Электроника - Ревич Ю.В. - Занимательная электроника [2017, DjVu, RUS]

К читателю ..................................................................................................................... 11
Радиолюбительство — что это такое? ......................................................................................... 12
Как пользоваться книгой? ............................................................................................................. 15
Как разрабатывать электронные схемы? ..................................................................................... 16
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....................................................................................................................................... 50
Флюсы для пайки ........................................................................................................................... 52
Макетные платы............................................................................................................................. 54
Печатные платы ............................................................................................................................. 59
Монтаж ........................................................................................................................................... 61
Немного о проводах ...................................................................................................................... 62
Корпуса ........................................................................................................................................... 64
Новые подходы в любительском конструировании ................................................................... 66
Платформа Arduino ................................................................................................................ 66
Редактор Fritzing для рисования схем и плат ...................................................................... 67
ГЛАВА 4. ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
О частотах, периодах, мощности, переменных напряжениях и токах
и немного о сигналах .................................................................................................... 73
Мощность ....................................................................................................................................... 77
Что показывал вольтметр? ............................................................................................................ 78
Сигналы .......................................................................................................................................... 81
О переменном токе и электропитании ............................................................................................82
Децибелы ........................................................................................................................................ 83
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОНИКА БЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Резисторы, конденсаторы и схемы на их основе..................................................... 85
Резисторы ....................................................................................................................................... 85
Переменные резисторы .........................................................................................................89
Параллельное и последовательное соединение резисторов ............................................... 90
Конденсаторы ................................................................................................................................ 92
Параллельное и последовательное включение конденсаторов ........................................ 101
Конденсаторы в цепи переменного тока ............................................................................ 101
Дифференцирующие и интегрирующие цепи ........................................................................... 102
Индуктивности ............................................................................................................................. 105
ГЛАВА 6. ИЗОБРЕТЕНИЕ, КОТОРОЕ ПОТРЯСЛО МИР
Диоды, транзисторы и простейшие схемы на их основе ..................................... 107
Диоды ........................................................................................................................................... 107
Транзисторы ................................................................................................................................. 109
Ключевой режим работы биполярного транзистора ........................................................ 112
Усилительный режим работы биполярного транзистора ................................................. 115
Включение транзистора с общим коллектором ................................................................ 117
Стабильный усилительный каскад на транзисторе ........................................................... 118
Дифференциальный каскад ................................................................................................. 121
Полевые транзисторы .................................................................................................................. 122
Выбор транзисторов .................................................................................................................... 127
ГЛАВА 7. ОШЕЛОМЛЯЮЩЕЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЭЛЕКТРОННОГО МИРА
Реле, стабилитроны, светодиоды... .......................................................................... 133
Электромагнитные реле .............................................................................................................. 133
Стабилитроны .............................................................................................................................. 139
Оптоэлектроника и светодиоды .................................................................................................141
Оптоэлектроника ................................................................................................................. 141
Светодиоды .......................................................................................................................... 143
Светодиодные индикаторы ................................................................................................. 146
ЖК-дисплеи .................................................................................................................................. 147
Простейший уровнемер для водяных баков .............................................................................. 149
ЧАСТЬ II. АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ ...................................................................... 153
ГЛАВА 8. ЗВУКОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ БЕЗ МИКРОСХЕМ
Классическая схема УМЗЧ ....................................................................................... 155
Схема базового УМЗЧ ................................................................................................................. 156
Мощность усилителя ...........................................................................................................159
Стабильность ........................................................................................................................ 160
О мощности выходных транзисторов ................................................................................ 162
Проверка и отладка ...................................................................................................................... 162
Классы усилителей или немного высшей математики ............................................................. 164
Действующее значение напряжения .................................................................................. 164
Классификация усилителей ................................................................................................. 164
О мощности и качестве звуковых усилителей .......................................................................... 168
ГЛАВА 9. ПРАВИЛЬНОЕ ПИТАНИЕ — ЗАЛОГ ЗДОРОВЬЯ
О питании электронных устройств ......................................................................... 171
Электрохимические элементы ....................................................................................................171
Аккумуляторы ...................................................................................................................... 175
Вторичные линейные источники питания ................................................................................. 179
Трансформаторы .................................................................................................................. 179
Расчет сетевого трансформатора................................................................................................181
Простейший нестабилизированный однополярный источник питания .......................... 183
Стабилизаторы ..................................................................................................................... 186
Интегральные стабилизаторы ............................................................................................. 189
Однополярный регулируемый источник питания ..................................................................... 191
Рассеивание тепла ........................................................................................................................ 196
Принудительное охлаждение и элементы Пельтье ................................................................... 199
Импульсные источники питания ................................................................................................ 202
Как правильно питаться? ............................................................................................................ 207
ГЛАВА 10. ТЯЖЕЛОВЕСЫ
Устройства для управления мощной нагрузкой................................................... 211
Базовая схема регулирования напряжения на нагрузке ........................................................... 212
Мощность в нагрузке при тиристорном управлении ........................................................ 215
Ручной регулятор мощности ....................................................................................................... 217
Базовая схема регулятора (диммера) ................................................................................. 217
Регулятор переменного напряжения с двумя тиристорами ............................................. 221
Регулятор с симистором ...................................................................................................... 222
Устройство плавного включения ламп накаливания ........................................................ 224
Помехи .......................................................................................................................................... 225
ГЛАВА 11. СЛАЙСЫ, КОТОРЫЕ СТАЛИ ЧИПАМИ
О микросхемах ............................................................................................................. 229
Некоторые типовые узлы микросхем и особенности их эксплуатации .................................. 233
Звуковые усилители на микросхемах......................................................................................... 239
Мощный УМЗЧ .................................................................................................................... 239
Микроусилитель мощности ................................................................................................ 243
ГЛАВА 12. САМЫЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ
Обратная связь и операционные усилители .......................................................... 245
Опасные связи .............................................................................................................................. 246
Основные свойства системы с отрицательной обратной связью ..................................... 250
Базовые схемы усилителей на ОУ .............................................................................................. 252
Неидеальность ОУ, ее последствия и борьба с ними ....................................................... 254
Дифференциальные усилители ........................................................................................... 256
Другие распространенные схемы на ОУ ........................................................................... 259
Аналоговый генератор ................................................................................................................ 261
Конструируем термостаты .......................................................................................................... 263
Термостат вообще ................................................................................................................ 264
Простой термостат для аквариума ..................................................................................... 268
О гистерезисе ....................................................................................................................... 272
Терморегулятор «для дома для семьи» .............................................................................. 273
ГЛАВА 13. КАК ИЗМЕРИТЬ ТЕМПЕРАТУРУ?
Электронные термометры ......................................................................................... 279
Основы термометрии .................................................................................................................. 279
Датчики ................................................................................................................................. 281
Термисторы ................................................................................................................. 281
Металлические датчики ............................................................................................. 283
Полупроводниковые датчики .................................................................................... 284
Методы измерения сопротивления ............................................................................................ 285
Очень точный ручной измеритель температуры....................................................................... 286
Простейшие электронные термометры на батарейке ............................................................... 288
Электронный термометр со стрелочным индикатором .................................................... 289
Немного о метрологии и ошибках аналоговых схем ................................................................ 291
Точность и разрешающая способность .............................................................................. 293
Систематические ошибки .................................................................................................... 294
Случайные ошибки измерения и их оценка ....................................................................... 294
Регрессия и метод наименьших квадратов ........................................................................ 299
Разновидности погрешностей ............................................................................................. 301
ЧАСТЬ III. ЦИФРОВОЙ ВЕК .................................................................................. 303
ГЛАВА 14. НА ПОРОГЕ ЦИФРОВОГО ВЕКА
Математическая логика и ее представление в технических устройствах ....... 305
Основные операции алгебры Буля ............................................................................................. 307
Булева алгебра на выключателях и реле ............................................................................ 310
То же самое, но на транзисторах и диодах ........................................................................ 314
О двоичной и других системах счисления ................................................................................. 316
Позиционные и непозиционные системы счисления. Десятичная система .................... 316
Двоичная и шестнадцатеричная системы .......................................................................... 319
Перевод из одной системы счисления в другую ............................................................... 320
Байты..................................................................................................................................... 322
Запись чисел в различных форматах .................................................................................. 324
Немного двоичной арифметики ................................................................................................. 325
Отрицательные двоичные числа ......................................................................................... 326
Дробные числа ............................................................................................................................. 328
Коды, шифры и дешифраторы.................................................................................................... 329
ГЛАВА 15. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ИЛИ ИГРА В КВАДРАТИКИ
Устройство логических микросхем и двоичные операции ................................. 333
ТТЛ .............................................................................................................................................. 334
Основные характеристики КМОП ............................................................................................. 336
Характеристики различных серий КМОП ......................................................................... 338
Двоичный сумматор на логических микросхемах .................................................................... 345
Обработка двоичных сигналов с помощью логических элементов ........................................ 350
Мультиплексоры/демультиплексоры и ключи .......................................................................... 353
ГЛАВА 16. УСТРОЙСТВА НА ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ
Мультивибраторы, формирователи, триггеры, счетчики... ............................... 355
Генераторы ................................................................................................................................... 355
Схемы на основе триггера Шмидта.................................................................................... 359
Кварцевые генераторы ........................................................................................................ 361
Формирователи импульсов ......................................................................................................... 365
Одновибраторы ............................................................................................................................ 367
Одновибраторы и генераторы на микросхеме 555 ................................................................... 370
О токоограничивающих резисторах в импульсных схемах ..................................................... 374
Триггеры, регистры и счетчики .................................................................................................. 375
Самый простой триггер ....................................................................................................... 375
D-триггеры ........................................................................................................................... 378
Регистры ............................................................................................................................... 380
Счетчики ............................................................................................................................... 381
Цифровой лабораторный генератор ........................................................................................... 387
ГЛАВА 17. ОТКУДА БЕРУТСЯ ЦИФРЫ
Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи ................................. 391
Принципы оцифровки сигналов ................................................................................................. 393
ЦАП .............................................................................................................................................. 396
АЦП .............................................................................................................................................. 400
АЦП параллельного действия ............................................................................................. 400
АЦП последовательного приближения .............................................................................. 401
Интегрирующие АЦП .......................................................................................................... 402
Конструируем цифровой термометр .......................................................................................... 411
АЦП 572ПВ2 и ПВ5 ............................................................................................................ 411
Практическая схема термометра ........................................................................................ 416
ЧАСТЬ IV. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ .................................................................... 423
ГЛАВА 18. НАЧАЛА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Микропроцессоры, память и микроконтроллеры ............................................... 425
Как работает микропроцессор? ..................................................................................................428
Лечение амнезии .......................................................................................................................... 435
Изобретаем простейшую ROM ........................................................................................... 436
Общее устройство памяти ................................................................................................... 437
RAM ...................................................................................................................................... 439
EPROM, EEPROM и flash-память ....................................................................................... 440
Микроконтроллеры Atmel AVR ................................................................................................. 444
Почему AVR? ....................................................................................................................... 445
Classic, Mega и Tiny ............................................................................................................. 446
Структура МК AVR .............................................................................................................446
Память программ ........................................................................................................ 447
Память данных (ОЗУ, SRAM) ................................................................................... 448
Энергонезависимая память данных (EEPROM) ....................................................... 449
Способы тактирования ............................................................................................... 450
Параллельные порты ввода/вывода .......................................................................... 452
Прерывания ................................................................................................................. 454
Таймеры-счетчики ...................................................................................................... 456
Последовательные порты ........................................................................................... 457
ГЛАВА 19. ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР ВМЕСТО ПАЯЛЬНИКА
О программировании МК ......................................................................................... 461
Железо .......................................................................................................................................... 461
Софт .............................................................................................................................................. 464
О конфигурационных битах ........................................................................................................ 466
Примеры программирования ......................................................................................................469
Самая простая программа ................................................................................................... 469
Таймер без прерываний ....................................................................................................... 473
Применение прерываний ..................................................................................................... 477
Прерывание таймера по переполнению ............................................................................. 479
Прерывание таймера по сравнению ................................................................................... 483
ГЛАВА 20. ИЗОБРЕТАЕМ ВЕЛОСИПЕД
Настольные часы и термометр-барометр на микроконтроллере ..................... 487
Часы со счетом времени на МК..................................................................................................488
Общее построение схемы .................................................................................................... 488
Схема .................................................................................................................................... 490
Программа ............................................................................................................................ 494
Детали и конструкция ..........................................................................................................497
Измеритель температуры и давления на AVR .......................................................................... 499
Арифметика многобайтовых чисел в МК .......................................................................... 500
Операции с числами в формате BCD ................................................................................. 503
Хранение данных в ОЗУ...................................................................................................... 505
Использование встроенного АЦП ...................................................................................... 506
Датчики температуры и давления ...................................................................................... 507
Схема .................................................................................................................................... 508
Программа ............................................................................................................................ 511
Калибровка ........................................................................................................................... 513
ГЛАВА 21. ОСНОВЫ ARDUINO
Среда программирования и практика построения схем ..................................... 517
Что такое Arduino?....................................................................................................................... 518
Установка среды программирования Arduino ........................................................................... 520
Настройки Arduino IDE ....................................................................................................... 523
Программы для Arduino .............................................................................................................. 524
Термостат на Arduino .................................................................................................................. 528
Правильная мигалка на Ardiuno .................................................................................................531
Обмен через последовательный порт ........................................................................................ 533
Работа с текстом на графическом дисплее MT-12864J ............................................................ 537
Подключение MT-12864J .................................................................................................... 538
Русификация модуля MT-12864J ........................................................................................ 540
ГЛАВА 22. МЕТЕОСТАНЦИЯ НА ARDUINO
Как на Arduino делать устройства лучше фирменных ........................................ 545
Техническое задание ................................................................................................................... 546
Выбор компонентов и схема станции ........................................................................................ 547
Подключение строчных OLED-дисплеев .................................................................................. 549
Контроллер WS0010 ............................................................................................................550
Пишем по-русски ................................................................................................................. 551
Подключение библиотеки LiquidCrystal ............................................................................ 553
Часы реального времени DS-1307 .............................................................................................. 554
Установка часов ................................................................................................................... 555
Температура, влажность и давление .......................................................................................... 557
Подключение радиомодулей Xbee ............................................................................................. 559
Подключение и настройка Xbee-модулей .......................................................................... 560
Выносной датчик на основе Arduino Mini ................................................................................. 563
Схема выносного датчика ................................................................................................... 565
Версия станции с ЖК-дисплеем .................................................................................................568
Запись на SD-карту и программа станции с OLED-дисплеем ................................................. 570
Работа метеостанции с функциями записи на SD-карту .................................................. 571
Конструкция ................................................................................................................................. 572
ГЛАВА 23. ПРИМЕНЕНИЯ ARDUINO
Избранные возможности платформы ..................................................................... 575
Аналоговое управление внешними устройствами (ШИМ) ...................................................... 575
Принцип ШИМ-регулирования .......................................................................................... 575
ШИМ и Arduino ................................................................................................................... 577
Подбор MOSFET-ключей и драйверов для мощной нагрузки ......................................... 580
Arduino и матричные индикаторы .............................................................................................. 583
Поразрядные матричные индикаторы ................................................................................ 583
Схема подключения MAX6953 с I2C-интерфейсом .......................................................... 585
Программа ............................................................................................................................ 588
Часы полностью ................................................................................................................... 590
Arduino и криптография: замок повышенной секретности ...................................................... 592
Подключение SD-карты ...................................................................................................... 592
Подключение тастатуры 34 .............................................................................................. 594
Суперсекретный замок ........................................................................................................ 599
О зависаниях программ Arduino .................................................................................................603
О недостатках Arduino ................................................................................................................ 607
ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................................................................................... 609
Приложение 1. Резисторы .......................................................................................... 611
Международная цветная маркировка резисторов (с допуском 5 и 10%) ................................ 611
Таблицы номиналов резисторов и конденсаторов .................................................................... 612
Приложение 2. Стандартные обозначения, размеры и характеристики
некоторых гальванических элементов ................................................................... 613
Приложение 3. Соответствие наименований и функциональности
некоторых зарубежных и отечественных цифровых микросхем ...................... 615
Приложение 4. Словарь часто встречающихся аббревиатур и терминов ....... 619
Приложение 5. Единицы измерения и обозначения ............................................. 625
Физические величины и их единицы измерения по умолчанию ............................................. 625
Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц ............. 626
Некоторые буквенные обозначения в электрических схемах .................................................. 626
Некоторые символические обозначения в электрических схемах .......................................... 627
Символические обозначения мощности резисторов на схемах ............................................... 629
Литература и источники ............................................................................................ 631
Предметный указатель .............................................................................................. 633

Автор — инженер-электронщик с многолетним стажем. Занимался автоматизацией производств, конструированием измерительных приборов для изучения океана и других научных исследований. В настоящее время журналист. Основной круг интересов - информационные технологии, их влияние на современное общество, история компьютеров и электронных приборов. Имеет более 1000 публикаций в журналах, газетах и сетевых изданиях. Автор 7 книг, среди которых "Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера", "Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники" и др.