за это простят опытные радиолюбители, профессиональные инженеры и академики "электронных" наук. Эта книга не для вас. Но вы можете помочь мне сделать её лучше, указав на ошибки в тексте.

Если бы у меня была такая книга в начале моего пути -- я был бы счастлив. Пусть мой путеводитель превратит твой стартовый путь в электронику в путешествие по скоростному шоссе. Поехали!

Но перед тем как перейти к основному рассказу я хочу сказать спасибо гигантам и их трудам, на плечах которых я строю свой рассказ: П. Хоровиц, У. Хилл, С. А. Гаврилов, Ю. Ревич, Ю. Сато, В.Г. Борисов, А. Шишков, А. Ровдо, Ё. Суэмацу, А.В. Белов, А.Н. Крылов, Е.А. Седов и другие, -- всех и не вспомнить. Спасибо вам за ваши книги. Они многому меня научили.