Простая электроника для начинающих часть 3. Радиоэлектроника, или как я начал её постигать

В жизни каждого возникают ситуации, когда требуется отремонтировать какое-либо радиоэлектронное устройство, начиная от елочной гирлянды и заканчивая сложной бытовой техникой. Имея минимальные навыки работы с инструментами, многие виды работ можно выполнить самостоятельно. Обычно это ограничивается пайкой оборвавшегося провода или поиском перегоревшей лампы. Более серьезные виды работ требуют наличия знаний в области электроники, опыта, наличия приборов и инструментов.

Знания будут совсем не лишними, но не стоит сразу пытаться постигать устройство и ремонт, в частности, телевизора. Скорее всего, из этого ничего не выйдет. В лучшем случае ремонт не удастся, а в худшем – добавятся новые проблемы. Лучше начинать изучение радио,- и электротехники с самых основ и закреплять их практическими работами. Для этого нужен для начала совсем небольшой парк инструментов и приборов, который можно затем пополнять по мере возникшей необходимости.

Что нужно знать

Лучше всего брать уроки радиоэлектроники у более опытных людей, но в эру повсеместного развития интернета знаниями вполне можно овладеть самостоятельно. В сети достаточное количество обучающих видео и доступной литературы для свободного ознакомления. При желании можно даже подписаться на обучающие курсы и уроки.

Что должен знать начинающий радиолюбитель, и что должно обязательно присутствовать на обучающем курсе:

Основы электроники. Это, в первую очередь, законы Ома, Кирхгофа, расчет мощности. Необходимо знать расчет последовательного и параллельного соединения резисторов и емкостей. Без этих знаний дальнейшие шаги просто бессмысленны;
Уметь пользоваться измерительными приборами. Для всех измерительных приборов важно уметь правильно выбрать предел измерений, а для стрелочных – дополнительно уметь определять цену деления шкалы измерения и отсчитывать показания;

Знать принцип работы и устройство простейших радиоэлементов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, трансформаторов, диодов и транзисторов. Необходимо ориентироваться в параметрах элементов и, исходя из работы схемы, определять, какие из них наиболее важны и критичны в данном участке схемы. На первых порах нет необходимости досконально знать, как работает p-n переход диода и транзистора, но особенности работы, которые характеризуют важнейшие параметры, нужно помнить;
Уметь читать радио,- и электрические схемы. Для этого необходимо помнить обозначения элементов на принципиальных схемах;
Знать принципы маркировки радиоэлементов, уметь расшифровывать сокращенные и кодированные обозначения и уметь переводить кратные величины измерения (мегаомы в килоомы, микрофарады в пикофарады и так далее);

Уметь пользоваться паяльником, правильно выбирать припой и флюс для пайки .

Важно! Большая часть радиотехнических схем хоть и требует для питания низковольтного напряжения, но использует для этих целей преобразование напряжения сети, которое опасно для жизни. Основы техники безопасности важны для сохранения здоровья и жизни.

Какие нужны инструменты и приборы

Мастерская радиолюбителя должна иметь в своем составе несколько обязательных вещей. Со временем, с приобретением навыков и знаний, ассортимент можно расширить, но на первых порах необходимы только несколько разновидностей.

Самый главный инструмент радиолюбителя – паяльник. В целях обеспечения безопасности, предотвращения удара током или повреждений элементов схемы паяльник должен быть низковольтным – с напряжением питания не более 42В. Если говорить о мощности, то для пайки большинства элементов схем достаточно 25-и ваттного паяльника. Он, конечно, не очень подходит для пайки выводов мощных радиодеталей, и если есть сомнения, то можно взять инструмент с мощностью 40Вт. Больше не нужно, поскольку даже в умелых руках использование такого паяльника может привести к перегреву и выходу из строя радиоэлементов, отслоению печатных проводников на платах.

Начинающему радиолюбителю не имеет смысла приобретать сложную и дорогую паяльную станцию. Научившись грамотно пользоваться обычным паяльником, можно задуматься о приобретении более сложного инструмента, но научившись работать с паяльной станцией, с обычным паяльником справиться будет довольно тяжело.

Измерительный прибор

В настоящее время в продаже можно встретить большое разнообразие всевозможных измерительных приборов, различной степени сложности, точности и ценового диапазона.

При работах с электрическими схемами наиболее важно измерение следующих параметров:

Сопротивление;
Переменное и постоянное напряжение;
Переменный и постоянный ток;
Более сложные работы потребуют измерения частоты и формы сигналов, параметров транзисторов, значения индуктивности.

Наиболее распространены комбинированные приборы для измерения напряжения, тока и сопротивления. Ранее они назывались авометрами (ампер-вольт-омметр), а сейчас, в основном, тестерами или мультиметрами, поскольку способны измерять еще несколько параметров.

Большинство приборов основано на цифровой обработке сигналов и имеют знаковую индикацию. Подобно большинству цифровых устройств, они имеют множество положительных качеств:

Высокая точность измерения;
Возможность автоматического определения предела измерения и полярности сигнала;
Запоминание результата.

Вместе с тем, аналоговые приборы, имея меньшую точность, позволяют видеть наглядное изменение измеряемой величины по положению стрелки. Возможно наблюдение и измерение быстроменяющихся параметров.

Цифровые устройства требуют наличия некоторого времени для установки показаний. Основной недостаток – требование изначально знать правильную полярность источника сигнала и возможную его величину для выбора предела измерений. С этим же связано затруднение у новичков радиолюбителей – правильное считывание показаний стрелочного прибора.

Аналоговым прибором можно при наличии некоторого навыка контролировать состояние и исправность электролитических конденсаторов, что очень трудно выполнить цифровым мультиметром.

Новичку лучше использовать в работе именно стрелочный прибор, поскольку в процессе обучения приобретаются полезные навыки работы с измерительной аппаратурой, а точность измерений не является основополагающей. К тому же, для измерений тока и напряжения такой прибор не нуждается во встроенном источнике питания.

Для начинающего радиолюбителя вполне подойдет даже тестер, выпущенный в середине прошлого века, поскольку принцип измерения, правила пользования и характеристики авометров с того времени практически не изменились, а точность и надежность даже самых старых приборов порой намного выше, чем у современных дешевых китайских авометров. Радиолюбительство большинства современных электронщиков начиналось с самого распространенного тестера отечественного производства Ц20.

Инструменты и материалы

Лаборатория радиолюбителя невозможна без минимума инструментов:

Кусачки (бокорезы);
Пинцет;
Набор отверток с разнообразной формой жала;
Набор различных крепежных элементов (болты, гайки, шайбы);
Изолированные гибкие и одножильные провода.

Обязательно наличие припоя и флюса. Наибольшим доверием пользуется припой типа ПОС60, обладающий низкой температурой плавления. И раньше, и сейчас это основной припой для пайки радиоэлементов на постсоветском пространстве.

В качестве флюса, в основном, используется канифоль или ее раствор в этиловом спирте. Можно использовать и другие составы, например, ЛТИ120, но канифоль более универсальна и имеет минимальную стоимость.

Важно! При пайке радиоэлементов и проводов нельзя использовать кислотные или активные флюсы. Быстро и качественно выполненная пайка через непродолжительное время будет безнадежно испорчена коррозией.

Техника безопасности

Радиотехника для начинающих должна обеспечивать самый высокий уровень безопасности. Уже было отмечено про низковольтные паяльники, но следует отметить, что большинство любителей сразу при конструировании и ремонте устройств пользуются сетевыми блоками питания. Будет гораздо безопаснее приобрести или попросить изготовить для домашней лаборатории мощный разделительный трансформатор с единичным коэффициентом трансформации. Выдавая на выходе все то же напряжение переменного тока 220В, он предоставит надежную гальваническую развязку от питающей сети.

Видео

Предыдущая часть
Сегодня мы будем делать наше первое устройство - простейший детекторный приёмник Оганова.
Это одна из первых схем, и позволяет просто слушать радио. Маяк, Радио России и ещё несколько других. Да выбор невелик, но во первых эта схема очень простая, а во вторых работает без батареек, то есть получает питание от самой радиостанции.

Делать будем без печатной платы. Вот схема.

Давайте разбираться.

Это катушка индуктивности. Для неё нам понадобится медная проволока толщиной 0.1 - 1 мм.

Это конденсатор. Грубо говоря он подобен аккумулятору, только мгновенного действия. А если серьёзно, то конденсатор это устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Для тех кто ничего не понял: представьте коробку, в которую вы сыпите песок (электричество). Сыпите, сыпите, коробка уже полна, и песок высыпается наружу. А когда вы перестаёте сыпать, то коробка высыпает всё своё содержимое наружу (конденсатор разряжается). Как то так.
В нашей схеме нужны будут нужны конденсаторы с ёмкостью 1000-2000 пФ - C2 и 200-500 пФ - C1. Фарады - это единицы измерения ёмкости конденсатора, или сколько та абстрактная коробка может в себя вместить песка.

Диод. Это полупроводниковый прибор, пропускающий ток (поток электронов только в одну сторону). Представте себе охранника, который работает по принципу " Всех пускать, никого не выпускать! " Или с точностью наоборот, в зависимости от того как нам его поставить. Нам подойдёт любой, кроме светодиода (который как понятно светится).

Это динамик - говорилка. Его мы можем выковырнуть из старого советского телефона, или купить. Нам нужен высокоомный - примерно 60 ом.
upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/91/Earth_Ground.svg/200px-Earth_Ground.svg.png
Это заземление. Подключим его к батарее отопления.
А последний элемент - антену сделаем из длиннющего куска проволоки - метра 3.

Как делать катушку? Катушка состоит из двух частей, по 25 витков каждая. Как сделать катушку? Берем что-нибудь круглое диаметром около 10 см (например, банка из под кофе), обклеиваем в несколько слоёв бумагой. Первый слой прилепляем к банке скотчем, второй неплотно накручивается на первый. В этом случае катушку после намотки легко будет снять. Теперь аккуратно наматываем медную проволоку – виток к витку. Между двумя частями катушки оставляем 5 сантиметров проволоки, а также не забываем оставить примерно столько же проволоки на входе и выходе. После того как вы намотали катушку, ее следует обмотать изолентой или скотчем в два слоя вдоль витков. А после снятия с банки – обмотать ещё и поперёк.
Соединим всё с помощью пайки. Как паять? Легко.
Осторожно, жало паяльника очень горячее, если обожжётесь поднесите руку под холодную воду. Ожог скоро заживёт.
Вот сама схема пайки:

Спасибо за внимание!

Давайте для начала рассмотрим обычную пальчиковую батарейку. На ее этикетке вы можете прочитать, что она имеет напряжение 1,5 вольта… так ли это на самом деле? Давайте проверим!

Для того чтобы это выяснить нам понадобится цифровой мультиметр. Для начала стоит приобрести недорогую модель, обязательно с ручным выбором диапазона измерения.

черный провод мультиметра необходимо подключить к разъему „COM”;
красный провод необходимо подключить к разъему для измерения напряжения „V” (Внимание ! Подключение проводов иным образом может привести к повреждению прибора!)
мы ожидаем получить значение около 1,5 вольта, поэтому ручку мультиметра устанавливаем на значение «20» в области DCV или V- (буква V с тире, означает постоянный ток) и если это необходимо, включаем прибор (некоторые модели включаются при повороте ручки), при этом мультиметр должен показать 0;
металлическими наконечниками щупов мультиметра касаемся выводов батарейки… но какой куда? Попробуйте обе комбинации – результат должен быть один и тот же, только в одном случае будет отражаться положительное число, а в другом случае то же число, но только со знаком минус.
считываем значение – в нашем случае напряжение новой батарейки составляет 1,62 вольт;
выключаем мультиметр.

ВНИМАНИЕ! Во время проведения измерений, чтобы не повредить мультиметр, всегда выбирайте диапазон измерения большее максимально ожидаемого результата! Если мы не знаем чего ожидать, то безопаснее будет выбрать более высокий диапазон и в дальнейшем уменьшить его для получения максимально точного результата.

Поскольку мы научились измерять напряжение мультиметром, то давайте померим и другие батарейки/аккумуляторы! Мы для тестирования выбрали:

заряженный аккумулятор 1,2 вольта, размер АА — мультиметр показал 1,34 вольт.
частично разряженный аккумулятор Ni-Mh (используемый в камере) — мультиметр наш показал 1,25 вольт.

Далее нам понадобятся 4 батарейки формата ААА, кассета для 4 батареек и макетная плата (что такое макетная плата и как ею пользоваться можно узнать ). Установим наши 4 батарейки в кассету. Затем концы проводов кассеты вставим в отверстия макетной платы так, как это показано на следующих фото:

Следующим шагом будет подготовка соединительных проводов (перемычек), их еще называют джамперами. Это такие провода, которые будут объединять отдельные радиодетали между собой на макетной плате.

Конечно же, какое-то количество джамперов входит в комплект вместе с макетной платой. Но если их у вас нет, то не беда, их можно сделать самим.

Для этого нам понадобится: компьютерный кабель, так называемая витая пара, ножницы или острый нож.

Для начала необходимо снять изоляцию с кабеля. Внутри кабеля мы видим скрученные между собой тонкие провода. Следующим шагом будет нарезка проводов необходимой длинны. И последнее что необходимо – это зачистить с обоих концов изоляцию примерно на 1 см.

Теперь мы на макетной плате соберем нашу первую схему. Возьмем резистор 22кОм с цветными полосками (красный-красный-оранжевый-золотой). А какое реальное сопротивление данного резистора? Давайте проверим это мультиметром!

красный провод подключите к разъему » Ω «
мы ожидаем получить значение около 22кОм, поэтому установите регулятор на значение 200к в секции Ω и, если это необходимо, включите прибор (некоторые модели включаются при повороте диска), который до измерения должен показать 0;
металлическими наконечниками щупов мультиметра коснитесь ножек резистора;
смотрим значение – у нас сопротивление составляет 22,1кОм;
выключаем мультиметр.

Как и в случае с батарейкой, значение, измеренное мультиметром, отличается от номинального значения тестируемого элемента (резистора). Напомним, что золотая полоска на резисторе (значение цветных полосок смотрите в этой ) означает допуск 5%, то есть 22кОм x 5% = 1,1кОм

Поэтому диапазон отклонения сопротивления для нашего резистора может быть в пределах от 20,9кОм до 23,1кОм.

Теперь соединим на макетной плате кассету с батарейками и резистор так, как показано на картинке ниже:

В электронике чтобы изобразить связи между отдельными элементами используют принципиальные схемы. В нашем случае схема будет выглядеть следующим образом:

Символ обозначенный как B1 — это наши батарейки, обеспечивающие общее напряжение: 4 х 1,5В = 6В. наш резистор на 22кОм обозначен символом R1.
В соответствии с :

I = U / R
I = 6В / 22кОм
I = 6В / 22000 Ом
I = 0,000273 А
I = 273мкА

Теоретически, ток в схеме должен составлять 273мкА. Вспомним, что сопротивление резистора может отличаться в пределах 5% (у нас это 22,1кОм). Напряжение, поступающее от батареек, также может отличаться от номинальных 6 вольт, и оно будет зависеть от степени разряда этих батареек.

Давайте посмотрим, какое реальное напряжения идет от 4 батареек по 1,5 В.

черный провод подключите к разъему „COM”;
красный провод подключите к разъему „V”
мы ожидаем получить значение около 6В, поэтому установите регулятор на значение «20» в секции DCV или V-, если это необходимо, включите прибор, который должен изначально показать 0;
металлическими наконечниками щупов мультиметра прикоснитесь проводов выходящих из кассеты батареек;
смотрим результат – у нас напряжение составляет 6,5 В;
выключаем мультиметр.

Подставим полученные значения в формулу, вытекающую из закона Ома:

I = U / R
I = 6,5 В / 22,1кОм
I = 6,5 В / 22100 Ом
I = 0,000294 А
I = 294мкА

Для подтверждения достоверности наших расчетов, нам не остается ничего другого, кроме как измерить фактический ток мультиметром.

черный провод подсоедините к разъему „COM”;
красный провод подключите к разъему „mA”;
мы ожидаем получить значение 294 мкА, поэтому устанавливаем регулятор на значение 2000µ в секции A-, если это необходимо, включите прибор, который должен изначально показать 0;
для измерения тока, необходимо мультиметр подключить в разрыв цепи. Металлическими наконечниками щупов мультиметра касаемся, ножки джемпера соединяющий положительный полюс батареи и ножки резистора;
считываем значение – у нас сила тока составляет 294 мкA;
выключаем мультиметр.

И под конец данного урока приведем схему, отражающую различия подключения мультиметра при измерении напряжения и силы тока:

Здравствуйте, мои дорогие друзья! В этом блоге я хочу рассказать всем начинающим радиолюбителям о том, с чего-же всё-таки начать этот нелёгкий путь. Сподвигнули меня написать эту статью люди, которые появляются на форумах и создают там темы с такими громкими названиями, как "помогите отличить на схеме резистор от конденсатора" и "Дайте какие-нибудь схемы, я ничё ни знаю". При том, что люди ничего при этом не знают и не хотят ни что-либо изучать, ни шевелить своим мозгом... Возможно, вам это статья может показаться нудной, но не переживайте - здесь вы почерпнёте много нового

1. Нужно определиться - зачем оно вам?

Этот пункт очень важен - а зачем оно вам? Зачем нужна вам радиотехника?
Радитехника - сложная штука, и если вы будете относиться к ней "халявно", то она может вам этой халявы не простить!
Не думайте, что я вас просто и необоснованно пугаю - поверьте, были очень несчастные случаи. Говорить о них я здесь не буду - захотите, посмотрите в Сети.
Поэтому, перво-наперво, вы должны запомнить: техника безопаснсти и аккуратность должны стоять у вас на первом месте!

2. Начальные понятия и знания о физике.

Для того, чтобы начать путь, необходимо обзавестись начальным багажом знаний, а именно - школьный экскурс об электронике в курсе физики. Из него вы должны подчерпнуть один главный закон, регулирующий процессы в электротехники, так сказать "всея электросети": Закон Ома - I=U/R. Это - основа основ!!! Зная его, вы начнёте понимать электронику! Вообще-то, кроме этого закона, вам от туда необходимо почерпнуть абсолютно всё, ведь физика - царица технических наук!

3. Теория.

Практика невозможна без теории!!! Взявшись паять без каких-либо знаний, вы обрекаете свой прибор на нерабочее состояние!
Я дам несколько книг, которые на мой взгляд прекрасно подходят для изучения радиотехники:
1. Борисов В.Г. Юный радиолюбитель - скачать с Padabum
Эта книга - начало начал. Возможно, вам покажется эта книга старой, но не переживайте - в этой книге вам необходимо изучить всю теоретическую часть. Она там дана в интересной форме, поэтому скучать вам не прийдётся
2. Ревич Ю.В. - Занимательная электроника - скачать с Яндекс.Диск
В этой книге изложен укороченный курс электроники - начиная от закона Ома и заканчивая микроконтроллерами. Очень интересная книга!!! Можно начать с неё.
Если вы хотите изучить электронику от начала и почти до конца, изучите великий классический труд - Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники в трёх томах - скачать с Padabum 1 том , 2 том , 3 том .
Это - величайшее пособие по электронике!!!
Кроме этих книг вы можете найти огромное количество информации на нашем сайте в разделе .

4. Практика.

Как ни крути, но теория невозможна без практики. Разыскивайте схемы, изучайте их, и у вас всё получится!!!
Сайт "Радиосхемы", на котором вы сейчас находитесь, полон схем для повторения. А в разделе полно очень лёгких схем. Обязательно запаситесь терпением, не бросайте дело на полпути - и всё будет хорошо!

Напоследок хочу сказать одну очень важную вещь - соблюдайте технику безопасности!!!
С вами был Antracen . Удачи!

Каждый из нас, когда начинает увлекаться чем-то новым, сразу кидается в «пучину страсти» пытаясь выполнить или реализовать непростые проекты самоделок . Так было и со мной, когда я увлекся электроникой. Но как обычно бывает – первые неудачи поубавили запал. Однако отступать я не привык и начал систематически (буквально с азов) постигать таинства мира электроники. Так и родилось «руководство для начинающих технарей»

Шаг 1: Напряжение, ток, сопротивление

Эти понятия являются фундаментальными и без знакомства с ними продолжать обучение основам было бы бессмысленно. Давайте просто вспомним, что каждый материал состоит из атомов, а каждый атом в свою очередь имеет три типа частиц. Электрон — одна из этих частицы, имеет отрицательный заряд. Протоны же имеют положительный заряд. В проводящих материалах (серебро, медь, золото, алюминий и т.д.) есть много свободных электронов, которые перемещаются хаотично. Напряжение является той силой, которая заставляет электроны перемещаться в определенном направлении. Поток электронов, который движется в одном направлении, называется током. Когда электроны перемещаются по проводнику, то они сталкиваются с неким трением. Это трение называют сопротивлением. Сопротивление «ужимает» свободное перемещения электронов, таким образом снижая величину тока.

Более научное определение тока – скорость изменения количество электронов в определенном направлении. Единица измерения тока — Ампер (I). В электронных схемах протекающий ток лежит в диапазоне миллиампера (1 ампер = 1000 миллиампер). Например, свойственный ток для светодиода 20mA.

Единица измерения напряжения – Вольт (В). Батарея – является источником напряжения. Напряжение 3В, 3.3В, 3.7В и 5В является наиболее распространенным в электронных схемах и устройствах.

Напряжение является причиной, а ток – результатом.

Единица измерения сопротивления – Ом (Ω).

Шаг 2: Источник питания

Аккумуляторная батарея — источник напряжения или «правильно» источник электроэнергии. Батарея производит электроэнергию за счет внутренней химической реакции. На внешней стороне у неё присутствуют две клеммы. Одна из них является положительным выводом (+ V), а другая отрицательным (-V), или «землёй». Обычно источники питания бывают двух типов.

Батареи;
Аккумуляторы.

Батарейки используются один раз, а затем утилизируются. Аккумуляторы могут быть использованы несколько раз. Батарейки бывают разных форм и размеров, от миниатюрных, используемых для питания слуховых аппаратов и наручных часов до батарей размером с комнату, которые обеспечивают резервное питание для телефонных станций и компьютерных центров. В зависимости от внутреннего состава источники питания могут быть разных типов. Несколько наиболее распространённых типов, используемых в робототехнике и технических проектах:

Батареи 1,5 В

Батарейки с таким напряжением могут иметь различные размеры. Наиболее распространённые размеры АА и ААА. Диапазон ёмкости от 500 до 3000 мАч.

3В литиевая «монетка»

Все эти литиевые элементы рассчитаны номинально на 3 В (при нагрузке) и с напряжением холостого хода около 3,6 вольт. Ёмкость может достигать от 30 до 500мAч. Широко используется в карманных устройствах за счёт их крошечных размеров.

Никель-металлогидридные (NiМГ)

Эти батареи имеют высокую плотность энергии и могут заряжаться почти мгновенно. Другая важная особенность — цена. Такие аккумуляторы дешёвые (в сравнение с их размерами и ёмкостями). Этот тип батареи часто используется в робототехнических самоделках .

3.7 В литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Они имеют хорошую разряжающую способность, высокую плотность энергии, отличную производительность и небольшой размер. Литий-полимерный аккумулятор широко используется в робототехнике.

9-вольтовая батарея

Наиболее распространенная форма — прямоугольная призма с округленными краями и клеммами, что расположены сверху. Ёмкость составляет около 600 мАч.

Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются рабочей лошадкой всей радио-электронной промышленности. Они невероятно дешёвы, перезаряжаются и их легко купить. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в машиностроении, UPS (источниках бесперебойного питания), робототехнике и других системах, где необходим большой запас энергии, а вес не так важен. Наиболее распространенными являются напряжения 2В, 6В, 12В и 24В.

Последовательно-параллельное соединение батарей

Источник питания может быть подключен последовательно или параллельно. При подключении последовательно величина напряжения увеличивается, а когда подключение параллельное – увеличивается текущая величина тока.

Существует два важных момента относительно батарей:

Емкость является мерой (как правило, в Aмп-ч) заряда, хранящейся в батарее, и определяется массой активного материала, содержащегося в ней. Ёмкость представляет собой максимальное количество энергии, которую можно извлечь при определенно заданных условиях. Тем не менее, фактические возможности хранения энергии аккумулятора могут значительно отличаться от номинального заявленного значения, а ёмкость батареи сильно зависит от возраста и температуры, режимов зарядки или разрядки.

Ёмкость батареи измеряется в ватт-часах (Вт*ч), киловатт-часах (кВт-ч), ампер-часах (А*ч) или миллиампер-час (мА * ч). Ватт-час – это напряжение (В) умноженное на силу тока(I) (получаем мощность – единица измерения Ватты (Вт)), которое может выдавать батарея определенный период времени (как правило, 1 час). Так как напряжение фиксируемое и зависит от типа аккумулятора (щелочные, литиевые, свинцово-кислотные, и т.д.), часто на внешней оболочке отмечают лишь Ач или мАч (1000 мАч = 1Aч). Для более продолжительной работы электронного устройства необходимо брать батареи с низким током утечки. Чтобы определить срок службы аккумулятора, разделите ёмкость на фактический ток нагрузки. Цепь, которая потребляет 10 мА и питается от 9-вольтной батареи будет работать около 50 часов: 500 мАч / 10 мА = 50 часов.

Во многих типах аккумуляторов, вы не можете «забрать» энергию полностью (другими словами, аккумулятор не может быть полностью разряжен), не нанося серьезный, и часто непоправимый ущерб химическим составляющим. Глубина разрядки (DOD) аккумулятора определяет долю тока, которая может быть извлечена. Например, если DOD определено производителем как 25%, то только 25% от ёмкости батареи может быть использовано.

Темпы зарядки/разрядки влияют на номинальную ёмкость батареи. Если источник питания разряжается очень быстро (т.е., ток разряда высокий), то количество энергии, которое может быть извлечено из батареи снижается и ёмкость будет ниже. С другой стороны если батарея разряжается очень медленно (используется низкий ток), то ёмкость будет выше.

Температура батареи также будет влиять на ёмкость. При более высоких температурах ёмкость аккумулятора, как правило, выше, чем при более низких температурах. Тем не менее, намеренное повышение температуры не является эффективным способом повышения ёмкости аккумулятора, так как это также уменьшает срок службы самого источника питания.

С-Ёмкость: Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно её емкости. Большинство батарей, за исключением свинцово-кислотных, оценено в 1C. Например, батарея с ёмкостью 1000mAh, выдает 1000mA в течение одного часа, если уровень – 1C. Та же батарея, с уровнем 0.5C, выдает 500mA в течение двух часов. С уровнем 2C, та же батарея выдает 2000mA в течение 30 минут. 1C часто упоминается как одночасовой разряд; 0.5C – как двухчасовой и 0.1C – как 10-часовой.

Ёмкость батареи обычно измеряется с помощью анализатора. Анализаторы тока отображают информацию в процентах отталкиваясь от значения номинальной ёмкости. Новая батарея иногда выдает больше 100 % тока. В таком случае, батарея просто оценена консервативно и может выдержать более длительное время, чем указанно производителем.

Зарядное устройство может быть подобрано с точки зрения ёмкости батареи или величины C. Например зарядное устройство с номиналом C/10 полностью зарядит батарею через 10 часов, зарядное устройство с номиналом в 4C, зарядило бы аккумулятор через 15 минут. Очень быстрые темпы зарядки (1 час или менее) обычно требуют того, чтобы зарядное устройство тщательно контролировало параметры аккумулятора, такие как предельное напряжение и температура, чтобы предотвратить перезаряд и повреждения батареи.

Напряжение гальванического элемента определяется химическими реакциями, что проходят внутри него. Например, щелочные элементы – 1.5 В, все свинцово- кислотные – 2 В, а литиевые – 3 В. Батареи могут состоять из нескольких ячеек, поэтому вы редко, где сможете увидеть 2-вольтовую свинцово-кислотную батарею. Обычно они соединены вместе внутри, чтобы выдавать 6 В, 12 В или 24 В. Не стоит забывать о том, что номинальное напряжение в «1.5-вольтовой» батарее типа AA фактически начинается с 1.6 В, затем быстро опускается к 1.5, после чего медленно дрейфует вниз к 1.0 В, при котором батарею уже принято считать ‘разряженной’.

Как лучше выбрать батарею для поделки ?

Как вы уже поняли, в свободном доступе, можно найти много типов батарей с разным химическим составом, таким образом, не легко выбрать, какое питание является лучшим для именно вашего проекта. Если проект очень энергозависимый (большие системы звука и моторизованные самоделки ) следует выбирать свинцово-кислотную батарею. Если вы хотите построить переносную поделку , которая будет потреблять небольшой ток, то следует выбрать литиевую батарею. Для любого портативного проекта (легкий вес и умеренное питание) выбираем литиево-ионный аккумулятор. Вы можете выбрать более дешёвый аккумулятор на основе метало-никелевого гидрида (NIMH), хотя они более тяжёлые, но не уступают литиево-ионным в остальных характеристиках. Если вы хотели бы сделать энергоёмкий проект то литиево-ионный щелочной (LiPo) аккумулятор будет лучшим вариантом, потому что он имеет маленькие размеры, лёгок по сравнению с другими типами батарей, перезаряжается очень быстро и выдаёт ток высокого значения.

Хотите, чтобы Ваши аккумуляторы прослужили долгое время? Используйте высококачественное зарядное устройство, которое имеет датчики для поддержания надлежащего уровня заряда и подзарядки малым током. Дешёвое зарядное устройство убьёт ваши аккумуляторы.

Шаг 3: Резисторы

Резистор — очень простой и наиболее распространённый элемент на схемах. Он применяется для того, чтобы управлять или ограничивать ток в электрической цепи.

Резисторы — пассивные компоненты, которые только потребляют энергию (и не могут производить её). Резисторы, как правило, добавляются в цепь, где они дополняют активные компоненты, такие как ОУ, микроконтроллеры и другие интегральные схемы. Обычно они используются, чтобы ограничить ток, разделить напряжения и линии ввода/вывода.

Сопротивление резистора измеряется в Омах. Большие значения могут быть сопоставлены с префиксом кило-, мега-, или гига, чтобы сделать значения легко читаемыми. Часто можно увидеть резисторы с меткой кОм и МОм диапазоне (гораздо реже мОм резисторы). Например, 4,700Ω резистор эквивалентен 4.7kΩ резистору и 5,600,000Ω резистор можно записать в виде 5,600kΩ или (более обычно) 5.6MΩ.

Существуют тысячи различных типов резисторов и множество фирм, что их производят. Если брать грубую градацию то существуют два вида резисторов:

с чётко заданными характеристиками;
общего назначения, чьи характеристики могут «гулять» (производитель сам указывает возможное отклонение).

Пример общих характеристик:

Температурный коэффициент;
Коэффициент напряжения;
Частотный диапазон;
Мощность;
Физический размер.

По своим свойствам резисторы могут быть классифицированы как:

Линейный резистор — тип резистора, сопротивление которого остается постоянным с увеличением разности потенциалов (напряжения), что прикладываются к нему (сопротивление и ток, что проходит через резистор не изменяется от приложенного напряжения). Особенности вольт-амперной характеристики такого резистора — прямая линия.

Не линейный резистор – это резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от значения прикладываемого напряжения или протекающего через него тока. Это тип имеет нелинейную вольт-амперную характеристику и не строго следует закону Ома.

Есть несколько типов нелинейных резисторов:

Резисторы ОТК (Отрицательный Температурный Коэффициент) — их сопротивление понижается с повышением температуры.
Резисторы ПЕК (Положительный Температурный Коэффициент) — их сопротивление увеличивается с повышением температуры.
Резисторы ЛЗР (Светло-зависимые резисторы) — их сопротивление изменяется с изменением интенсивности светового потока.
Резисторы VDR (Вольт зависимые резисторы) — их сопротивление критически понижается, когда значение напряжения превышает определенное значение.

Не линейные резисторы используются в различных проектах. ЛЗР используется в качестве датчика в различных робототехнических проектах.

Кроме этого, резисторы бывают с постоянным и переменным значением:

Резисторы постоянного значения — типы резисторов, значение которых уже установлено, при производстве и не может быть изменено во время использования.

Переменный резистор или потенциометр – тип резистора, значение которого может быть изменено во время использования. Этот тип обычно имеет вал, который поворачивается или перемещается вручную для изменения значения сопротивления в фиксированном диапазоне, например, от. 0 кОм до 100 кОм.

Магазин сопротивлений:

Этот тип резистора состоит из «упаковки», в которой содержится два или более резисторов. Он имеет несколько терминалов, благодаря которым может быть выбрано значение сопротивления.

По составу резисторы бывают:

Углеродные:

Сердечник таких резисторов отливается из углерода и связующего вещества, создающих требуемое сопротивление. Сердечник имеет чашеобразные контакты, удерживающие стержень резистора с каждой стороны. Весь сердечник заливается материалом (наподобие бакелита) в изолированном корпусе. Корпус имеет пористую структуру, поэтому углеродные композиционные резисторы чувствительны к относительной влажности окружающей среды.

Эти типы резисторов обычно производит шум в цепи за счёт электронов, проходящих через углеродные частицы, таким образом, эти резисторы, не используются в «важных» схемах, хотя они дешевле.

Осаждения углерода:

Резистор, который сделан путём нанесения тонкого слоя углерода вокруг керамического стержня — называется углеродо-осаждённым резистором. Он изготавливается путем нагревания керамических стержней внутри колбы метана и осаждением углерода вокруг них. Значение резистора определяется количеством углерода, осажденного вокруг керамического стержня.

Пленочный резистор:

Резистор выполнен путем осаждения распыляемого металла в вакууме на керамическую основу прута. Эти типы резисторов очень надежны, имеют высокую устойчивость, а также имеют высокий температурный коэффициент. Хотя они дороже по сравнению с другими, но используются в основных системах.

Проволочный резистор:

Проволочный резистор изготовлен путем намотки металлической проволоки вокруг керамического сердечника. Металлический провод представляет собой сплав различных металлов подобранных согласно заявленным особенностям и сопротивлениям требуемого резистора. Эти тип резистора имеет высокую стабильность, а также выдерживает большие мощности, но, как правило, они более громоздкие по сравнению с другими типами резисторов.

Метало-керамические:

Эти резисторы изготовлены путем обжига некоторых металлов, смешанные с керамикой на керамической подложке. Доля смеси в смешанном метало-керамическом резисторе определяет значение сопротивления. Этот тип очень стабилен, а также имеет точно вымеренное сопротивление. Их в основном используют для поверхностного монтажа на печатных платах.

Прецизионные резисторы:

Резисторы, значение сопротивлений которых лежит в пределах допуска, поэтому они очень точны (номинальная величина находится в узком диапазоне).

Все резисторы имеют допуск, который даётся в процентах. Допуск говорит нам, насколько близко к номинальному значению сопротивления может изменяться. Например, 500Ω резистор, который имеет значение допуска 10%, может иметь сопротивление между 550Ω или 450Ω. Если же резистор имеет допуск 1%, сопротивление будет меняться только на 1%. Таким образом, 500Ω резистор может варьироваться от 495Ω 505Ω.

Прецизионный резистор — резистор, у которого уровень допуска всего 0.005%.

Плавкий резистор:

Проволочный резистор, разработан таким образом, чтобы легко перегореть, когда номинальная мощность превысет граничный порог. Таким образом плавкий резистор имеет две функции. Когда питание не превышено, он служит ограничителем тока. Когда номинальная мощность превышена, оа функционирует как предохранитель, после перегорания цепь становится разорванной, что защищает компоненты от короткого замыкания.

Терморезисторы:

Теплочувствительный резистор, значение сопротивления которого изменяется с изменением рабочей температуры.

Терморезисторы показывают или положительный температурный коэффициент (PTC) или отрицательный температурный коэффициент (NTC).

Насколько изменяется сопротивление с изменениями рабочей температуры зависит от размера и конструкции терморезистора. Всегда лучше проверить справочные данные, чтобы узнать все спецификации терморезисторов.

Фоторезисторы:

Резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от светового потока, что падает на его поверхность. В тёмной среде сопротивление фоторезистора очень высоко, несколько M Ω. Когда интенсивный свет попадает на поверхность, сопротивление фоторезистора существенно падает.

Таким образом фоторезисторы — переменные резисторы, сопротивление которых зависит от количества света, что падает на его поверхность.

Выводные и безвыводные типы резисторов:

Выводные резисторы: Этот тип резисторов использовался в самых первых электронных схемах. Компоненты подключались к выводным клеммам. С течением времени, начали использоваться печатные платы, в монтажные отверстия которых впаивались выводы радиоэлементов.

Резисторы поверхностного монтажа:

Этот тип резистора всё более часто стали использовать начиная с введения технологии поверхностного монтажа. Обычно этот тип резистора создается путём использования тонкоплёночной технологии.

Шаг 4: Стандартные или общие значения резисторов

Система обозначений имеет свои истоки, которые выходят с начала прошлого века, когда большинство резисторов были углеродными с относительно плохими производственными допусками. Объяснение довольно простое – используя 10% допуск можно уменьшить число выпускаемых резисторов. Было бы малоэффективно производить резисторы с сопротивлением 105 Ом, так как 105 находится в пределах 10%-го диапазона допуска резистора на 100 Ом. Следующая рыночная категория составляет 120 Ом, потому что у резистора на 100 Ом с 10%-й терпимостью, будет диапазон между 90 и 110 Ом. У резистора на 120 Ом диапазон лежит между 110 и 130 Ом. По этой логики предпочтительно выпускать резисторы с 10% допуском 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330 и так далее (соответственно округлены). Это — ряд E12, показанный ниже.

Терпимость 20% E6,

Терпимость 10% E12,

Терпимость 5% E24 (и обычно 2%-я терпимость),

Терпимость 2% E48,

E96 1% терпимости,

E192 0,5, 0,25, 0,1% и выше допуски.

Стандартные значения резисторов:

Е6 серии: (20% допуска) 10, 15, 22, 33, 47, 68

E12 серии: (10% допуска) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82

E24 серии: (5% допуска) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91

E48 серии: (2% допуска) 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 261, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953

E96 серии: (1% допуска) 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 491, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 959, 976

E192 серии: (0,5, 0,25, 0,1 и 0,05% допуска) 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 165, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205, 208, 210, 213, 215, 218, 221, 223, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267, 271, 274, 277, 280, 284, 287, 291, 294, 298, 301, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379, 383, 388, 392, 397, 402, 407, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 517, 523, 530, 536, 542, 549, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673, 681, 690, 698, 706, 715, 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 920, 931, 942, 953, 965, 976, 988

При разработке оборудования лучше всего придерживаться самого низкого раздела, т.е. лучше использовать E6, а не E12. Таким образом, чтобы число различных групп в любом оборудовании было минимизировано.

Продолжение следует