На практических примерах рассказано о том, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства в домашних условиях. От физических основ электроники, описания устройства и принципов работы различных радиоэлектронных компонентов, советов по оборудованию домашней лаборатории автор переходит к конкретным аналоговым и цифровым схемам, включая устройства на основе микроконтроллеров. Приведены элементарные сведения по метрологии и теоретическим основам электроники. Дано множество практических рекомендаций: от принципов правильной организации электропитания до получения информации о приборах и приобретении компонентов применительно к российским условиям. Третье издание дополнено сведениями о популярной платформе Arduino, с которой любому радиолюбителю становятся доступными самые современные радиоэлектронные средства.
Для широкого круга радиолюбителей
Содержание:
К читателю 1
Часть I. ОСНОВЫ ОСНОВ 3
Часть II. АНАЛОГОВЫЕ СХЕМЫ 38
Часть III. ЦИФРОВОЙ ВЕК 78
Часть IV. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ 111
Приложения 152
Литература 155
Примечания 155
Ревич Юрий Вселоводович
"Занимательная электроника"
Издание третье
К читателю
Как известно, каждый сходит с ума по-своему. Есть люди, сдвинутые на собирании спичечных этикеток или монет, есть те, кто прыгает с парашютом, лазает по городской канализации или спускается на плотах по горным рекам Северного Урала и Сибири. Одна из самых распространенных разновидностей подобных психических сдвигов - радиолюбительство.
Когда-то радиолюбители были действительно только "любителями радио" - просто потому, что в 20-30-х годах XX века, когда появились первые энтузиасты, кроме радиоэлектроники, почти никакой другой электроники не существовало. О, в те времена это было жутко престижное хобби! Это сейчас мы, не успев привыкнуть к магнитолам в каждом автомобиле и двум-трем телевизорам в каждой квартире, как незаметно для себя оказались в мире глобальных электронных коммуникаций.
А тогда сама возможность слушать кого-то с другого конца Земли казалась чудом, магическим действием. Даже настройка на нужную станцию простого домашнего приемника, ставшего к тридцатым годам уже довольно обычным атрибутом не только в богатой Америке, но и в СССР, поначалу вызывала не меньше вопросов, чем сейчас установка Windows на персональный компьютер.
Но довольно быстро - начиная с 1940-х годов - электроника стала "широко простирать руки свои в дела человеческие". Термин "радиолюбительство" сохранился и по сей день, но под ним стали понимать уже отнюдь не только увлечение радиопередатчиками и приемниками. Первым делом выделилась в отдельное направление звукозапись и все с ней связанное: различные усилители, эквалайзеры, акустические устройства. Затем электроника вторглась в электротехнику и управление разными механизмами. Потом начался компьютерный бум, и стало модным все, связанное с информационными технологиями (вообще-то в них, по справедливости, следовало бы включить и радио с телевидением). Заметим, что в развитии ИТ-отрасли любители сыграли не последнюю роль - так, из увлечения Стива Возняка конструированием игровых приставок выросла компания Apple , теперь одна из самых известных и дорогих компаний мира. А из сообщества любителей программирования родилось течение "открытых исходников" ( Open Source ), в существенной мере определяющее ландшафт современного ИТ-мира.
В результате первоначально единая наука о применении электричества в технике разделилась на множество течений, значительная часть которых уже к собственно электричеству имеет лишь косвенное отношение. Выдающийся советский ученый Сергей Алексеевич Лебедев, один из создателей отечественной компьютерной промышленности, начинал с проектирования устойчивых энергосистем (т. е. с чисто электротехнических задач), а к концу своей творческой деятельности занимался уже проблемами операционных систем для сверхмощных вычислительных комплексов.
* * *
В настоящее время не более одной пятой части объема журнала "Радио", выходящего в нашей стране с 1924 года, посвящено именно радио. Следовало бы придумать иное название, но слово "радиолюбитель" прижилось и ныне означает любого, кто увлекается электроникой. Правда, так только по-русски - например, в английском языке все иначе: в нем radio ham (или на жаргоне просто ham ) есть только лишь "оператор любительской радиостанции", а для любителей электроники ( amateurs electronics ) вообще нет никакого специального термина. Только не думайте, что в Англии или в Штатах таких любителей вовcе нет, просто там это хобби традиционно имело несколько иной статус. В последние годы число таких amateurs на Западе растет опережающими темпами - возникли даже целые отрасли промышленности, выпускающие полуфабрикаты и конструкторы для любителей создания самых разных электронных изделий. Одним из самых ярких примеров может стать конструирование "интеллектуальных" роботов - в быту, за пределами военных и промышленных сфер применения, примеры массово выпускающихся роботов пока еще можно пересчитать по пальцам. Зато любительских конструкций создано неисчислимое количество: по отдельным разновидностям "умных роботов" проводятся даже чемпионаты мира - совсем, как когда-то по любительской радиосвязи.
* * *
Потому не удивляйтесь, что в этой книге, адресованной начинающим (и просто желающим повысить свою квалификацию) радиолюбителям, о радио вы вообще не прочтете ни слова. Зато довольно часто будут упомянуты компьютеры - по причинам, которые вы поймете, прочитав эту книгу. Так что же такое радиолюбительство?
Чем отличается "электронное" устройство от "электрического"? Оба они используют электрическую энергию, однако электрическое устройство, как правило, не содержит никаких заумных штучек, вроде транзисторов или микросхем, - простейшим примером электрического (электротехнического) устройства в чистом виде является настольная лампа с выключателем. Но та же лампа, снабженная регулятором яркости или бесконтактным сенсорным выключателем, является уже устройством электронным. Электронными устройствами по сути стали и давно известные люминесцентные лампы - теперь во многие из них встроена довольно серьезная схема, управляющая запуском и свечением. А в таких сложных электротехнических устройствах, как, например, современные генераторы энергии или системы электропривода, электронную часть от электротехнической уже отделить невозможно.
Эту тенденцию легко проследить на примере эволюции автомобильных электросистем, где первоначально генератор электроэнергии совместно с электромеханическим регулятором и аккумулятором представлял собой отдельную вспомогательную систему, при выходе из строя которой автомобиль тем не менее можно было завести "ручкой" и заставить передвигаться. Нарастание количества электронных узлов в конце концов связало электротехнические компоненты (стартер, генератор, аккумулятор), электронные устройства (электронное зажигание, датчики, контроллеры, вплоть до бортового компьютера) и механические узлы (двигатель с трансмиссией) в неразрывное целое, где ни одна из систем не может функционировать без другой. А некоторые последние модели автомобилей высшего класса фактически уже ближе к роботам, а не к просто автомашинам, т. е. представляют собой сложнейший электронно-программно-механический агрегат (пример - модели "Вольво", оборудованные системой Drive Me ).
Занятие радиолюбительством в нашей стране некоторое время назад, в 1960-1980-е годы, было не просто модным, а очень модным. Этому способствовало много причин: и относительно высокий уровень технического образования, и бесплатный доступ к компонентам (да-да, купить в свободной продаже что-то электронное было очень сложно, а вот вынести с завода или из НИИ - всегда пожалуйста), и, наконец, то, что промышленность явно не справлялась с обеспечением потребности населения в "продвинутых" бытовых приборах, а качество тех, что выпускались, чаще всего, было ниже всякой критики. Дешевле, лучше и интереснее было сделать самому. Поэтому в те времена стать меломаном в смысле "любителем качественной звукозаписи" означало фактически, что человек был вынужден сам изучать азы электроники и браться за паяльник ("махать паяльной косой", как любил выражаться один мой знакомый).
Положение, конечно, резко изменилось с приходом в страну дешевого и качественного ширпотреба с Запада и Востока, и теперь уже вряд ли кто будет самостоятельно изобретать, скажем, карманный плеер-"дебильник". Но, как ни странно, радиолюбительство не только не погибло, но даже расцвело - прежде всего потому, что стали доступны, пусть и за деньги, практически любые, как импортные, так и отечественные компоненты, и, что немаловажно, исчерпывающая документация к ним - в 70-е годы прошлого века какой-нибудь "Справочник по транзисторам" сметали с прилавков со скоростью, которой могли бы позавидовать сами братья Стругацкие. Популярная сеть электронных супермаркетов "Чип и Дип", ориентированная в основном на радиолюбителей, недаром хвастается миллионом посетителей в год…