Электроника - Ревич Ю.В. - Занимательная электроника (6-е издание) [2021, PDF, RUS]

Оглавление
К читателю ..................................................................................................................... 11
Радиолюбительство — что это такое? ......................................................................................... 12
Как пользоваться книгой? ............................................................................................................. 15
Как разрабатывать электронные схемы? ..................................................................................... 17
ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ ОСНОВ ...................................................................................... 21
ГЛАВА 1. ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ ТОК ОТ НАПРЯЖЕНИЯ? ................................................. 23
Связь тока и напряжения............................................................................................................... 24
Регулирование тока с помощью сопротивления ......................................................................... 27
Источники напряжения и тока ...................................................................................................... 30
ГЛАВА 2. ДЖЕНТЛЬМЕНСКИЙ НАБОР
Оборудуем домашнюю лабораторию ........................................................................ 33
Мультиметр .................................................................................................................................... 34
Источник питания .......................................................................................................................... 38
Осциллограф .................................................................................................................................. 41
ГЛАВА 3. ХОРОШИЙ ПАЯЛЬНИК — ПОЛОВИНА УСПЕХА
Инструменты и технологические советы ................................................................. 47
Инструменты и материалы ........................................................................................................... 48
Паяльники ............................................................................................................................... 51
Флюсы для пайки ................................................................................................................... 53
Макетные платы............................................................................................................................. 55
Печатные платы ............................................................................................................................. 61
Монтаж ........................................................................................................................................... 63
Немного о проводах ...................................................................................................................... 65
Корпуса ........................................................................................................................................... 67
Новые подходы в любительском конструировании ................................................................... 69
Платформа Arduino ................................................................................................................ 69
Проектирование схем и разводка плат......................................................................................... 70
Редактор sPlan для разработки схем..................................................................................... 71
Программа для раскладки плат Sprint-Layout...................................................................... 74
4 Оглавление
ГЛАВА 4. ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
О частотах, периодах, мощности, переменных напряжениях и токах
и немного о сигналах .................................................................................................... 77
Мощность ....................................................................................................................................... 81
Что показывал вольтметр? ............................................................................................................ 82
Сигналы .......................................................................................................................................... 85
О переменном токе и электропитании ............................................................................................ 86
Децибелы ........................................................................................................................................ 87
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОНИКА БЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Резисторы, конденсаторы и схемы на их основе..................................................... 89
Резисторы ....................................................................................................................................... 89
Переменные резисторы ......................................................................................................... 94
Параллельное и последовательное соединение резисторов ............................................... 95
Конденсаторы ................................................................................................................................ 97
Параллельное и последовательное включение конденсаторов ........................................ 106
Конденсаторы в цепи переменного тока ............................................................................ 106
Дифференцирующие и интегрирующие цепи ........................................................................... 108
Индуктивности ............................................................................................................................. 110
ГЛАВА 6. ИЗОБРЕТЕНИЕ, КОТОРОЕ ПОТРЯСЛО МИР
Диоды, транзисторы и простейшие схемы на их основе ..................................... 113
Диоды ........................................................................................................................................... 113
Транзисторы ................................................................................................................................. 115
Ключевой режим работы биполярного транзистора ........................................................ 118
Усилительный режим работы биполярного транзистора ................................................. 121
Включение транзистора с общим коллектором ................................................................ 123
Стабильный усилительный каскад на транзисторе ........................................................... 124
Дифференциальный каскад ................................................................................................. 127
Полевые транзисторы .................................................................................................................. 128
Выбор транзисторов .................................................................................................................... 133
ГЛАВА 7. ОШЕЛОМЛЯЮЩЕЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЭЛЕКТРОННОГО МИРА
Реле, стабилитроны, светодиоды... .......................................................................... 139
Электромагнитные реле .............................................................................................................. 139
Стабилитроны .............................................................................................................................. 145
Оптоэлектроника и светодиоды ................................................................................................. 147
Оптоэлектроника ................................................................................................................. 148
Светодиоды .......................................................................................................................... 150
Светодиодные индикаторы ................................................................................................. 153
ЖК-дисплеи .................................................................................................................................. 154
Простейший уровнемер для водяных баков .............................................................................. 157
Оглавление 5
ЧАСТЬ II. АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ ...................................................................... 161
ГЛАВА 8. ЗВУКОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ БЕЗ МИКРОСХЕМ
Классическая схема УМЗЧ ....................................................................................... 163
Схема базового УМЗЧ ................................................................................................................. 164
Мощность усилителя ........................................................................................................... 167
Стабильность ........................................................................................................................ 168
О мощности выходных транзисторов ................................................................................ 170
Проверка и отладка ...................................................................................................................... 170
Классы усилителей, или немного высшей математики ............................................................ 172
Действующее значение напряжения .................................................................................. 172
Классификация усилителей ................................................................................................. 172
О мощности и качестве звуковых усилителей .......................................................................... 176
ГЛАВА 9. ПРАВИЛЬНОЕ ПИТАНИЕ — ЗАЛОГ ЗДОРОВЬЯ
О питании электронных устройств ......................................................................... 179
Электрохимические элементы .................................................................................................... 179
Аккумуляторы ...................................................................................................................... 183
Вторичные линейные источники питания ................................................................................. 187
Трансформаторы .................................................................................................................. 188
Расчет сетевого трансформатора ........................................................................................ 189
Простейший нестабилизированный однополярный источник питания .......................... 191
Стабилизаторы ..................................................................................................................... 194
Интегральные стабилизаторы ............................................................................................. 197
Однополярный регулируемый источник питания ............................................................. 199
Рассеивание тепла ........................................................................................................................ 204
Расчет радиатора через значения термических сопротивлений ...................................... 207
Установка компонентов на радиаторы .............................................................................. 208
Принудительное охлаждение и элементы Пельтье ................................................................... 209
Импульсные источники питания ................................................................................................ 211
Как правильно питаться? ............................................................................................................ 217
ГЛАВА 10. ТЯЖЕЛОВЕСЫ
Устройства для управления мощной нагрузкой................................................... 221
Базовая схема регулирования напряжения на нагрузке ........................................................... 222
Мощность в нагрузке при тиристорном управлении ........................................................ 225
Ручной регулятор мощности ....................................................................................................... 227
Базовая схема регулятора (диммера) ................................................................................. 227
Регулятор переменного напряжения с двумя тиристорами ............................................. 231
Регулятор с симистором ...................................................................................................... 232
Устройство плавного включения ламп накаливания ........................................................ 234
Помехи .......................................................................................................................................... 235
ГЛАВА 11. СЛАЙСЫ, КОТОРЫЕ СТАЛИ ЧИПАМИ
О микросхемах ............................................................................................................. 239
Некоторые типовые узлы микросхем и особенности их эксплуатации .................................. 243
Звуковые усилители на микросхемах......................................................................................... 249
Мощный УМЗЧ .................................................................................................................... 250
Микроусилитель мощности ................................................................................................ 253
6 Оглавление
ГЛАВА 12. САМЫЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ
Обратная связь и операционные усилители .......................................................... 255
Опасные связи .............................................................................................................................. 256
Основные свойства системы с отрицательной обратной связью ..................................... 260
Базовые схемы усилителей на ОУ .............................................................................................. 262
Неидеальность ОУ, ее последствия и борьба с ними ....................................................... 264
Дифференциальные усилители ........................................................................................... 267
Другие распространенные схемы на ОУ ........................................................................... 269
Аналоговый генератор ................................................................................................................ 272
Релейное регулирование и термостаты ...................................................................................... 274
Термостат вообще ................................................................................................................ 274
Простой термостат для аквариума ..................................................................................... 278
О гистерезисе ....................................................................................................................... 282
Терморегулятор «для дома для семьи» .............................................................................. 284
ГЛАВА 13. КАК ИЗМЕРИТЬ ТЕМПЕРАТУРУ?
Электронные термометры ......................................................................................... 289
Основы термометрии .................................................................................................................. 290
Датчики ................................................................................................................................. 291
Термисторы ................................................................................................................. 292
Металлические датчики ............................................................................................. 294
Полупроводниковые датчики .................................................................................... 294
Методы измерения сопротивления ............................................................................................ 295
Очень точный ручной измеритель температуры....................................................................... 297
Простейшие электронные термометры на батарейке ............................................................... 299
Электронный термометр со стрелочным индикатором .................................................... 300
Немного о метрологии и ошибках аналоговых схем ................................................................ 302
Точность и разрешающая способность .............................................................................. 304
Систематические ошибки .................................................................................................... 305
Случайные ошибки измерения и их оценка ....................................................................... 305
Регрессия и метод наименьших квадратов ........................................................................ 310
Разновидности погрешностей ............................................................................................. 312
ЧАСТЬ III. ЦИФРОВОЙ ВЕК .................................................................................. 313
ГЛАВА 14. НА ПОРОГЕ ЦИФРОВОГО ВЕКА
Математическая логика и ее представление в технических устройствах ....... 315
Основные операции алгебры Буля ............................................................................................. 317
Булева алгебра на выключателях и реле ............................................................................ 320
То же самое, но на транзисторах и диодах ........................................................................ 324
О двоичной и других системах счисления ................................................................................. 326
Позиционные и непозиционные системы счисления. Десятичная система .................... 326
Двоичная и шестнадцатеричная системы .......................................................................... 329
Перевод из одной системы счисления в другую ............................................................... 330
Байты..................................................................................................................................... 332
Запись чисел в различных форматах .................................................................................. 334
Немного двоичной арифметики ................................................................................................. 335
Отрицательные двоичные числа ......................................................................................... 336
Оглавление 7
Дробные числа ............................................................................................................................. 338
Коды, шифры и дешифраторы.................................................................................................... 339
Код Грея ................................................................................................................................ 343
ГЛАВА 15. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ИЛИ ИГРА В КВАДРАТИКИ
Устройство логических микросхем и двоичные операции ................................. 347
ТТЛ ............................................................................................................................................... 348
Основные характеристики КМОП ............................................................................................. 350
Характеристики различных серий КМОП ......................................................................... 352
Двоичный сумматор на логических микросхемах .................................................................... 359
Обработка двоичных сигналов с помощью логических элементов ........................................ 364
Мультиплексоры/демультиплексоры и ключи .......................................................................... 367
ГЛАВА 16. УСТРОЙСТВА НА ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ
Мультивибраторы, формирователи, триггеры, счетчики... ............................... 369
Генераторы ................................................................................................................................... 369
Схемы на основе триггера Шмитта .................................................................................... 375
Кварцевые генераторы ........................................................................................................ 376
Формирователи импульсов ......................................................................................................... 380
Одновибраторы ............................................................................................................................ 382
Одновибраторы и генераторы на микросхеме 555 ................................................................... 385
Триггеры, регистры и счетчики .................................................................................................. 390
Самый простой триггер ....................................................................................................... 390
D-триггеры ........................................................................................................................... 393
Регистры ............................................................................................................................... 395
Счетчики ............................................................................................................................... 396
Цифровой лабораторный генератор ........................................................................................... 402
ГЛАВА 17. ОТКУДА БЕРУТСЯ ЦИФРЫ
Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи ................................. 405
Принципы оцифровки сигналов ................................................................................................. 407
ЦАП .............................................................................................................................................. 410
АЦП .............................................................................................................................................. 414
АЦП параллельного действия ............................................................................................. 414
АЦП последовательного приближения .............................................................................. 415
Интегрирующие АЦП .......................................................................................................... 416
Конструируем цифровой термометр .......................................................................................... 425
АЦП 572ПВ2 и ПВ5 ............................................................................................................ 425
Практическая схема термометра ........................................................................................ 430
ЧАСТЬ IV. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ .................................................................... 437
ГЛАВА 18. НАЧАЛА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Микропроцессоры, память и микроконтроллеры ............................................... 439
Как работает микропроцессор? .................................................................................................. 442
Лечение амнезии .......................................................................................................................... 449
Изобретаем простейшую ROM ........................................................................................... 450
Общее устройство памяти ................................................................................................... 451
8 Оглавление
RAM ...................................................................................................................................... 453
EPROM, EEPROM и flash-память ....................................................................................... 454
Микроконтроллеры Atmel AVR ................................................................................................. 458
Почему AVR? ....................................................................................................................... 459
Структура МК AVR ............................................................................................................. 460
Последовательные порты .................................................................................................... 462
ГЛАВА 19. ОСНОВЫ ARDUINO
Контроллеры, среда и примеры программирования........................................... 465
Что такое Arduino?....................................................................................................................... 466
Основные платы Arduino ............................................................................................................ 468
Установка среды программирования Arduino ........................................................................... 472
Настройки Arduino IDE ....................................................................................................... 476
Программы для Arduino .............................................................................................................. 477
Примеры программирования ...................................................................................................... 484
Обмен через последовательный порт ................................................................................. 484
Термостат на Arduino .......................................................................................................... 488
Правильное подключение кнопки ...................................................................................... 491
Правильная мигалка на Arduino ......................................................................................... 495
ГЛАВА 20. КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ARDUINO
Как на Arduino делать устройства лучше фирменных ........................................ 499
Техническое задание ................................................................................................................... 500
О выборе компонентов ........................................................................................................ 501
Интерфейс TWI (I2
C) ................................................................................................................... 501
Датчики метеорологических параметров .................................................................................. 504
Датчики температуры и влажности .................................................................................... 504
Барометры ............................................................................................................................ 508
Другие метеорологические датчики ................................................................................... 509
Особенности калибровки цифровых датчиков .................................................................. 511
Часы ...................................................................................................................................... 512
Простейшие дисплеи ................................................................................................................... 514
Подключение цифрового 4-разрядного дисплея к Arduino .............................................. 515
Часы на 4-разрядном дисплее ............................................................................................. 516
Простой электронный термометр ....................................................................................... 519
Arduino и поразрядные матричные индикаторы ....................................................................... 523
Схема подключения драйвера MAX6953 с I2
C-интерфейсом .......................................... 524
Программа ............................................................................................................................ 527
Работа с текстом на графическом дисплее MT-12864J ............................................................ 530
Подключение MT-12864J .................................................................................................... 531
Русификация модуля MT-12864J ........................................................................................ 533
Строчные OLED-дисплеи ........................................................................................................... 535
Контроллер WS0010 и библиотека LiquidCrystal .............................................................. 536
Пишем по-русски ................................................................................................................. 538
Подключение строчных дисплеев Winstar ......................................................................... 539
Часы на основе OLED-дисплея ........................................................................................... 540
Графические дисплеи Winstar ..................................................................................................... 544
I
2
C-интерфейс для дисплеев Winstar .......................................................................................... 549
Оглавление 9
Передача данных по радиоканалу .............................................................................................. 551
Подключение передатчика и приемника 433 MГц ........................................................... 554
О конструктивном оформлении устройств на Arduino ............................................................. 559
О режиме энергосбережения, Watchdog-таймере и питании метеостанции ........................... 561
Watchdog Timer .................................................................................................................... 562
О мерах по снижению энергопотребления ........................................................................ 566
ГЛАВА 21. ПРИМЕНЕНИЯ ARDUINO
Избранные возможности платформы ..................................................................... 569
Аналоговое управление внешними устройствами (ШИМ) ...................................................... 569
Принцип ШИМ-регулирования .......................................................................................... 570
ШИМ и Arduino ................................................................................................................... 571
Подбор MOSFET-ключей и драйверов для мощной нагрузки ......................................... 574
Запись на SD-карту ...................................................................................................................... 577
Измерение частоты в Arduino ..................................................................................................... 579
Метод первый — измерение частоты ................................................................................ 580
Метод второй — измерение периода ................................................................................. 581
Ультразвуковой дальномер ......................................................................................................... 583
Пироэлектрический датчик ......................................................................................................... 585
Управляем с ИК-пульта от телевизора ...................................................................................... 588
Определение и применение кодов команд с ИК-пульта ................................................... 588
Двухкнопочный плавный регулятор с запоминанием состояния ............................................ 591
Программа регулятора ........................................................................................................ 593
О преимуществах и недостатках Arduino .................................................................................. 595
ГЛАВА 22. ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР ВМЕСТО ПАЯЛЬНИКА
О программировании МК на ассемблере ............................................................... 599
Некоторые дополнительные подробности архитектуры AVR ................................................. 600
Classic, Mega и Tiny ............................................................................................................. 600
Память программ ........................................................................................................ 601
Память данных (ОЗУ, SRAM) ................................................................................... 602
Энергонезависимая память данных (EEPROM) ....................................................... 603
Способы тактирования ............................................................................................... 604
Параллельные порты ввода/вывода .......................................................................... 606
Прерывания ................................................................................................................. 608
Таймеры-счетчики ...................................................................................................... 610
Железо .......................................................................................................................................... 611
Софт .............................................................................................................................................. 614
О конфигурационных битах ........................................................................................................ 616
Примеры программирования ...................................................................................................... 619
Самая простая программа ................................................................................................... 620
Таймер без прерываний ....................................................................................................... 624
Применение прерываний ..................................................................................................... 628
Прерывание таймера по переполнению ............................................................................. 631
Прерывание таймера по сравнению ................................................................................... 634
Арифметика многоразрядных чисел на ассемблере ................................................................. 636
Операции с числами в формате BCD ................................................................................. 640
10 Оглавление
Мощный инвертор на микроконтроллере ................................................................................. 643
Программная реализация ШИМ ......................................................................................... 646
О схемотехнике инвертора .................................................................................................. 650
ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................................................................................... 655
Приложение 1. Резисторы и конденсаторы ............................................................ 656
Международная цветная маркировка резисторов (с допуском 5 и 10%) ................................ 656
Таблицы номиналов резисторов и конденсаторов .................................................................... 657
Приложение 2. Стандартные обозначения, размеры и характеристики
некоторых гальванических элементов ................................................................... 658
Приложение 3. Соответствие наименований и функциональности
некоторых зарубежных и отечественных цифровых микросхем ...................... 660
Приложение 4. Словарь часто встречающихся аббревиатур и терминов ....... 663
Приложение 5. Единицы измерения и обозначения ............................................. 669
Физические величины и их единицы измерения по умолчанию ............................................. 669
Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц ............. 670
Некоторые буквенные обозначения в электрических схемах .................................................. 670
Некоторые символические обозначения в электрических схемах .......................................... 671
Символические обозначения мощности резисторов на схемах ............................................... 673
Приложение 6. Программирование Arduino Mini и Pro Mini............................. 675
Программирование Mini c помощью платы Arduino Uno ........................................................ 675
Программирование Mini через адаптер USB-UART ................................................................ 676
Программирование Arduino Mini через адаптер USB-UART
с автоматическим сбросом .......................................................................................................... 677
Литература и источники ............................................................................................ 680
Предметный указатель .............................................................................................. 682