Схемотехника
Электроника с нуля для взрослых: 18 уроков от закона Ома до АЦП
Курс для тех, кто хочет наконец понять, как устроены устройства вокруг, — и собрать что-то своё вместе с ребёнком. В каждом уроке — объяснение простыми словами, схемы, модель, в которой можно крутить ручки, опыт на макетной плате и короткий тест. Математика — не сложнее школьной физики 8 класса.
Основы: ток, напряжение, сигналы
- 01Напряжение, ток и сопротивлениеТри величины, на которых держится вся электроника, и закон Ома — главный инструмент расчёта.
- 02Делитель напряжения и источникиСамая частая схема в электронике: как получить нужное напряжение и почему нагрузка его «сажает».
- 03Сигналы: синус, меандр, децибелыКакими бывают переменные напряжения, как описать их амплитуду и частоту и зачем инженеры считают в децибелах.
- 04Конденсатор и RC-цепьДеталь, которая запасает заряд и «не пускает» постоянный ток, и самая важная константа времени τ = RC.
- 05RC-фильтры и частотная характеристикаКонденсатор — это резистор, зависящий от частоты. Из него и обычного резистора получаются фильтры.
- 06Катушка, трансформатор, резонансИндуктивность «не любит» изменений тока: отсюда трансформаторы, колебательные контуры и опасные выбросы напряжения.
Диоды, питание, транзисторы
- 07Диоды и светодиодыДеталь, которая пропускает ток в одну сторону, — защита от переполюсовки, логика и, конечно, свет.
- 08Выпрямитель и сглаживаниеКак из переменного тока получить постоянный: диоды, диодный мост и конденсатор фильтра.
- 09Стабилизатор и блок питанияСтабилитрон, трёхвыводной стабилизатор 7805 и как не перегреть блок питания.
- 10Транзистор как ключМаленький ток базы управляет большим током коллектора: так слабый выход платы включает лампу, реле или мотор.
- 11Эмиттерный повторитель и усилительДва главных каскада на одном транзисторе: повторитель даёт ток, усилитель с общим эмиттером — напряжение.
- 12Полевой транзистор: ключ без тока управленияMOSFET управляется напряжением, почти не потребляя тока, и коммутирует десятки ампер — им включают моторы, ленты и нагреватели.
Аналоговые схемы
- 13Операционный усилительГотовый «идеальный усилитель» в микросхеме за 20 рублей: два золотых правила — и любая схема считается в уме.
- 14Компаратор и триггер ШмиттаКак превратить медленный или шумный сигнал в чёткое «да/нет» и почему нужен гистерезис.
- 15Генераторы и таймер 555Как схема сама начинает колебаться: RC-генератор и легендарная микросхема 555.
Цифровая электроника
- 16Логика: нули, единицы и вентилиЦифровая схема думает двумя уровнями напряжения. Шесть логических элементов — и можно построить компьютер.
- 17Триггеры, счётчики и памятьСхемы с памятью: как два элемента И-НЕ запоминают бит и как из триггеров получается счётчик и делитель частоты.
- 18АЦП и ЦАП: мост между мирамиКак микроконтроллер «видит» напряжение датчика и как цифра снова становится звуком.
Шпаргалка формул
| Закон Ома | U = I·R |
|---|---|
| Мощность | P = U·I = I²·R |
| Последовательно | R = R1 + R2 |
| Параллельно | R = R1·R2 / (R1 + R2) |
| Делитель | U = U_вх·R2 / (R1 + R2) |
| Постоянная времени | τ = R·C |
| Частота среза RC | f = 1 / (2πRC) |
| Резонанс LC | f = 1 / (2π√LC) |
| Резистор светодиода | R = (U − U_пр) / I |
| Пульсации | ΔU = I / (f·C) |
| Усилитель ОЭ | K = −R_к / R_э |
| ОУ инвертирующий | K = −R2 / R1 |
| ОУ неинвертирующий | K = 1 + R2 / R1 |
| Таймер 555 | f = 1,44 / ((R1 + 2R2)·C) |
| Децибелы | дБ = 20·lg(U2/U1) |
| Шаг АЦП | q = U_оп / 2ᴺ |
Что купить для опытов
Всё ниже стоит 2–3 тысячи рублей и продаётся наборами «для начинающих»: макетная плата без пайки и провода-перемычки; мультиметр; набор резисторов и конденсаторов; светодиоды; транзисторы BC547 и IRLZ44N; микросхемы 7805, NE555, LM358, 74HC00, 74HC14; батарейный отсек или блок питания 9–12 В. Для уроков 12 и 18 пригодится Arduino Uno.
Все опыты — от батареек и безопасных блоков питания до 12 В. Сеть 220 В смертельно опасна: не разбирайте сетевые устройства и не подключайте самоделки к розетке.
Про книгу
Курс построен по мотивам классики — П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники» (М.: БИНОМ, 2014). Мы взяли из неё порядок тем, главные идеи и типовые схемы (перерисованы заново), а объяснения написали проще, для тех, кто начинает с нуля. Отметка ✓ у урока появляется, когда тест пройден без ошибок; она хранится только в этом браузере.