Как самостоятельно изучить электронику с нуля?

Научиться можно только тому, что любишь.
Гёте И.

«Как самостоятельно изучить электронику с нуля?» — один из самых популярных вопросов на радиолюбительских форумах. При этом те ответы, которые я нашел, когда сам его задавал, мне мало помогли. Поэтому я решил дать свой.

Творчество и результат

Чтобы что-то изучить надо это полюбить, гореть интересом и регулярно упражняться. Кажется, я только что озвучил прописную истину. Тем не менее. Для того, чтобы с лёгкостью и удовольствием изучать электронику надо её любить и относится к ней с любопытством и восхищением. Сейчас уже для всех привычно иметь возможность отправить видеосообщение на другой конец земли и мгновенно получить ответ. А это одно из достижений электоники. 100 лет труда тысяч ученых и инженеров.

Как нас обычно учат

Классический подход, который проповедуется в школах и университетах всего мира можно назвать подходом снизу-вверх. Сначала тебе рассказывают что такое электрон, атом, заряд, ток, резистор, конденсатор, индуктивность, заставляют решить сотни задач на нахождение токов в резисторных цепях, потом ещё сложней и т.д. Такой подход схож с восхождением на гору. Но лезть в гору сложней, чем спускаться. И многие сдаются так и не добравшись до вершины. Это верно в любом деле.

А что если спускаться с горы? Главная идея в том, чтобы сначала получить результат, а затем разобрать детально почему работает именно так. Т.е. это классический подход детских радиокружков. Он даёт возможность получить ощущение победы и успеха, которые в свою очередь стимулируют желание изучать электронику дальше. Понимаешь, очень сомнительная польза в изучении одной теории. Надо обязательно практиковаться, так как не все из теории 100% ложится на практику.

Понравилось устройство? Собирай, разбирайся почему оно сделано именно так и какие идеи заложены в его конструкцию: почему именно эти детали используются, почему именно так соединены, какие принципы используются? А можно ли что-нибудь улучшить или просто заменить какую-нибудь деталь?

Математика в электронике

Когда я, после очень длительного перерыва, понял, что электроника снова меня зовёт и манит в ряды радиолюбителей, то сразу стало ясно, что мои знания давно уже улетучились, а доступность компонентов и технологий стала шире. Что я стал делать? Путь был только один — признать себя полным нолём и стартовать из ничего: знакомых опытных электронщиков нет, какой-либо программы самообучения тоже нет, форумы я отбросил потому, что они представляют собой свалку информации и отнимают много времени (какой-то вопрос можно там узнать вкратце, но получить цельные знания очень сложно — там все такие важные, что лопнуть можно!)

И тогда япошел самым старым и простым путём: через книги. В хороших книгах тематика обсуждается наиболее полно и нет пустой болтовни. Конечно, в книгах есть и ошибки, и косноязычие. Просто надо знать какие книги читать и в каком порядке. После прочтения хорошо написанных книг и результат будет отличным.

Какие книги помогут освить электронику

Много времени я провел выискивая подходящие книги. И понял, что надо сказать спасибо СССР. Такой массив полезных книг после него остался! СССР можно ругать, можно хвалить. Смотря за что. Так вот за книги и журналы для радиолюбителей и школьников надо благодарить. Тиражи бешеные, авторы отборные. До сих пор можно найти книги для новичков, которые дадут фору всем современным. Поэтому есть смысл пройтись по букинистам и поспрашивать (да и скачать все можно).

Это мой список книг для самых «маленьких». Обязательно следует пролистывать и журналы Радио с 70х по 90е гг. После этого можно уже читать:

Думаю, эти книги ответят на множество вопросов. Более специальные знания можно почерпнуть из более специальных книг: по аудиоусилителям, по микроконтроллерам и т.д.

И конечно же нужно практиковаться. Без паяльника вся теория в прорубь. Это как водить машину в голове.
Кстати, более подробные обзоры некоторых книг из списка выше можешь прочитать в разделе «Читалка».

Что еще следует делать?

Учиться читать схемы устройств! Учиться анализировать схему и стараться понять как работает устройство. Этот навык приходит только с тренировкой. Начинать надо с самых простых схем, постепенно наращивая сложность. Благодаря этому ты не только изучишь обозначения радиоэлементов на схемах, но и научишься их анализировать, а также запомнишь ходовые приемы и решения.

Дорого ли заниматься электроникой

К сожалению, деньги потребуются! Радиолюбительство не самое дешевое хобби и потребуется некоторый минимум фин. вложений. Но начать можно практически без вложений: книги можно доставать буккросингах или брать в библиотеках, читать в электронном виде, приборы можно купить для начала самые простые, а более продвинутые купить тогда, когда будет не хватать возможностей простых приборов.

Сейчас купить можно всё: осциллограф, генератор, источник питания и другие измерительные приборы для домашней лаборатории — всё это следует со временем приобрести (или сделать самому то, что в домашних условиях сделать можно)

Но когда ты маленький и начинающий можно обойтись пальником и деталями из сломанный техники, которую кто-нибудь выкидывает или просто валялась дома давно без дела. Главное иметь желание! А остальное приложится.

Что делать, если не получается?

Если сталкиваешься со сложностями, то не надо рвать волосы и думать о себе, что ты самый тупой на свете, так как Вася понимает, что такое обратный ток коллектора, а вот ты все никак не можешь понять почему он играет роль. Может быть Вася просто надувает щёки, а сам ни бум-бум =)

Качествои и скорость самообучения зависят не только от личных способностей, но и от окружения. Вот тут надо радоваться существованию форумов. На них все таки встречаются (и часто) вежливые профессионалы, готовые с радостью учить новичков. _{(Есть еще всякие грымзы, но считаю таких людей потерянной веткой эволюции. Мне их жаль. загибать пальцы — это понты самого низкого уровня. Лучше просто молчать)}

Полезные программы

Обязательно следует ознакомиться с САПРами: рисовалками принципиальных схем и печатных плат, симуляторами, — полезные и удобные программы (Eagele, SprintLayout и т.д.). Я выделил на сайте целый раздел под них. Время от времени там будут появляться материалы по работе с программами, которые использую сам.

И самое главное — испытывайте радость творчества от радиолюбительства! На мой взгляд к любому делу следует относится как к игре. Тогда оно будет и занимательным и познавательным.

О практике

Обычно каждый радиолюбитель всегда знает какое устройство хочет сделать. Но если ты еще не определился, то я посоветую собрать источник питания, разобраться для чего нужна и как работает каждая его часть. Затем можно обратить внимание на усилители. И собрать, например, аудиоусилитель.

Можно поэксперементировать с самыми простыми электрическими цепями: делителем напряжения, диодным выпрямителем, фильтрами ВЧ/СЧ/НЧ, транзистором и однотранзисторными каскадами, простейшими цифровыми схемами, конденсаторами, индуктивностями. Всё это пригодится в дальнейшем, а знание таких основных цепей и компонентов придаст уверенность в своих силах.

Когда шаг за шагом идешь от простейшего к более сложному, тогда знания порционно накладываются друг на друга и легче освоить более сложные темы. Но иногда не ясно из каких кирпичиков и как следует сложить здание. Поэтому иногда следует действовать наоборот: поставить цель собрать какое-нибудь устройство и освоить множество вопросов при его сборке.

Источник

Микроэлектроника для школьников от самого истока

Несколько лет назад довелось мне попробовать свои силы в заманивании пытливых отроков в разработку микроэлектроники. А дальше было, как в известной пословице: «Коготок увяз — птичке пропасть!» Остановиться уже не смог. Хочу поделиться с общественностью этим опытом, возможно, другие инженеры-электронщики тоже захотят устроить что-то подобное. Грамотнее народ – лучше жизнь.

Началось все с того, что мы почти случайно договорились с Межрегиональной компьютерной школой в подмосковной Дубне о проведении для их слушателей чего-то вроде лекции о проектировании микропроцессоров. Тема эта известна мне не понаслышке, два десятка лет в ней варюсь. Довелось поработать и в отечественных, и в зарубежных фирмах. Ну и почему бы подросткам не рассказать, в чем состоит работа инженеров, выдумывающих внутренности «процов». Это не среди таких же зануд на конференции выступать — перед детьми просто оттарабанить текст не получится. Если им будет совсем не интересно, то плевать им на почетные седины, блистательные лысины и надутые щеки. Будут зевать, не стесняясь, и ерзать на стульях в надежде сбежать поскорее. Но есть и плюсы — всякие вольности, шутки, неточности и упрощения не вызовут негодования и требований сжечь еретика-докладчика. В общем, судя по количеству вопросов в процессе общения, первый блин вышел не комом, стало интересно двигаться дальше.

А дальше после подобного занятия со школьниками и преподавателями уже в лагере Goto Camp возникла идея дать попробовать детям самим собрать на макетке разнообразные «запчасти» для процессоров и пощупать их вживую. Благо в лагере среди разнообразных программистов было и логово робототехников, у которых можно было разжиться микросхемами, проводами, светодиодами и кнопками. Такой подход в тысячу раз лучше, чем разглядывать схемы и диаграммы на бумаге. Увидеть своими глазами, как нолики и единицы бегают внутри схемы, потыкать в логические вентили пальцем — что может быть надежнее для освоения материала. А то они программируют свои микроконтроллеры, как черные ящики, вообще не представляя, что у тех внутри шуршит. И даже ПЛИСы не решат задачу сделать электронику наглядной. Ну, написал ребенок на Verilog’е логическую функцию, ну, закачал ее через программатор внутрь — результат тот же, вся логика скрыта в недрах микросхемы. Поэтому — только вентили. А еще лучше — транзисторы.

Набор «рассыпухи», доступной в лагере на момент озарения, был небогатым. Но главное — он был. Нужно было на этой базе придумать нечто, что могло призывно мигать лампочками или чем-нибудь жужжать. Ситуация осложнялась тем, что я провел теоретическую беседу о микропроцессорах и уехал к себе домой за 50 км от лагеря. То есть я был тут, а детали — там.

Поэтому с одним из преподавателей пришлось устроить сеансы телеэлектроники. Я придумывал схемы, рисовал их на промокашках и пересылал фотографии ему. А он пытался разобрать эту клинопись, собрать ее на макетке и добиться правильной работы. Описывал мне результат в ответных сообщениях, а я старался определить причину неполадок и глюков, чтобы их устранить. Удивительно, но в итоге все же нам удалось победить две схемы: дешифратор адреса и мультиплексор. Еще не было ясно, как это понравится детям, но уже было что им показать.

В лагере был устроен опрос, есть ли желающие посетить уже не лекцию, а семинар с лабораторкой на тему работы внутренностей цифровых чипов. Нашлась дюжина отважных пятнадцатилетних, которым не страшно было попробовать понять материал, который, между прочим, на третьем курсе института обычно рассказывают. Сразу было ясно, что из изложения надо к черту исключить ТТЛ, ЭСЛ и прочие замшелые типы логики, которыми профессура конопатит мозг студням. Только КМОП, только мейнстрим! На свой страх и риск включил туда объяснения принципов работы МОП-транзисторов в цифровых схемах. Но без физики полупроводников и прочих ужасов.

Здесь лирическое отступление в адрес тех, кто ругает современную молодежь за лень и глупость. Пусть они не бухтят, вот что. Нормальная у нас молодежь, не слушайте старых ворчунов, парни и девчонки. Лирическое отступление окончено.

Дети так ловко схватывали материал, после объяснений и примеров смело выходили к доске, установленной прямо на лужайке под открытым небом, и рисовали по таблицам истинности вентили на транзисторном уровне — это было прекрасно. Потом вместе на этих вентилях мы «изобрели» сумматор, дешифратор и мультиплексор. А после этого — тадам! — преподаватель и добрый волшебник Алексей вынес макетки с результатами наших с ним телемучений. Это вызвало некоторый ажиотаж среди слушателей — можно потрогать руками то, что только что рисовалось на доске фломастерами, и понажимать кнопки, наблюдая за переключением светодиодов на выходах. Лучшая реплика при этом была: «Ааааа, теперь я понял, куда подевались почти все провода из лаборатории!»

После этого дети задали много вопросов по электронике. На них мне, к счастью, хватило квалификации ответить. Кроме одного: «А где почитать про то, что вы рассказывали?» А ведь и негде. Старые советские книжки, по которым мы паяли свои цветомузыки и радиоприемники, устарели с точки зрения «цифры». Институтские буквари своими формулами отобьют всякое желание изучать электронику. Есть прекрасная книжка Харрисов, но там нет экспериментов на макетке. Есть отличные наборы компонентов с макетками, но там обычно нет подробных объяснений, как все эти устройства работают. Опять пришлось уезжать с чувством, как будто что-то не доделал.

Как известно, если тебя не устраивает то, что есть, не ной, а сделай сам, как считаешь нужным. Пришлось засесть за написание и издание учебно-практического курса для толковых школьников. Для этого, конечно, потребовалось купить детали, макетку, провода и начать играть в работу дома. Внезапно это оказалось страшно увлекательно.

Вот, например, игра «кто быстрее» на двух МОП-транзисторах:

Мы эту игру потом собрали на печатной плате с младшеклассником, и она вызвала живой интерес у его школьных товарищей, которые целую неделю на переменах азартно жали кнопки, отложив смартфоны в сторону. Кто там говорит, что детей от телефонов за уши не оттащишь? Ну а герой паяльника и канифоли потребовал придумать что-нибудь еще, чтобы можно было поразить товарищей.

А вот это — вентиль XOR (исключающее ИЛИ) на дюжине транзисторов:

А вот это D-триггер, срабатывающий по уровню (триггер-защелка). На нем прекрасно отрабатываются идеи запоминания и хранения данных:

Разобравшись с работой всех видов логических вентилей на транзисторном уровне, можно перейти уже к микросхемам малой степени интеграции серии CD4000. Никаких чудес и магии в их работе уже не будет после возни с транзисторами на макетке. Вот, например, полный сумматор:

А вот, не поверите, макет оперативной памяти. Он, конечно, убогий — четыре регистра по два бита. Но это честная память с дешифраторами адреса, битовыми шинами, запоминающими ячейками и прочими узлами и проводами, в каждую точку которых можно ткнуть щупом логического пробника и по загорающимся и гаснущим светодиодам увидеть беготню нулей и единиц по схеме, разобрать в деталях процессы чтения и записи данных.

Всего в новом варианте курса для летней школы насчитывается три десятка схем, развлекательных и образовательных, которые последовательно от одного транзистора до десятка микросхем помогают детям узнать цифровую электронику, даже не умея программировать.

В общем, нынешним старшеклассникам точно по зубам освоение премудростей проектирования компьютерного железа с самого низкого уровня. Нет там ничего такого, что недоступно пытливому уму при современных компонентах и возможностях. Есть надежда, что удастся расширить и углубить пропаганду микроэлектронных ценностей среди населения.

Источник

С чего начать изучение электроники

Электроника, как хобби. Кризис жанра?

Многие из тех, кто превратил электронику в занимательное времяпрепровождение, часто задают себе вопрос: «Зачем я этим занимаюсь?». Читаю журналы и книги из раздела «Электроника это просто» и прочую литературу из серии «Для чайников». На более сложные и умные книги просто не хватает терпения.

А далее рассуждения идут примерно по такому руслу: вот, мол, сделал простенький усилитель, собрал несколько мигалок (световых эффектов), зарядное устройство. А оказывается, все это можно купить, если не новое, то во всяком случае б/у, и окажется все лучшего качества, в фирменных корпусах, даже в рабочем состоянии. Спрашивается, где же выгода, экономический эффект от подобных занятий?

Так и электроника, увлечение которой в молодом возрасте приходит просто из любопытства: а как это устроено, и почему оно работает так, а не иначе? К тому же наука это непростая, требует приложить немало усилий на изучение теории, создание первых работающих устройств, а впоследствии, при появлении опыта, разработка собственных схем и ремонт аппаратуры промышленного изготовления.

Серьезные игрушки

Одним из «непонятных» направлений в любительской электронике можно считать роботостроение. Конструкции подобных «роботов» чаще всего представляют собой небольшую тележку, которая может объезжать препятствия, двигаться по заданному маршруту и управляться от пульта управления. Правда такое творчество наиболее характерно для западных радиолюбителей, в странах СНГ этим занимаются не столь охотно.

Казалось бы, что тут такого? Непосвященный, увидев конечный результат, просто скажет: «Ну и что?». А тем, кто занимается этим на полном серьезе, тема эта настолько близка, важна и понятна, что по этому направлению в Интернете можно найти не один и не два форума, и даже скачать книги, чаще на английском языке, на эту тему.

И в самом деле, если разобраться, то устройство «роботов» заслуживает внимания. Ведь схемы управления чаще всего строятся на микроконтроллерах, пусть даже самых простых, но начинать и следует с простого. Сначала «изобретатель» практикуется в написании простых и коротких программ (без программы не будет работать ни один контроллер), а после переходит к сложным и большим. Ведь изучить программирование можно только начав писать собственные программы. хорошо, если в этот момент рядом окажется человек, который может объяснить с чего начинать, зачем все это программирование нужно.

Достаточно часто случается, что именно это хобби плавно переходит в любимую профессию. И, видимо, прав был древнекитайский мыслитель Конфуций, который сказал примерно следующее: «Если выбранная работа будет вам по душе, то ни одного дня в своей жизни вам не придется работать». Наверно, в этом изречении подразумевалось, что слово работа однокоренное со словом раб.

Итак, человек после основательных раздумий, может даже под влиянием своих хороших друзей, принял решение в свободное время заняться электроникой, превратить ее в свое хобби: заразительными бывают примеры не только плохие, но и хорошие. Это решение сразу вызывает появление целого ряда проблем, казалось бы неразрешимых. Вот только некоторые из них.

Как организовать рабочее место

Такая проблема достаточно просто решается в современных частных домах, где небольшой уголок, чтобы поставить стол, можно найти где угодно: в гараже, в подвале, в кладовке, в комнате и может даже на чердаке. Несколько сложнее дело обстоит в многоквартирном доме, но если близкие смогут понять, насколько серьезно и полезно это увлечение, то свободный уголок в одной из трех и даже двух комнат всегда найдется.

Если увлечение электроникой не прекратится и не зачахнет в самом начале, а пойдет успешно, то со временем любитель – электронщик для занятий любимым делом может арендовать помещение, открыть свою ремонтную мастерскую, превратить хобби в любимую профессию. Таких специалистов в настоящее время великое множество.

Чаще всего электроникой начинают заниматься примерно так: берется готовая схема, приобретаются детали, инструменты, и вперед. Берется в руки паяльник, собирается самая первая схема, включается, ура, заработало!

Первый успех заставляет перейти к повторению других готовых схем. Но иногда бывает и по другому: собранная схема не заработала, попытки «оживить» ее результатов не принесли, и паяльники, детали забрасываются в дальний угол, иногда навсегда. Поэтому, первые схемы должны быть простыми, которые начинают работать сразу. В этом плане можно рекомендовать классические схемы электроники. Прежде всего это генераторы, на основе которых можно собрать «пищалки и мигалки».

Первая заработавшая схема просто окрыляет. Но, чтобы увлечение электроникой не превратилось в мучение, следует заняться изучением теории, хотя бы самых азов.

Где взять теоретические познания

Если человек в средней школе учился достаточно хорошо, то закон Ома и еще несколько основных законов физики запомнил. Совсем неплохо, если и математика была любимым предметом. А если удалось освоить еще и английский язык, то совсем прекрасно: большая часть современной технической документации как раз на английском. Именно эти учебные дисциплины и заставляют задаться вопросом, как вся эта электроника устроена, а со временем превратить ее в свое хобби.

И не надо думать, что без специального высшего образования совсем ничего не получится. В свое время журнал «Радио» многих своих авторов и читателей называл «инженерами без диплома», настолько хорошо они разбирались в схемотехнике различных устройств и собирали неплохие конструкции. Вообще журналов до сих пор выпускается множество, например украинский «Радиоаматор», белорусский «Радиомир», российские «Схемотехника» и «Ремонт электронной» техники.

В журнале «Радиоконструктор 03 – 2011» есть целая статья об использовании радиодеталей б/у, что очень кстати для начинающих радиолюбителей. Там же даются рекомендации по проверке деталей и предупреждение о том, что попытка «собрать» транзистор из двух диодов, что иногда пытаются сделать начинающие, к положительному результату не приведет, хотя при проверке транзистор похож именно на два диода. Ну, почти, как у классиков: «Моторчик был очень похож на настоящий, но не работал».

В других литературных источниках авторы напротив не рекомендуют пользоваться деталями сомнительного происхождения. Лучше найти способ на чем–то заработать, и купить детали для опытов. Пожалуй, это мнение более правильно.

Электронные журналы

В качества примера можно привести электронный журнал «Радиолоцман». Именно последние три слова достаточно набрать в поисковой строке, например, «Яндекса», чтобы познакомиться с его содержимым, и даже скачать отдельные номера или даже подшивку за целый год. Содержимое журнала достаточно многообразно и интересно.

Журналы, это, конечно, хорошо, но не следует забывать и о книгах. В сети Интернет сейчас можно найти практически любую литературу, в том числе и техническую. Многие из этих книг стали уже музейными экспонатами, например, справочники радиолюбителя, начиная со второй половины прошлого века. В них можно не только проследить историю развития радиолюбительства, но и найти множество полезных сведений, которые до сих пор не утратили своей актуальности.

Одной из лучших книг по радиоэлектронике следует, пожалуй, считать «Искусство схемотехники» авторы П. Хоровиц и У. Хилл. Последнее издание этого занимательного трехтомника вышло в 1993 году.

В книге рассказывается практически обо всем, что использовалось в то время продолжает использоваться до сих пор. При этом авторы, даже самые сложные схемы объясняют просто, что называется «на пальцах», используя минимальное количество формул. Книга содержит множество практических схем с примерами их расчетов. Текст книги, рассчитанной на массового читателя, достаточно прост и дружелюбен, содержит некоторое количество юмора. Поэтому не надо бояться прочтения этого трехтомника.

С таким же названием есть несколько книг и других, более современных авторов, которые также можно скачать в Интернете, либо купить бумажный вариант в интернет магазине. В этих книгах можно найти сведения по современной элементной базе, ведь электроника развивается быстрее всех остальных областей науки и техники.

Источник