Самостоятельное изучение схемотехники. Основные понятия. Часть 1 / Хабр

Изучение цифровой схемотехники нужно начинать с теории автоматов. В этой статье можно найти некоторые элементарные вещи, которые помогут не потеряться в дальнейших статьях. Я постарался сделать статью легкочитабельной и уверен, что неподготовленный читатель сможет в ней легко разобраться.

Сигнал — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений по системе связи. Сигнал, в отличие от сообщения, может генерироваться, но его приём не обязателен (сообщение должно быть принято принимающей стороной, иначе оно не является сообщением, а всего лишь сигналом).

В статье рассматривается цифровой дискретный сигнал. Это такой сигнал, который имеет несколько уровней. Очевидно, что двоичный сигнал имеет два уровня — и их принимают за 0 и 1. Когда высокий уровень обозначается единицей, а низкий нулем — такая логика называется позитивной, иначе негативной.

Цифровой сигнал можно представить в виде временной диаграммы.

В природе дискретных сигналов не существует, по этому их заменяют аналоговыми. Аналоговый сигнал не может перейти из 0 в 1 мгновенно, по этому такой сигнал обладает фронтом и срезом.
Если рисовать упрощенно то это выглядит так:

1 — низкий уровень сигнала, 2 — высокий уровень сигнала, 3 — нарастание сигнала (фронт), 4 — спад сигнала (срез)

Сигналы можно преобразовывать. Для этого на практике используются логические элементы, а чтобы это записать формально используются логические функции. Вот основные:

Отрицание — инвертирует сигнал.
На схемах обозначается так:

Логическое ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция)

На схеме:

Логическое И (логическое умножение, конъюнкция)

На схеме:

Последние два могут иметь отрицание на выходе (И-НЕ, ИЛИ-НЕ). Значения их логических функций инвертируются, а на схеме выход рисуется кружочком.

Сводная таблица логических функций двух аргументов выглядит так:

Работа с логическими функциями основывается на законах алгебры логики, основы которых изложены в прикрепленном файле. Так же там есть задания для самоконтроля и контрольные вопросы по теме.

Логической схемой называется совокупность логических электронных элементов, соединенных между собой таким образом, чтобы выполнялся заданный закон функционирования схемы, иначе говоря, — выполнялась заданная логическая функция.
По зависимости выходного сигнала от входного все электронные логические схемы можно условно разбить на:

Схемы первого рода, т.е. комбинационные схемы, выходной сигнал которых зависит только от состояния входных сигналов в каждый момент времени;

Схемы второго рода или накапливающие схемы (схемы последовательностные), содержащие накапливающие схемы (элементы с памятью), выходной сигнал которых зависит как от входных сигналов, так и от состояния схемы в предыдущие моменты времени.

По количеству входов и выходов схемы бывают: с одним входом и одним выходом, с несколькими входами и одним выходом, с одним входом и несколькими выходами, с несколькими входами и выходами.

По способу осуществления синхронизации схемы бывают с внешней синхронизацией (синхронные автоматы), с внутренней синхронизацией (асинхронные автоматы являются их частным случаем).

Практически любой компьютер состоит из комбинации схем первого и второго рода разной сложности. Таким образом, основой любого цифрового автомата, обрабатывающего цифровую информацию, являются электронные элементы двух типов: логические или комбинационные и запоминающие. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией, а запоминающие служат для ее хранения. Как известно, логическая операция состоит в преобразовании по определенным правилам входной цифровой информации в выходную.

Можно считать, что элементарные логические функции являются логическими операторами упомянутых электронных элементов, т.е. схем. Каждая такая схема обозначается определенным графическим символом. (Они были представлены выше — Элементы И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ)

В качестве примера ниже представлена схема электрическая функциональная логического преобразователя (комбинационного автомата), реализующего логическую функцию в элементном базисе из логических элементов И, ИЛИ, НЕ.

Для закрепления предлагаю, самостоятельно синтезировать логическую схему, реализующую следующие логические функции:

Сделать это можно к примеру в Electronic workbench.

Вот для примера первое выполненное задание:

И файл ewb 5.12.

Hint: Для того чтобы включить условные обозначения в соответствии с отечественными ГОСТ-ами в файл настроек EWB.INI нужно добавить строку DIN = ON

На этом первая часть статьи заканчивается. Надеюсь, что она была не слишком утомительной. Все вышеописанное необходимо для понимания принципов работы с сигналами в электрических схемах. В следующей статье будут рассмотрены способы минимизации логических функций, понятие абстрактного автомата и пример синтеза RS-триггера.

Самостоятельное изучение схемотехники / Хабр

Я решил написать ряд статей, которые должны помочь разобраться самостоятельно в предмете схемотехники. Первая часть вводная, в ней рассказывается об основных дисциплинах, которые стоит изучить для понимания принципов конструктирования и построения электрических схем. Если эта статья вам понравится, тема будет развиваться, внимание будет фокусироваться на нюансах и примерах.

Для старта в обучении требуется изучить три основные дисциплины:
1. Основы электротехники
2. Теоретические основы электроники
3. Теория автоматов

Все на так страшно, как кажется на первый взгляд.

Первый пункт необходим для понимания принципов работы с электричеством (В этом предмете изучаются основы расчета электрических схем).
Второй пункт — то же самое, что и первый, но более углубленный. Здесь будут рассматриваться частные примеры основных электронных устройств, через их электрические схемы.

Третий пункт — это очень важная дисциплина, которая рассматривает электрические схемы с точки зрения их логики работы. Эта дисциплина является вводной частью в курс схемотехники и рассматривает основные логические элементы, принципы построения принципиальных схем, процессы происходящие в схемах и многое другое.

Как изучать эти дисциплины?
Изучать их стоит по ВУЗовским учебникам, совмещаяя друг с другом. Т.е. стоит начать изучение курсов ОЭ и ТА параллельно, а после этого переходить к изучению ТОЭ и схемотехники. Уже после нескольких недель вы сможете сами разрабатывать простые логические схемы и понимать работу более сложных. Конечно, не стоит забывать и про практику, на нее нужно делать особый упор. Решайте задачи, изучайте электрические и принципиальные схемы.

Какие книги понадобятся в процессе обучения?
Для изучения электротехники и электроники пойдет любой учебник для высших учебных заведений. (Как пример А. А. Бессонов «Теоретические основы электротехники»)
Теорию автоматов можно изучать по одноименному учебнику Ю. Г. Карпова

Программное обеспечение:
В ходе обучения весьма пригодяться программы такие как
Electronic Workbench

Старая программа для построения принципиальных электрических схем. Для обучения вполне пойдет демо версия с ограниченным количеством допустимых элементов на листе. Программу можно использовать как для изучения курса теории автоматов, так и для проверки задач по электротехнике.

P-CAD
Будет использоваться на завершающих этапах обучения для разводки элементов по печатной плате.

На этом вводная часть заканчивается. Если данная тема будет интересна хабраюзерам, я продолжу писать статьи на эту тему.
Удачи вам в самообразовании.

Схемотехника для начинающих и чайников

---

Электрика » Схемотехника

---

Честно говоря, я не очень люблю термин «чайник», по мне лучше говорить «начинающий», но здесь все зависит от того кто как себя сам позиционирует.

Здесь я планирую рассмотреть самые основы схемотехники, ее азы, причем ограничиваться просто публикацией различных схем не собираюсь.

Несмотря на то, что схемотехника рассматривает все устройства как «черные ящики», то есть, игнорируя физические процессы, определяющие принцип их работы, для введения в схемотехнику, считаю необходимым уделять внимание рассмотрению принципов работы отдельных компонентов, их элементарных сочетаний, однако, делать это буду без излишнего «фанатизма».

Дело в том, что помимо достаточно сложных радиоэлементов, к которым относятся, например, всевозможные микросхемы, внутреннее устройство которых мы рассматривать не будем (начинающим это сложно) схемотехника использует различные дискретные элементы — диоды, резисторы, стабилитроны и пр., знание основных принципов работы которых может оказаться полезным.

Хочу отметить две основные задачи схемотехники:

• построение схемы какого либо устройства на базе отдельных элементов,
• анализ работы того или иного изделия на основе работы его составных частей.

Кстати, поскольку любое, даже самое сложное устройство, может быть приведено к достаточно простым комбинациям электрических (электронных) компонентов настоятельно рекомендую начинающим схемотехникам уделить должное внимание вопросам функционирования именно элементарных узлов.

Должен заметить, что схемотехника — направление достаточно сложное, требует специальных знаний в целом ряде смежных областей, однако, начинающим может хватить элементарного владения основными законами электротехники — Ома и Кирхгофа, тем более, что задачу подготовки инженеров — разработчиков электронной аппаратуры не ставлю.

Менее всего претендуя на создание всеобъемливающего пособия по схемотехнике, надеюсь, что предлагаемые статьи будут полезны для начинающих, желающих приобрести первоначальные знания о разработке, анализе различных схем.

На данный момент доступны следующие материалы:

Резисторы — элементы, без которых представить схемотехнику невозможно.

Диоды — тоже достаточно простые приборы, однако, могут находить применение в очень простых, одновременно полезных схемах. Схемотехника использует их очень часто.

Транзисторы. Транзистор был изобретен в 50-х годах прошлого века, его появление произвело настоящий фурор — достаточно сказать, что его изобретатели получили Нобелевскую премию.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

10 советов схемотехнику / Хабр

Недавно один мой знакомый, начавший интересоваться электроникой и схемотехникой, обратился ко мне с просьбой дать ему какие-то практические советы по разработке электронных устройств. Поначалу этот вопрос немного озадачил меня: как-то так получилось, что для себя я никогда не выделял какие-то перечни обязательных правил проектирования, всё это было у меня где-то на уровне подсознания. Но этот вопрос послужил хорошим толчком для того, чтобы сесть и сформулировать хотя бы небольшой список таких рекомендаций. Когда все было готово, я подумал, что, возможно, это будет интересно почитать кому-то еще, таким образом и получилась данная статья.

Введение

Статья представляет собой перечень из десяти основных правил проектирования, которые актуальны при разработке широкого класса устройств. В статье я намеренно не затрагиваю моменты, касающиеся проектирования печатных плат – это тема для отдельного разговора. Правила приведены в случайном порядке без каких-либо сортировок по алфавиту, значимости, частоте использования на практике и др. Этот перечень правил также не претендует на какую-то полноту и абсолютную истину, в нем содержится мой опыт разработки электронных устройств и не более того.

1. Ставьте конденсаторы по питанию микросхем

Наличие конденсаторов по питанию является необходимым условием нормальной работы любой микросхемы. Дело в том, что они обеспечивают импульсный ток, который потребляет микросхема при переключении внутренних транзисторов. Если в непосредственной близости от микросхемы нет конденсатора, то из-за индуктивности дорожек печатной платы фронт тока может быть завален, и необходимая скорость его нарастания не будет обеспечена. Вполне может быть, что микросхема вообще при этом не будет работать, такие случаи встречаются. В связи с этой особенностью, выбирать следует конденсаторы с низкими ESR и ESL (эквивалентным последовательным сопротивлением и эквивалентной последовательной индуктивностью). В подавляющем большинстве случаев хорошо себя показывают керамические конденсаторы, а если вдруг требуется большая емкость – танталовые.

Количество конденсаторов у каждой микросхемы должно быть не менее количества ножек питания данной микросхемы. То есть, если микросхема имеет 10 выводов питания, то надо ставить не менее 10 конденсаторов только на одну эту микросхему, причем располагать эти конденсаторы на печатной плате надо как можно ближе к выводам питания. Часто производители рекомендуют ставить еще один дополнительный конденсатор большего номинала общий для всех выводов питания микросхемы. Ниже на рисунке приведен пример из документации на сверхпопулярный микроконтроллер STM32F103: как видим, помимо 5 конденсаторов 0,1 мкФ у выводов VDD, производитель рекомендует также ставить один общий конденсатор 4,7 мкФ.

Отдельного внимания заслуживает выбор емкости конденсатора. В большинстве случаев вы не ошибетесь, если выберете емкость 0,1 мкФ. Однако не поленитесь заглянуть по данному вопросу в документацию на микросхему: здесь тоже могут быть тонкости. Например, ВЧ-микросхемы часто требуют наличие конденсатора меньшей емкости. Ниже приведена картинка из документации на микросхему смесителя LT5560. Как видно из рисунка, производитель советует применять конденсаторы 1 мкФ и 1 нФ.

Возможны отклонения и в другую сторону: например, 4G модуль WP7502 требует установки конденсатора в целых 1500 мкФ рядом с выводами питания:

В общем, лучше всегда уточнять номиналы требуемых конденсаторов в документации на конкретную микросхему.

2. Учитывайте предельные параметры компонентов

К сожалению, не так редко встречаются схемы, где резистор в корпусе 0402 стоит в цепи 220 В или что-то аналогичное. Так делать нельзя! Перед установкой любого (абсолютно любого) компонента на схему вы должны убедиться, что ни при каких условиях не превышены максимально допустимые параметры по току, по напряжению и по рассеиваемой мощности для этого компонента. Все расчеты необходимо производить для наихудших условий эксплуатации (в частности, для максимально возможного напряжения на схеме), а предельные параметры смотреть в документации на конкретный компонент.

Рассмотрим простой пример с резистором. Допустим, мы рассчитали схему и нам требуется обеспечить сопротивление 25 кОм, а максимально допустимое напряжение в этой цепи составляет 100 В. Какой резистор мы заложим в схему? Открываем документацию на резисторы серии RC от Bourns и видим основные предельные параметры:

В цепях с напряжением 100 В могут работать резисторы серии CR0805 или CR1206. CR0603 туда ставить нельзя. А что с рассеиваемой мощностью? Как гласит школьный курс физики, для цепи постоянного тока она считается по формуле:

Такую мощность не выдержит ни один из представленных резисторов в таблице, однако мы можем соединить их несколько штук параллельно: 4 штуки CR0805 или 2 штуки CR1206. Только не забывайте, что при параллельном соединении резисторов их эквивалентное сопротивление уменьшается. Например, мы можем взять 4 шт. CR0805-JW-104ELF (100 кОм): соединив их параллельно, получим как раз 25 кОм. Для ответственных применений можно еще дополнительно снизить нагрузку на каждый из резисторов, соединив параллельно не 4 штуки, а 6 штук.

Максимально допустимый ток для резистора серии RC составляет 2 А, и он тут явно не будет превышен, это легко проверяется по закону Ома. Более того, данный параметр в основном актуален для резисторов с маленьким сопротивлением, для остальных гораздо быстрее вы уткнетесь в превышение мощности.

А как выбирать конденсаторы? После определения типа применяемого конденсатора (керамика, тантал, пленка, электролит и др.), необходимо обеспечить запас по напряжению хотя бы в 25-30%. Если есть возможность, то для ответственных применений лучше брать запас в два раза. В ряде случаев, помимо напряжения необходимо еще учитывать и импульсный ток через конденсатор. Про этот параметр очень часто забывают, хотя перегрузка конденсатора по току в цепях какого-нибудь импульсного источника питания ничем хорошим не закончится. Рассмотрим пример. Допустим, мы рассчитали наш импульсный источник питания и определили, что он:

1. Работает на частоте 100 кГц.
2. Напряжение выходной цепи равно 30 В.
3. Требуется конденсатор емкостью не менее 100 мкФ.
4. Через него будет протекать импульсный ток в 2 А (действующее значение).

Емкость и напряжения конденсатора достаточно велики, поэтому оправданным будет применение электролитического конденсатора. Например, подойдут конденсаторы EEH-ZA от Panasonic.

Открываем на них документацию:

На первый взгляд, вроде бы, 35 В больше 30 В, и нам должен подойти этот конденсатор. Однако в данном случае запас будет всего 5 В, что очень мало. Правильным решением будет выбрать конденсатор на 50 В.

Смотрим дальше: у нас есть конденсатор на 50 В с требуемой емкостью в 100 мкФ. Можно было бы взять его, но у него максимальный ток равен нашим ожидаемым 2 А (для частоты 100 кГц), то есть опять запаса по этому параметру не будет.

Поэтому правильно будет взять два конденсатора на 68 мкФ 50 В и соединить их параллельно. Таким образом, мы получим общую емкость в 132 мкФ, максимальное напряжение в 50 В и максимальный импульсный ток в 3,6 А. Такая система будет надежной и проработает долго.

Аналогичным образом выбираются и дроссели, и транзисторы, и вообще любые другие компоненты. Всегда надо помнить про их предельные параметры и брать компоненты с запасом минимум 25-30%.

К предельным параметрам можно также отнести и температуру. Существует три основные температурные группы:

• Commercial (0 ℃…+70 ℃)
• Industrial (-40 ℃…+85 ℃)
• Military (-55 ℃…+125 ℃)

Данное деление не является абсолютным, существуют также и всякие расширенные поддиапазоны. Но важно одно – все (абсолютно все) компоненты на вашей схеме должны попадать в заданный техническим заданием температурный диапазон. То есть, при проектировании схемы всегда надо держать в голове требуемый диапазон рабочих температур и выбирать компоненты в соответствии с ним. Диапазоны рабочих температур (а также и диапазоны предельных температур) всегда приводятся в документации.

Стоит также отметить, что микросхемы диапазона Military вы, скорее всего, не сможете купить: они продаются далеко не всем желающим.

3. Защищайтесь от статики

Электростатический разряд способен за долю секунды выжечь порты микросхемы стоимостью в тысячи долларов. По этой причине следует всегда помнить о нем и предпринимать меры по защите своих устройств. Вообще тема защиты от статического электричества довольно обширна и уже сама по себе заслуживает отдельной статьи. В рамках этой попробуем лишь кратко рассмотреть основные правила, которые я выработал для себя:

1. Все интерфейсные разъемы (USB, UART, RS-232 др.), с которыми потом будет контактировать пользователь, однозначно должны иметь защиту от статического электричества.
2. Все кнопки, на которые нажимает пользователь, должны иметь защиту от статики, при условии, что они заведены на чувствительные микросхемы.
3. В случае, если оконечный драйвер уже имеет встроенную защиту от статики, и если эксплуатация изделия не предполагает суровых условий, дополнительную защиту можно не ставить. Примером может послужить преобразователь RS-232 SN65C3223, у него уже есть встроенная защита от статики.
   
   В случае, если предполагается эксплуатировать изделие в суровых условиях, встроенной защиты может быть недостаточно и потребуется ставить дополнительно еще и внешние элементы.
4. Защищать ли от статики внутриблочные разъемы – это зависит от культуры вашего производства. Если монтаж происходит в специальных комнатах с антистатической мебелью и покрытием полов, а все монтажники применяют антистатические браслеты – это может быть и не обязательно. При других условиях защита тоже лишней не будет.

К элементам защиты от статики предъявляются следующие требования:

1. Они должны выдерживать заданную энергию электростатического разряда.
2. Они должны быть рассчитаны на соответствующее рабочее напряжение. Мало смысла ставить защитный диод на 15 В в цепь, максимальное допустимое напряжение для которой 3,6 В.
3. Они должны иметь малую паразитную емкость (для высокоскоростных цепей – единицы пикофарад максимум). Если вы поставите какой-нибудь мощный защитный диод (который почти наверняка будет обладать большой емкостью) в цепь USB 3.0, то просто завалите фронты сигналов и ничего работать не будет.
4. Они должны иметь маленькие токи утечки. Типовое значение – единицы нА.
5. На печатной плате они должны располагаться в непосредственной близости от разъема, и дорожка печатной платы должна проходить строго «вывод разъема -> элемент защиты-> защищаемый компонент».
6. После защитного диода и перед микросхемой нелишним будет поставить резистор в единицы-десятки Ом, если это допустимо. Этот резистор будет способствовать рассеиванию возможного всплеска напряжения на защитном диоде при сильном разряде.

Что именно использовать в качестве защиты от статики? Сейчас имеется достаточно богатый выбор:

1. Защитные диоды с фиксированным уровнем напряжения. Примером может служить диод CDSOS323. Существуют как однонаправленные, так и двунаправленные варианты таких защитных диодов:

2. Защитные диоды с уровнем напряжения, определяемым источником питания. Примером может служить диодная сборка TPD4E001: рабочий диапазон напряжения Vcc составляет от 0,9 до 5,5 вольт.

   
   Рядом с такими диодами рекомендуется располагать конденсатор небольшой емкости, включенный по питанию.

3. Варисторы. Есть специальные виды, предназначенные для защиты от статики. Примером может служить CG0402. Благодаря ультра маленькой емкости в сотые доли пикофарад, они могут применяться в таких высокоскоростных устройствах как USB 3.0 или HDMI:

4. Не используете для защиты от статики стабилитроны! Они предназначены для другого.
5. В особо тяжелых случаях может потребоваться использование газовых разрядников, но это уже не совсем про статику 🙂

4. Безопасность – превыше всего

Главное правило врача – не навреди. Главным правилом разработчика должно стать «Создавай безопасные для окружающих устройства». В данном разделе я рассмотрю некоторые наиболее часто встречающиеся моменты, за которыми может таиться опасность:

• Как только напряжения в вашей схеме превышают 30 В (а при эксплуатации в условиях повышенной влажности 12 В), начинайте думать о том, как обезопасить пользователя от них.
• При работе с сетями 220 В будьте предельно внимательны. Обеспечиваете надежную гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями. Вырезы в печатной плате будут здесь совсем нелишними. Контакт пользователя с первичной цепью должен быть совершенно исключен!
• Если проектируете устройства, питающиеся от сети, разберитесь, что такое конденсаторы Х и Y типа, применяйте их в соответствующих местах и никогда не заменяйте их на обычную пленку или керамику.
• При работе с высокими напряжениями металлический корпус вашей аппаратуры должен быть заземлен.
• Предохранители и другие устройства защиты – совсем нелишняя вещь
• При организации цепей защитного отключения не полагайтесь на микроконтроллеры, они склонны зависать. Всегда дублируйте такие важные цепи какой-нибудь дубовой логикой.
• Предусматривайте цепи разряда для высоковольтных конденсаторов. После выключения прибора они должны разряжаться как можно быстрее.
• Медицинская техника – отдельная история. Не начинайте ее разрабатывать, не ознакомившись со всеми требования безопасности, которые предъявляются к аппаратуре данного типа.

Более подробную информацию на тему безопасности можно получить в ГОСТах и других стандартах. Примеры

• ГОСТ 12.2.091-2012 Безопасность электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения
• ГОСТ 27570.0-87 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний
• ГОСТ Р 12.1.019-2009 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

5. Ставьте защиту от дурака

Если вы думаете, что пользователь не перепутает распиновку вашего разъема питания или не подаст 27 В вместо 12 В, то вы заблуждаетесь, такое рано или поздно случится. Этого еще как-то можно избежать, если у вас аппаратура питается через какой-нибудь стандартный разъем, но в любом другом случае я рекомендую защищать входные цепи питания от ошибок пользователя. Конечно, от ядерного взрыва или от прямого подключения к подстанции 10 кВ мало что спасет, но базовые элементы защиты должны быть. В рамках данной статьи я очень кратко рассмотрю два типа защит: от переполюсовки и от повышенного входного напряжения.

Схем для защиты от переполюсовки изобретено уже довольно много, но в своей практике я широко использую две из них: с использованием диода и с использованием полевого транзистора.
Схема защиты от переполюсовки с использованием диода приведена на рисунке:

Достоинством данной схемы является предельная простота, но она обладает большим недостатком: диод VD1 может сильно греться. Выделяемую на нем мощность можно грубо прикинуть, умножив 0,4…0,8 (падение напряжения на открытом диоде) на ток потребления схемы. Для точного расчета можно воспользоваться ВАХ диода, которая всегда есть в документации на него. Но и так очевидно, что при токе в 1 А на диоде будут выделяться несколько десятых долей ватта, которые не только пропадут впустую, но, при отсутствии теплоотвода, скорее всего, быстро убьют диод (особенно, если он в маленьком корпусе). Поэтому такую схему защиты можно применять, только если потребляемый ток не превышает единиц-десятков миллиампер.

Для более мощных схем лучше применять схему защиты на полевом транзисторе, она приведена на рисунке:

В рамках данной статьи я не буду рассказывать, как эта схема работает и как ее считать, про это уже написано много где, и у заинтересованного читателя не будет проблем с поиском информации. Поэтому сразу перейдем к схемам защиты от перенапряжения.

Для защиты от перенапряжения существует как минимум два подхода: установка каких-либо электронных предохранителей (хотсвапов, контроллеров питания) на входе схемы, либо же установка ограничителей напряжения. Безусловно, можно объединить эти два подхода в одной схеме.

Микросхемы электронных предохранителей бывают с самым разным функционалом: они могут уметь мониторить повышенное напряжение, пониженное напряжение, обеспечивать защиту по току, температуре, мощности, обеспечивать плавное нарастание тока и еще много всего. Примером неплохого электронного предохранителя может служить микросхема TPS1663, типовая схема включения которой приведена ниже:

Эта микросхема обеспечивает защиту от перенапряжения, однако у нее самой максимально допустимое напряжение составляет 67 вольт. Как же защититься в этом случае? К сожалению, бесконечно наращивать защиту не получится, и в таком случае остается один единственный вариант: допустить, чтобы в схеме сгорело что-то дешевое и разорвало цепь, спасая всю ценную начинку схемы. И тут мы плавно перемещаемся к ограничителям напряжения.

В качестве ограничителя напряжения может выступать варистор, защитный диод (TVS) или вообще газовый разрядник. Говорить о плюсах и минусах каждого потянуло бы на отдельную статью, поэтому в рамках данной рассматриваться не будет. Применять ограничители напряжения имеет смысл совместно с плавким предохранителем: при таком подходе варистор или защитный диод ограничивают напряжение, пропуская через себя большой ток, что вызывает сгорание плавкого предохранителя и разрыв цепи. Если обстоятельства сложатся не очень удачно, сгореть может также и сам ограничитель, однако ценные микросхемы на плате должны быть спасены и, что тоже очень важно, возможное возгорание предотвращено. Простейшая схема защиты устройства с использованием варистора приведена ниже:

Мы рассмотрели основные схемы защиты платы от переплюсовки питания и от перенапряжения. Разработчик должен выбрать оптимальную комбинацию схем защиты, исходя из требований к надежности, вероятности ошибки пользователя, места на печатной плате и стоимости изделия. В качестве заключения для этого раздела, приведу фрагмент схемы входного каскада, реализованного в одной из последних моих разработок. В этой схеме представлен полный комплекс защит: защита от переполюсовки на полевом транзисторе, защита от пониженного и повышенного напряжения, а также защита по току на микросхеме TPS1663, и в довершении всего защита с помощью варистора и плавкого предохранителя.

6. Практикуйте системный подход к разработке

Очень частая ошибка начинающих разработчиков – нарисовать схему, развести плату (может быть, даже изготовить ее) и только после этого задуматься о корпусе устройства. И вот тут начинается самое интересное: вроде бы вот, есть в продаже отличный корпус под устройство, практически подошел бы… если бы плата была миллиметра на два покороче. А следующий типоразмер корпуса уже в полтора раза больше, но приходится брать его, потому что альтернатива – изготовление корпуса на заказ – слишком дорога. В результате имеем неоправданно большой корпус, в котором болтается маленькая печатная платка. А ведь этого можно было избежать, если бы вопрос проработки корпуса аппаратуры не оставлять на потом, а решать одновременно с разработкой печатной платы.

Когда разрабатывается какое-то сложное устройство с кастомным корпусом, то тут качественная разработка в принципе не может происходить без плотной совместной работы конструктора, схемотехника и тополога (иногда, правда, это один и тот же человек :)). Важно понимать, что эта работа происходит одновременно: схемотехник рисует схему и передает ее топологу, конструктор в это время определяет габариты печатных плат в зависимости от конструкции изделия, а также выдает всевозможные ограничения на высоту компонентов и запретные зоны, тополог делает предварительную расстановку компонентов на печатной плате и передает ее конструктору для интеграции в общую 3D-модель, схемотехник все согласовывает и, при необходимости, реагирует на пожелания типа «вот тут бы дроссель подобрать на пару миллиметров пониже».

Но комплексный подход к разработке не ограничивается только конструкцией.

Если изделие предполагает написание встроенного софта, необходимо взаимодействие схемотехника с программистами еще на этапе разработки структурной схемы будущего устройства. Это необходимо как для планирования сроков разработки, так и для определения возможности программной реализации заложенный схемотехнических решений. К сожалению, при недостатке у схемотехника знаний об особенностях разработки программного обеспечения, некоторые заложенные в схему решения могут оказаться в принципе неосуществимыми с точки зрения написания софта, а выяснится это все только после изготовления печатных плат. Поэтому для того, чтобы избежать такой грустный сценарий, стоит продумать и согласовать все принципиальные с точки зрения ПО вопросы с теми, кто потом это ПО будет писать.

Кроме того, при разговоре о комплексном подходе, нельзя не упомянуть и такой важный момент, как организация будущего производства. Уже на этапе рисования схемы необходимо задуматься о том, как потом эта плата будет производиться, как ее отлаживать, проверять, тестировать. Уже сейчас нужно заложить контрольные точки для измерения напряжения источников питания, подумать про рабочие места, про всевозможные кабели и куда их подключать, про методику проверки. Очень может быть, что для тестирования вашей платы в условиях серийного производства понадобится специальная оснастка – ее разработку (хотя бы в эскизном виде) надо начинать параллельно с проверяемой платой, потому что это два взаимосвязанных устройства.

В общем, в качестве краткого резюме по текущему разделу – подходите к разработке комплексно. Думайте о конструкции изделия, о корпусе, о разработке программного обеспечения, о том, как будут производиться и тестироваться ваши устройства в самом начале проектирования, а не тогда, когда уже большая часть работ сделана, и любой шаг в сторону сопровождается огромными затратами ресурсов.

7. Используйте нулевые резисторы

Я уверен, что любому разработчику знакома такая ситуация: схема разработана, плата разведена, компоненты запаяны, и вот изделие попадает на отладку. Включаем – и не работает. Начинаем искать причину – вот незадача, перепутаны RX и TX у UART. Или D+ и D- у USB. Или MOSI и MISO в SPI. Или… да ошибиться можно где угодно, особенно если данный кусок схемы делается в первый раз. Приходится брать скальпель, резать дорожки на печатной плате, зачищать маску и пытаться припаяться к этим самым дорожкам проводами. А что если дорожки во внутренних слоях печатной платы? А микросхемы – в BGA корпусе? Да еще и с использованием технологии Via-In-Pad? Вот где настоящая боль. В такие моменты невольно начинаешь завидовать программистам, у которых проблему можно решить путем перекомпиляции программы, тогда как здесь маячит перспектива полной переделки печатной платы без возможности оживить текущую. Можно ли как-то избежать такого грустного финала? Зачастую да. В случае, когда какой-то кусок схемы делается впервые, а топология печатной платы не располагает к экспериментам, «сомнительные» цепи лучше соединять не напрямую, а через нулевой резистор (резистор с сопротивлением 0 Ом).

В таком случае, даже если вы ошибетесь в схеме, ошибка не будет фатальной. Достаточно будет снять запаянные резисторы и скоммутировать схему правильным образом. Обойдется без перерезания дорожек и, тем более, без ковыряния меди на внутренних слоях платы.
Может возникнуть вопрос – а не слишком ли расточительно вот так вот ставить резисторы на плату, которые не очень-то и нужны? Ну, на момент написания статьи, цена на DigiKey нулевого резистора в корпусе 0402 составляла порядка 2$ за 1000 штук. Пусть каждый сам для себя решит дорого это или нет. Кроме того, замечу, что нулевые резисторы необходимы только на опытных образцах, когда еще нет уверенности в правильности схемы. При запуске серийного производства, когда все недостатки схемы устранены, в новой ревизии платы вполне можно их исключить.
К выбору типа нулевого резистора необходимо подходить комплексно. Необходимо учитывать как минимум следующие параметры:

• Максимально допустимый ток через резистор
• Паразитную индуктивность и емкость резистора
• Тип корпуса и занимаемую площадь на печатной плате

Например, если вы поставите проволочные резисторы в высокоскоростные цепи, то схема, скорее всего, не будет работать: паразитная индуктивность их слишком велика. Для большинства цифровых цепей хорошо подходят SMD резисторы. Обычно я использую корпус 0402 – это некий компромисс по занимаемому месту на печатной плате и удобству монтажа. Нулевые резисторы в корпусе 0402 не оказывают существенного влияния даже на относительно высокочастотные цепи: High Speed USB (480 Мбит/с) и гигабитный Ethernet устойчиво функционируют. Не возникало проблем даже в суб-гигагерцовом диапазоне у радиотрактов: нулевые резисторы случалось применять и там как элемент согласования. Но, конечно, при проектировании высокочастотной схемы всегда стоит помнить про паразитные параметры нулевых резисторов (да и не только их) и при необходимости выполнить моделирование.

8. Разделяйте земли и фильтруйте питание

На практике очень часто встречаются случаи, когда на одной печатной плате присутствуют одновременно высокочувствительные аналоговые тракты и шумные цифровые процессоры. Или мощные импульсные преобразователи и склонные к сбоям цифровые системы управления. В общем, когда по соседству на одном куске текстолита находится какой-то источник помех и рядом с ним чувствительные к ним компоненты. Как в таком случае быть? Практика говорит, что 90% успеха при создании таких устройств – это грамотно разведенная печатная плата. С правильной компоновкой элементов, с грамотным стеком и с формированием полигонов земель и питания по определенным правилам. Но текущая статья не про печатные платы, кроме того, нельзя недооценивать и таким вещи, как фильтрация питания и разделение земель, про которые мы и поговорим в настоящем разделе.

Основная суть процесса разделения земель заключается в том, чтобы возвратные токи «шумной» цифровой или силовой частей схемы не протекали совместно с возвратными токами чувствительных цепей: в противном случае чувствительные цепи могут улавливать колебания напряжения шумов на земляных полигонах и интерпретировать их как часть полезного сигнала, что неминуемо приведет к ошибкам в работе. Для этого в проекте создаются две цепи с разными именами (например, A_GND и D_GND). Чувствительные земляные цепи подключаются к A_GND, а «шумные» – к D_GND. Но если цифровые и аналоговые блоки общаются между собой (а такое бывает практически всегда), необходимо соединить цепи A_GND и D_GND между собой (иначе возвратным токам негде будет протекать). Как это правильно сделать? Существуют разные мнения на этот счет. Я обычно соединяю эти цепи между собой нулевым резистором, располагая его вблизи источника питания на печатной плате.

Если вы работаете в Altium Designer, то для этих целей там предусмотрен специальный тип компонента под названием Net Tie, можно использовать и его.

Иногда для соединения этих земляных цепей рекомендуют использовать индуктивность, мотивируя это тем, что она хорошо блокирует высокочастотные помехи. Но я это делать категорически не советую: не стоит забывать, что через эту индуктивность будут течь и возвратные токи сигналов между цифровой и аналоговой частями схемы. Это приведет к сильному искажению формы сигналов и, возможно, к полной неработоспособности схемы. Индуктивности полезно применять в цепях питания для его фильтрации, однако делать это тоже надо аккуратно. Давайте рассмотрим этот вопрос немного подробнее.

Прежде всего необходимо запомнить одно простое правило: индуктивность фильтра всегда должна идти в паре с конденсатором. Схема без конденсатора, скорее всего, вообще работать не будет. Почему? См. первый раздел настоящей статьи.

Тип и номинал индуктивности выбирается исходя из ожидаемой интенсивности помех по питанию, спектра помех и особенностей вашей схемы. Разумеется, должен быть соблюден запас по току. В своей практике для фильтрации питания я достаточно часто использую индуктивности серии BLM от Murata: они предназначены специально для фильтрации помех в аппаратуре самого разного типа. Краткая характеристика индуктивностей серии BLM приведена на рисунке.

9. Учитывайте переходные процессы

Переходные процессы – это как себя ведет система до момента наступления установившегося состояния. В частности, под переходными процессами можно понимать моменты включения питания, моменты подключения нагрузки к источнику, коммутацию ключей и многое другое. Вообще подробное рассмотрение переходных процессов – это тема под целую серию статей. В данной же статье мы рассмотрим более подробно вопрос включения питания, как встречающийся наиболее часто.

Ситуация 1. Вы подключили какую-нибудь плату проводами к лабораторному источнику питания. Подаете питание и обнаруживаете, что у вас плата вместо того, чтобы запустится, находится в режиме циклической перезагрузки. Что происходит и что делать?

Действительно такие ситуации могут возникать и причина – в переходном процессе. В момент старта ваша плата может потреблять в несколько раз больше тока, чем в момент штатной работы. Особенно это хорошо заметно, если на плате стоит какой-нибудь мощный процессор.
Нарастающий импульс тока проходит от источника питания к плате через провода, которые, увы, совсем не идеальны: у них есть и паразитное сопротивление, и паразитная индуктивность. Все это приводит к провалу напряжения на плате: этот провал отрабатывает супервизор процессора и по итогу имеем циклическую перезагрузку. Решений у проблемы несколько: укоротить провода и увеличить площадь их сечения, использовать лабораторные источники питания с обратной связью, либо же вообще поставить на плате преобразователь питания и подавать на плату более высокое напряжение.

Ситуация 2. Вы подаете питание на свою плату и тут замечаете, что в начальный момент почему-то слегка подмигивает светодиод, который должен быть выключен. Или на короткий момент начинает работать какой-нибудь преобразователь питания, который, вроде как, должен быть заблокирован в ПО процессора. Либо хаотично щелкает реле. В чем же дело? Ошибка в коде? Все может быть и проще, и сложнее одновременно. Возможно, вы просто не учли состояние портов ввода-вывода процессора (или же какой-то другой микросхемы) в моменты сброса и начальной инициализации. А между тем, это важный параметр, про который нельзя забывать. Обычно такие моменты прописаны в документации. Например, STMicroelectronics в документации на свой микроконтроллер STM32F750 явно пишет, что все ножки, кроме тех, которые отвечают за программирование и отладку, в течение сброса и сразу после него сконфигурированы как входы, не подтянутые ни к питанию, ни к земле.

Чем нам это грозит? Дорожка на печатной плате, где с обоих сторон высокоимпедансные входы – отличная антенна для улавливания всевозможных помех. И если она заведена, например, на вход EN какого-нибудь источника питания, либо управляет реле, то в моменты начальной загрузки этот источник питания может хаотично включаться и выключаться, а реле щелкать с безумной скоростью буквально по мановению руки. К счастью, данная проблема решается достаточно просто: достаточно поставить подтягивающие резисторы к GND либо к VCC номиналом 10…100 кОм на критичные цепи. Они надежно зафиксируют уровень сигнала в моменты инициализации и не допустят хаотичного переключения периферийных устройств.

Однако стоит помнить, что состояние выводов микросхемы в моменты сброса и начальной инициализации очень индивидуально и зависит от конкретной микросхемы. И если в том же STM все довольно просто и понятно, то, например, в процессоре AM4376 от Texas Instruments все гораздо хитрее: часть GPIO имеет состояние HIGH-Z, часть имеют подтяжки PU, другие PD:

Ситуация 3. Вы полностью обесточили свою плату, но на ней продолжает гореть светодиод или микросхемы проявляют какую-то активность? В чем дело, неужто вечный двигатель? Увы, все гораздо проще. Скорее всего, у вас остался подключен к плате какой-нибудь преобразователь USB-UART или другая периферия, запитанная на стороне и имеющая высокий логический уровень на своих выводах. Дело в том, что любая микросхема имеет на своих входах по два диода, включенных между GND и VCC. Через эти диоды напряжение с входа микросхемы может проникать на вывод питания микросхемы и дальше распространяться по всей плате, как это показано на рисунке.

Конечно, полноценно запитать всю плату таким образом вряд ли получится. Однако на цепи VCC может образоваться какой-нибудь промежуточный уровень напряжения: меньший, чем напряжение питания микросхемы, но тем не менее достаточный, чтобы микросхемы оказались в «непонятном» состоянии. К счастью, большинство микросхем все-таки не особо чувствительны к подобным натеканиям напряжения, однако про эту проблемы нельзя забывать, и в случае необходимости следует ставить в критичные цепи специальные изолирующие буферы.

Ну и теперь у нас остался последний пункт настоящей статьи.

10. Читайте документацию на применяемые компоненты

Внимательно. Всегда. В ней действительно находятся ответы на большинство вопросов, в том числе и на те, которые мы рассмотрели в данной статье. Да, порой эта документация содержит десятки, сотни или даже тысячи страниц, но потраченное время на их изучение на этапе проектирования устройства, с лихвой окупится в процессе запуска изделия и отладки. Изучайте также схемы на отладочные платы, предоставляемые производителем, а также проглядите примеры топологии печатных плат: обычно лучше производителя никто вам не скажет, как правильно обвязывать микросхему и разводить под нее печатную плату. Не забывайте про Errata, там иногда таятся неожиданности. Всегда старайтесь понять, что делает каждая ножка в применяемой вами микросхеме: казалось бы ничем не примечательный вывод, не подключенный как надо, может испортить всю работу.

Заключение

В данной статье мы рассмотрели десять основных правил проектирования электрических схем. Надеюсь, это поможет начинающим разработчикам избежать хотя бы самых простых ошибок при проектировании схем. Ну и самое главное – разрабатывайте устройства и не бойтесь экспериментов, потому что практика, в конечном итоге, все равно лучший учитель.

Основы схемотехники, простейшие узлы электронных схем начинающим радиолюбителям

Как работает регенерация в сверхрегенеративном радиоприемнике, схемы

Классический сверхрегенератор с «автосуперизацией» (смотрите схему на рисунке), который неоднократно публиковался начиная с 60-х годов, имеет устоявшиеся области применения в автоматике и телемеханике, охранной сигнализации, в радиопереговорных устройствах малого радиуса действия.

1 222 0

Простой расчет выпрямителя с сетевым трансформатором

Приведено описание упрощенного расчета источника питания на основе сетевого трансформатора и мостового выпрямителя. Простой блок питания состоит из силового трансформатора, выпрямителя и подавляющего пульсации конденсатора. Выпрямители бывают разные, но в таких блоках питания чаще всего …

1 4104 0

Широтно-импульсная модуляция и управление электромоторами

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — один из видов модуляции потока прямоугольных импульсов, следующих с постоянной частотой. На рис.1 показан принцип такой модуляции. В верхней части рисунка изображен модулирующий сигнал (в данном случае — синусоида с постоянной подставкой). В нижней части …

1 2488 0

Условные обозначения некоторых элементов и устройств на электрических схемах

Приведены условные обозначения электронных компонентов на принципиальных схемах. Резисторы постоянного и переменного сопротивлений, терморезистор, фоторезистор, конденсаторы, диоды и диодный мост, катушки индуктивности, трансформаторы, транзисторы и другие обозначения деталей …

1 3095 0

Умножители напряжения — теория, практика, схемы

При необходимости получения постоянных напряжений, кратных по величине питающему их переменному напряжению питания, во многих областях радиотехники находят применение выпрямители с умножением напряжения (УН). Они подразделяются на однополупериодные и двухполупериодные, последовательного …

1 4221 0

Что такое измерительный мост и как он работает

При помощи мультиметра мы можем измерить сопротивление, но в радиолюбительской практике требуется измерять так же, индуктивности и емкости. Очень давно для этих целей (а так же, и для измерения сопротивлений) применяются довольно своеобразные приборы — измерительные мосты. Эти приборы настолько …

0 5507 0

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) представляет собой устройство, позволяющее генерировать цифровой сигнал, по фазе совпадающий с опорным. Область применения ФАПЧ весьма обширна и охватывает радиоприем, частотное детектирование, устройства выборки и т.д. Система ФАПЧ включает в себя…

0 3482 0

Что такое генератор напряжения с двоичным управлением

Иногда в цифровом устройстве нужно получить плавно изменяющееся напряжение, при этом высокая точность не требуется. Посредством такого напряжения можно, например, управлять устройством, предназначенным для постепенного зажигания ламп, или обеспечить плавное увеличение скорости вращения двигателя до…

0 1875 0

Управляемый напряжением генератор сигналов

Генератор, управляемый напряжением (ГУН), представляет собой устройство, которое вырабатывает сигнал синусоидальной или прямоугольной формы. Он применяется в различных областях, например в системах ФАПЧ. В классическом RC-генераторе частота варьируется за счет изменения емкости или сопротивления…

0 2207 0

Что такое стабилизатор тока, схема

Самостоятельное изучение схемотехники. Синтез автоматов на триггерах. Часть 1

Здравствуйте.
В продолжение тематики самостоятельного изучения схемотехники предлагаю вашему вниманию статью, связанную с синтезом автоматов на триггерах.
А начинается все так:

“Крестьянину нужно перевезти через реку волка, козу и капусту. Но лодка такова, что в ней может поместиться только крестьянин, а с ним или один волк, или одна коза, или одна капуста. Но если оставить волка с козой, то волк съест козу, а если оставить козу с капустой, то коза съест капусту. Как перевез свой груз крестьянин?”

Немного отвлечёмся от задачи и вспомним то, что мы уже знаем:

Итак. Есть 2 способа решить эту задачу:

1. Приходится начать с козы. Крестьянин, перевезши козу, возвращается и берет волка, которого перевозит на другой берег, где его и оставляет, но зато берет и везет обратно на первый берег козу. Здесь он оставляет ее и перевозит к волку капусту. Вслед затем, возвратившись, он перевозит козу, и переправа оканчивается благополучно.
2. Вначале крестьянин опять-таки перевозит козу. Потом можно взять капусту, отвезти ее на другой берег, оставить там и вернуть на первый берег козу. Затем перевезти на другой берег волка, вернуться за козой и снова отвести ее на другой берег. В этом случае количество рейсов (7) точно такое же, как и в первом варианте.

Чтобы перейти от словесных описаний к таблицам, графам и схемам я предлагаю закодировать состояния игры следующим образом:
Выделим четыре двоичных разряда. Каждый разряд отвечает за то какие существа на каком береге реки находятся. Если в этом разряде хранится 1, то существо на первом (исходном) берегу, если 0 – на втором. Для наглядности продемонстрирую это на следующем рисунке:

Из условия задачи становится ясно, что без присмотра крестьянина находиться вместе не могут:

• Коза и капуста;
• Коза и волк.

Значит, следующие четыре комбинации являются проигрышными:

Теперь, как мы все помним, нужно от словесного описания перейти к графичесому описанию — графу. Это должно быть не сложно.

Отметим начальное состояние Сст – с него наша игра будет начинаться и им же оканчиваться. Задумывается, что некая кнопка «СТАРТ» переводит автомат из состояния «0000» в состояние «1111». Обратите внимание на то, что так я кодирую выходные слова, а вот состояния придётся закодировать другим образом. Значит, придётся ввести комбинационную схему, которая будет заниматься формированием выходных слов.
Для управления крестьянином и остальными сущностями понадобятся четыре входных слова:

Итак. Входные и выходные слова названы, состояния обозначены. Граф автомата Мура. Приступим к рисованию:

• Из нулевого состояния игра переводится в начальную позицию по приходу любого слова.
• Очевидно, что только тогда, когда крестьянин отвезёт козу первой (а1) игра может быть продолжена, иначе (а2, а3, а4) придётся начать всё с начала.

Отразим эти два факта на графе:

Рассуждаем дальше:

• Если сейчас подать на вход слова а2 или а3, то ясно, что крестьянин не сможет переправить волка или капусту, поэтому состояние игры не изменится. Однако он может отвезти козу обратно и игра вернётся в начальное состояние.
• Значит единственным не тупиковым действием будет возвращение крестьянина на первый берег.

Добавим это к нашему рисунку:

Пока всё нормально.
Теперь надо выбрать, кого везти на второй берег: капусту или волка. Неплохо было бы рассмотреть оба варианта (приведу рисунок частично, чтобы легче воспринималось):

То есть видно, что на первом берегу после этого перемещения останется либо капуста, либо волк.
Ну вот! Я же говорил, что это не сложно! Если продолжить рассуждения в том же ключе, то можно прийти вот к такой нехитрой схеме:

Обратите внимание: при попытке в 3, 4, 5 и 8 состояниях крестьянина уехать на другой берег, коза остаётся без присмотра рядом с волком или капустой, что чревато и ведёт к концу игры. Ну или просто посмотрите в таблицу недопустимых состояний выше. При попытке перейти на них игра оканчивается.

Теперь вспомним, как строятся таблицы переходов/выходов. Рекомендую открыть вот эту статью и посмотреть, если Вы вдруг забыли, а я просто приведу таблицу:

Ну вот. Теперь почти все готово к синтезу автомата на триггерах. Совсем скоро мы сможем поиграть в эту игрушку на эмуляторе, а затем и на собранной модели.

Вторую часть статьи намереваюсь опубликовать 14-15 июня.

Библиотека по электронике / Хабр

Доброго времени суток, хабрапользователи!

После моих постов:
Дистанционное управление по ИК
Ant-bot. Ворклог. Часть 1
Создаем робота в домашних условиях
Меня довольно часто стали спрашивать о том, какую литературу можно почитать по данному предмету. Чтобы помочь всем и сразу, я решил написать данный пост. =)
Под катом вы можете посмотреть — какую литературу использую я в процессе своих работ.

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники

Довольно известная книга. В отличие от обычных учебников всё написано простым языком. Содержит большое количество типовых схем, так же приведены неработоспобные схемы, чтобы было понятно, как делать не надо. 🙂 Книга общепризнано является «библией электроники». В общем рекомендую всем.

Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL

По сути, это перевод даташитов на основные 8-битные микроконтроллеры AVR. По-моему, удобнее, чем читать всё с экрана. В книге всё подробно расписано и переведено. Можно быстро найти то, что нужно по конкретному МК.

Барри Уилкинсон. Основы проектирования цифровых схем

Эту книгу можно использовать как настольный справочник по всем типам логических схем. Приведены комбинационные схемы, триггеры, счётчики. В общем много всего полезного. 🙂

Герберт Шилдт. Справочник программиста по C/C++

Так как, при использовании микроконтроллеров, приходится заниматься не только схемотехникой, но и программированием, то я использую данный справочник. Автор, думаю, и так довольно известный. =)

В комментариях буду рад вашим дополнениям и замечаниям (а так же подсказку — в какой блог перенести этот пост лучше всего). =) И далее можно будет опубликовать более полный список полезной литературы.

Буду рад, если пост окажется полезным для вас.

Удачи!;)

UPD. Перенёс в блог «Электроника для начинающих», как в наиболее подходящий.

UPD 2. Для самых начинающих, хорошая обучалка здесь:
Обучалка
Все кто интересуется, то посмотрите. Попозже ещё поищу в закромах. =)
Если этого будет недостаточно, то я прошу всех желающих написать мне в личку о том, чтобы вы хотели видеть в подобном курсе.

Top10 Электронные схемы для начинающих

Как правило, успех первых проектов играет жизненно важную роль в области электроники для карьеры студентов-инженеров. Многие студенты бросают электронику из-за неудачной первой попытки. После нескольких неудач у ученика остается неправильное представление о том, что эти проекты, работающие сегодня, могут не сработать завтра. Таким образом, мы предлагаем новичкам начать со следующих проектов, которые дадут результат с первой попытки и дадут мотивацию для вашей собственной работы.Прежде чем продолжить, вы должны знать, как работает и используется макетная плата. В этой статье приведены 10 лучших простых электронных схем для начинающих и мини-проекты для студентов инженерных специальностей, но не для проектов последнего года обучения. Следующие схемы относятся к основным и малым категориям.

10 лучших простых электронных схем для начинающих

Список 10 основных простых электронных схем, обсуждаемых ниже, очень полезен для новичков при выполнении практики, проектирование этих схем помогает справиться со сложными схемами.

Схема освещения постоянного тока

Источник постоянного тока используется для небольшого светодиода с двумя выводами, а именно анодом и катодом. Анод + ve, катод –ve. Здесь в качестве нагрузки используется лампа с двумя выводами, положительной и отрицательной. Клеммы + ve лампы подключены к анодной клемме батареи, а клемма –ve батареи подключена к клемме –ve батареи. Переключатель подключен между проводами для подачи постоянного напряжения на светодиодную лампу.

Цепь освещения постоянного тока

Сигнализация дождя

Следующая схема защиты от дождя используется для подачи сигнала тревоги, когда идет дождь. Эта схема используется в домах для защиты выстиранной одежды и других вещей, которые уязвимы для дождя, когда они проводят дома большую часть времени на работе. Необходимые компоненты для построения этой схемы — это зонды. Резисторы 10 кОм и 330 кОм, транзисторы BC548 и BC 558, батарея 3 В, конденсатор 01 мФ и динамик.

Rain Alarm

Каждый раз, когда дождевая вода вступает в контакт с датчиком в указанной выше цепи, через цепь протекает ток, чтобы активировать транзистор Q1 (NPN), а также транзистор Q1 делает активным транзистор Q2 (PNP).Таким образом, транзистор Q2 проводит, а затем ток через динамик генерирует звук зуммера. Пока зонд не соприкоснется с водой, эта процедура повторяется снова и снова. В приведенной выше схеме построен колебательный контур, который изменяет частоту тона, и, таким образом, тон может быть изменен.

Простой монитор температуры

Эта схема выдает индикацию с помощью светодиода, когда напряжение батареи падает ниже 9 вольт. Эта схема идеальна для контроля уровня заряда небольших батарей 12 В.Эти батареи используются в системах охранной сигнализации и портативных устройствах. Работа этой схемы зависит от смещения клеммы базы транзистора T1.

Простой монитор температуры

Когда напряжение батареи больше 9 вольт, то напряжение на клеммах база-эмиттер будет таким же. Это отключает и транзисторы, и светодиод. Когда напряжение батареи падает ниже 9 В из-за использования, базовое напряжение транзистора T1 падает, в то время как его эмиттерное напряжение остается неизменным, поскольку конденсатор C1 полностью заряжен.На этом этапе клемма базы транзистора T1 становится + ve и включается. Конденсатор C1 разряжается через светодиодный индикатор

Схема датчика касания

Схема датчика касания состоит из трех компонентов, таких как резистор, транзистор и светоизлучающий диод. Здесь и резистор, и светодиод подключены последовательно с положительным питанием к клемме коллектора транзистора. Выберите резистор, чтобы установить ток светодиода около 20 мА. Теперь подключите соединения на двух открытых концах: одно соединение идет к плюсовому проводу, а другое — к клемме базы транзистора.Теперь прикоснитесь к этим двум проводам пальцем. Коснитесь этих проводов пальцем, тогда загорится светодиод!

Цепь датчика касания

Цепь мультиметра

Мультиметр — это важная, простая и базовая электрическая цепь, которая используется для измерения напряжения, сопротивления и тока. Он также используется для измерения параметров постоянного и переменного тока. Мультиметр включает в себя гальванометр, подключенный последовательно с сопротивлением. Напряжение в цепи можно измерить, поместив щупы мультиметра в цепь.Мультиметр в основном используется для проверки целостности обмоток двигателя.

Цепь мультиметра

Цепь мигающего светодиода

Конфигурация схемы мигающего светодиода показана ниже. Следующая схема построена с использованием одного из самых популярных компонентов, таких как таймер 555 и интегральные схемы. Эта цепь будет мигать светодиодом ON и OFF через равные промежутки времени.

Цепь мигания светодиода

Слева направо в схеме конденсатор и два транзистора устанавливают время, необходимое для включения или выключения светодиода.Изменяя время, необходимое для зарядки конденсатора, чтобы активировать таймер. Таймер IC 555 используется для определения времени, в течение которого светодиод остается включенным и выключенным. Он включает в себя сложную схему внутри, но так как заключен в интегральную схему. Два конденсатора расположены с правой стороны таймера, и они необходимы для правильной работы таймера. Последняя часть — это светодиод и резистор. Резистор используется для ограничения тока светодиода. Так что не повредит

Невидимая охранная сигнализация

Схема невидимой охранной сигнализации построена на фототранзисторе и ИК-светодиоде.Если на пути инфракрасных лучей нет препятствий, сигнал тревоги не будет издавать звуковой сигнал. Когда кто-то пересекает инфракрасный луч, возникает звуковой сигнал тревоги. Если фототранзистор и инфракрасный светодиод заключены в черные трубки и правильно соединены, дальность действия цепи составляет 1 метр.

Невидимая охранная сигнализация

Когда инфракрасный луч падает на фототранзистор L14F1, он предотвращает проводимость BC557 (PNP), и зуммер не будет генерировать звук в этом состоянии.Когда инфракрасный луч прерывается, фототранзистор выключается, позволяя транзистору PNP работать, и звучит зуммер. Закрепите фототранзистор и инфракрасный светодиод на обратной стороне в правильном положении, чтобы зуммер не работал. Отрегулируйте переменный резистор, чтобы установить смещение транзистора PNP. Здесь можно использовать и другие типы фототранзисторов вместо LI4F1, но L14F1 более чувствителен.

Светодиодная схема

Светоизлучающий диод — это небольшой компонент, излучающий свет.Использование светодиода дает много преимуществ, потому что оно очень дешевое, простое в использовании, и мы можем легко понять, работает схема или нет, по ее индикации.

Светодиодная схема

При прямом смещении дырки и электроны через переход перемещаются вперед и назад. В этом процессе они будут объединяться или иным образом устранять друг друга. Через некоторое время, если электрон перейдет из кремния n-типа в кремний p-типа, то этот электрон объединится с дыркой и исчезнет.Он делает один полный атом, и он более стабилен, поэтому он будет генерировать небольшое количество энергии в виде фотонов света.

В условиях обратного смещения положительный источник питания будет отводить все электроны, присутствующие в переходе. И все отверстия будут тянуться к отрицательной клемме. Таким образом, переход обеднен носителями заряда, и ток через него не течет.

Анод — длинный штифт. Это вывод, который вы подключаете к наиболее положительному напряжению.Катодный вывод должен подключаться к наиболее отрицательному напряжению. Для работы светодиода они должны быть правильно подключены.

Простой метроном светочувствительности с использованием транзисторов

Любое устройство, производящее регулярные метрические тики (удары, щелчки), мы можем назвать его метрономом (устанавливаемые удары в минуту). Здесь галочки означают фиксированный регулярный слуховой пульс. Синхронизированное визуальное движение, такое как качание маятника, также включено в некоторые метрономы.

Простой метроном светочувствительности с использованием транзисторов

Это схема простого метронома светочувствительности с использованием транзисторов.В этой схеме используются два типа транзисторов, а именно номер транзистора 2N3904 и 2N3906, образующие цепь исходной частоты. Звук из громкоговорителя будет увеличиваться и уменьшаться по частоте в звуке. LDR используется в этой схеме LDR означает светозависимый резистор, также мы можем назвать его фоторезистором или фотоэлементом. LDR — это регулируемый светорезистор.

Если интенсивность падающего света увеличивается, сопротивление LDR уменьшается. Это явление называется фотопроводимостью.Когда ведущий световой проблесковый маячок приближается к LDR в темной комнате, он получает свет, тогда сопротивление LDR падает. Это усилит или повлияет на частоту источника, частоту звукового контура. Дерево непрерывно поглаживает музыку, изменяя частоту цепи. Просто посмотрите на приведенную выше схему для получения других подробностей.

FM-передатчик с использованием UPC1651

Схема FM-передатчика с использованием UPC1651 показана ниже. Эта схема построена на микросхеме UPC1651. Этот чип представляет собой широкополосный кремниевый усилитель с частотной характеристикой (1200 МГц) и усилением мощности (19 дБ).

FM-передатчик с использованием UPC1651

Этот чип может работать с 5 вольт постоянного тока. Принятые аудиосигналы от микрофона подаются на i / p вывод 2 микросхемы через конденсатор «C1». Здесь, в схеме ниже, конденсатор действует как фильтр шума.

Модулированный FM-сигнал будет доступен на выводе 4 (выходной вывод) ИС. Здесь конденсатор «C3» и индуктор «L1» формируют необходимый LC-контур для создания колебаний. Частоту передатчика можно изменить, регулируя конденсатор «C3».

Это все о 10 лучших простых электронных схемах для начинающих, которые заинтересованы в разработке своих простых электронных схем. Мы надеемся, что эти типы схем будут полезны для начинающих, а также для студентов-инженеров. Кроме того, любые вопросы, касающиеся проектов по электрике и электронике для студентов-инженеров, просьба оставлять свои отзывы, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, что такое активные и пассивные компоненты?

Фото:

.

Паяльные жала для начинающих | Блог Simply Smarter Circuitry

Если вы новичок в пайке, вам следует кое-что понять, прежде чем начать. Не сразу переходите к своему первому проекту: сначала потренируйтесь на отходах. Скорее всего, у вас есть старый радиоприемник или какое-то другое электронное оборудование с проводкой и электронными компонентами, которые позволят вам отточить свои навыки пайки и демонтажа.

Новое электронное оборудование будет для вас менее полезным, потому что оно будет состоять в основном из компонентов, устанавливаемых на поверхность, но более старое электронное оборудование будет иметь внутри тонну проводки и компонентов, которые позволят вам тренироваться, не нарушая все при одном плохом соединении.После некоторой практики вы можете перейти, например, к неисправным кабелям или простой проводке (например, к замене потенциометра). Когда вы освоитесь с основными задачами пайки, вы будете готовы к более крупным и сложным проектам.

Всегда не забывайте нагревать изделие, а не припой. Вместо того, чтобы наносить припой на паяльник, вы должны нагреть деталь, а затем прикоснуться припоем к нагретой части, позволяя ему течь по соединению, над которым вы работаете. После того как соединение будет хорошо покрыто, удалите припой перед тем, как снимать паяльник.Дайте соединению полностью остыть.

Будьте осторожны при пайке компонентов на печатной плате и микросхем: чрезмерный нагрев может повредить или сломать их. Вместо того, чтобы припаивать ножки компонента непосредственно к плате, попробуйте припаять разъем к печатной плате, а затем вставить компонент в разъем.

Всегда следует паять в хорошо вентилируемом рабочем месте. Никогда не стоит вдыхать дым от припоя, особенно если это свинцовый припой из-за его токсичности. Также лучше использовать средства защиты, поскольку расплавленный припой может разбрызгиваться; используйте защитные очки или защитные очки.

Не паяйте вилку, пока не убедитесь, что вы надели вилку или корпус / оболочку на кабель. Вам не нужно снимать вилку, закрывать ее и перепаивать. Всегда дважды проверяйте перед пайкой.

Процесс пайки будет намного проще, если сначала вы залудите провода или концы проводов компонента. Начните с нагрева отдельных частей, нанесите немного припоя и дайте ему остыть. Также следует залудить жало паяльника и содержать его в чистоте. Просто протрите кончик влажной губкой несколько раз.Не ждите, пока паяльник покроется грязью. Накопление препятствует передаче тепла.

Наконец, не приступайте к пайке, пока не спланируете, что собираетесь делать. Дважды отмерьте и один раз отрежьте.

.Библиотека arduino

для моделирования Proteus

В этой статье я расскажу, как моделировать схемы с помощью микроконтроллера Arduino на Proteus (библиотека arduino для моделирования Proteus). Вы узнаете, как загрузить библиотеки Arduino для Proteus и смоделировать коды, встроенные в Arduino IDE на Proteus, с дополнительными схемами, например диодами, светодиодами, транзисторами и двигателями и т. Д. Так что продолжайте читать и наслаждайтесь изучением

Proteus Software:

Proteus — очень популярное программное обеспечение для моделирования схем, кроме того, оно также обеспечивает гибкость при проектировании печатных плат .Proteus также может быть очень эффективно использован для моделирования схем с помощью платы разработки Arduino в качестве микроконтроллера. Но Proteus не имеет встроенной библиотеки для Arduino, поэтому мы должны сначала загрузить библиотеку Arduino для Proteus. Затем мы будем следовать стандартному подходу к моделированию схемы.
Симуляция — очень полезный способ имитации поведения, которое ваша физическая схема должна демонстрировать, поэтому, моделируя схему, мы можем искать любые сбои в коде или короткие замыкания в схеме, прежде чем фактически реализовать ее.Таким образом, моделирование экономит время и деньги.

Загрузка библиотеки Arduino:

Вы можете загрузить полную библиотеку Arduino с шестью платами Arduino (загрузить библиотеку arduino для proteus, arduino mega, arduino uno, arduino pro mini, Arduino nano)

Как я уже упоминал ранее, нам необходимо загрузить библиотеку Arduino для Proteus, прежде чем моделировать схемы Arduino Atmega 328 .Здесь я расскажу, как загрузить библиотеку Arduino и установить ее в Proteus.

Примечание:
, если вы не можете добавить библиотеку в Proteus 7 и Proteus 8, вам следует взглянуть на Как добавить новую библиотеку в Proteus 8.

Эта zip-папка будет содержать два файла. Один называется Arduino LIB. А прочее — Arduino.IDX

Купить Arduino UNO

Proteus Загрузить

Загрузить библиотеку

Загрузить библиотеку компонентов Proteus

Библиотека Arduino для моделирования Proteus Шаг 1:

Откройте веб-библиотеку Proteus и выполните поиск Arduino .

Библиотека Arduino для Proteus Шаг 2:

Откройте ссылку и загрузите zip-папку. Эта zip-папка будет содержать два файла. Один называется Arduino LIB. И другой — Arduino.IDX, как мы увидим на следующем шаге.

Библиотека Arduino uno для Proteus Шаг 3:

После того, как вы загрузили ZIP-папку, извлеките файлы из нее.

Шаг 4:

Скопируйте и вставьте эту папку в папку библиотеки программного обеспечения Proteus.

Шаг 5:

Откройте Proteus, и программа будет готова к использованию для моделирования схем на базе Arduino.
Создание HEX-файла:
После того, как вы написали код в Arduino IDE, вам понадобится способ смоделировать эту программу в Proteus. Это можно сделать, создав HEX-файл кода, а затем используя этот HEX в Proteus для моделирования. Я обсуждаю здесь процесс создания файла HEX.

шестнадцатеричный файл arduino Шаг 1:

Откройте свою Arduino IDE, щелкните файл, перейдите в настройки и установите флажки для компиляции и загрузки.

Шаг 2:

Когда вы установите флажки, выделенные выше, напишите код, а затем скомпилируйте.

Шаг 3:

После того, как вы скомпилировали код, нажав кнопку «Подтвердить» в верхнем левом углу IDE Arduino. IDE Arduino автоматически создаст файл HEX и предоставит ссылку на него внизу.

Шаг 4:

Перейдите по ссылке, указанной в вашей среде разработки Arduino, и вы найдете там свой HEX-файл.
Установка HEX-файла в Proteus:
После того, как вы создали HEX-файл, он должен быть каким-то образом передан Proteus, чтобы Proteus мог использовать этот HEX-файл для имитации кода и, таким образом, моделирования схемы.Я обсуждаю здесь шаги по установке файла HEX в Proteus.

установка HEX файла в Proteus. Шаг 1:

Открой тебе Proteus.

Расположение шестнадцатеричного файла arduino Шаг 2:

Найдите Arduino.

Шаг 3:

Щелкните его, чтобы добавить в файл проекта.

Шаг 4:

Дважды щелкните по нему, появится всплывающее окно.

Шаг 5:

Найдите HEX-файл в том месте, где находится ваш вновь созданный шестнадцатеричный файл.

Шаг 6:

Наконец, щелкните файл, и шестнадцатеричный файл будет загружен в Proteus.

Шаг 7:

Теперь Proteus готов к моделированию схемы Arduino.

Топ 10 проектов Arduino proteus

Мы разрабатываем проекты Arduino в Proteus. Вот список проектов Arduino Proteus.

БИБЛИОТЕКА GENUINO ДЛЯ PROTEUS:

Прежде всего вы можете скачать библиотеку для Proteus Genuino по ссылке ниже

По ссылке вы получите файл rar / zip, у вас будет два файлы с именами:
GenuinoTEP.LIB
GenuinoTEP.IDX
Теперь поместите оба файла в папку библиотеки вашего программного обеспечения Proteus8 / Proteus7.

Библиотека Arduino NANO для Proteus:

Я смоделировал простую схему мигания светодиода с помощью Arduino nano.

Proteus отлично работает и очень полезен, поскольку вы можете легко смоделировать схему Arduino и ее код на Proteus. Таким образом, любые сбои и коды в коде или в схеме можно увидеть до фактической реализации схемы физически.

Ознакомьтесь с нашим дополнительным руководством по Arduino для начинающих

Интерфейс 7-сегментного дисплея с Arduino в Proteus

Библиотека Arduino

для моделирования

Arduino

с датчиком DHT11

Arduino UNO для начинающих

имитация датчика воды в Proteus

Драйвер

L

Надеюсь, эта статья будет полезной.В следующей статье я расскажу о моделировании Arduino и ЖК-дисплея на Proteus.

Связанные

Автор: admin

Я Кашиф Мирза, основатель ProjectIOT123. Я инженер встраиваемых систем и работаю над проектами встраиваемых систем с 2003 года. Я работал над Arduino, Raspberry Pi, PIc Microcontroller, 8051 и т. Д. И проектировал как прототипы, так и промышленные проекты.

.

Python Tutorials для начинающих

• Home

• Testing

  • • Back
    • Agile Testing
    • BugZilla
    • Cucumber
    • Database Testing
    • 9000 J5000
    9000 J5000 Тестирование базы данных
    • JUnit
    • LoadRunner
    • Ручное тестирование
    • Мобильное тестирование
    • Mantis
    • Почтальон
    • QTP
    • Назад
    • Центр качества (ALM)
    • RPA 9000 Testing 5 Управление
    • TestLink

• SAP

  • • Назад
    • ABAP
    • APO
    • Начинающий
    • Basis
    • BODS
    • BI
    • BPC
    • CO
    • Назад
    • CRM
    • Crystal Reports
    • MM5000
    • Crystal Reports
    • Заработная плата
    • Назад
    • PI / PO
    • PP
    • SD
    • SAPUI5
    • Безопасность
    • Менеджер решений
    • Successfactors
    • SAP Tutorials
  • 8 SAP Tutorials
• 8
• Apache
• AngularJS
• ASP.Net
• C
• C #
• C ++
• CodeIgniter
• СУБД
• JavaScript

• Назад
• Java
• JSP
• Kotlin
• Linux
• Linux
• Kotlin
• Linux
js
• Perl

• Назад
• PHP
• PL / SQL
• PostgreSQL
• Python
• ReactJS
• Ruby & Rails
• Scala
• SQL
0000004 SQL
• UML
• VB.Net
• VBScript
• Веб-службы
• WPF

Обязательно учите!

• • Назад
  • Бухгалтерский учет
  • Алгоритмы
  • Android
  • Блокчейн
  • Business Analyst
  • Веб-сайт сборки
  • CCNA
  • Облачные вычисления
  0005
  • COBOL 9000 Compiler
    0005
    9000 Встроенный COBOL 9000 Дизайн 9000
    • Ethical Hacking
    • Учебные пособия по Excel
    • Программирование на Go
    • IoT
    • ITIL
    • Jenkins
    • MIS
    • Сетевые подключения
    • Операционная система
    • Назад
    Управление проектами Обзоры
    • Salesforce
    • SEO
    • Разработка программного обеспечения
    • VBA

  • Big Data

    • • Назад
      • AWS
      • BigData
      • Cassandra
      • Cognos
      • Хранилище данных
      0005
      • MicroStrategy
      • MongoDB
  .