Электроника для начинающих

Паоло Аливерти, инженер в области телекоммуникаций, создатель цифровых устройств и предприниматель. В 1999 году окончил Миланский политехнический университет с дипломной работой в области робототехники и искусственного интеллекта, касающейся систем видения для роботов, играющих в футбол. С десяти лет увлекается электроникой и микрокомпьютерами. Он написал «Справочник для начинающих» для издательского дома LSWR (переведенный на английский язык при поддержке Maker Media), а также две другие книги о 3D-печати. Организует курсы и семинары по цифровому производству, интернету вещей и физическому компьютингу. В 2011 году он основал Frankenstein Garage, а позже FabLab в Милане. Он также занимается проектированием и изготовлением прототипов для предприятий. Увлекается любительским альпинизмом.

Предупреждение

Электрический ток может быть очень опасным: он невидим, и, если не быть достаточно внимательным, можно столкнуться с серьезными и даже смертельными случаями. Никогда не используйте для ваших экспериментов сетевое напряжение 220 вольт. Используйте только батарейки, соблюдая при этом осторожность.

Много лет назад я был в Риме для работы с роботами на соревновании среди роботов Robocup99. У команды Миланского политехнического университетабыл робот по имени Руллит, который состязался среди роботов средних размеров. Руллит был довольно тяжелым роботом и заряжался несколькими пачками батарей на 12 вольт весом в несколько килограмм. После многих часов программирования мои силы были исчерпаны, и, подключая электропитание к роботу, я перепутал красные провода с черными. Произошел небольшой взрыв, который продырявил зеленый ковер игрового поля!

Если вы не уверены или сомневаетесь, спросите у эксперта, друга или электрика… В интернете можно найти много сайтов и тематических групп (даже в «Фейсбуке»), хоть и не всегда легко понять, действительно ли человек является экспертом.

Ни я, ни издатель не можем брать на себя никакой ответственности за результат, полученный в ходе экспериментов, описанных в этой книге. Мы не можем отвечать за несчастные случаи или вред, причиненный предметам, людям или животным, который может возникнуть в ходе проводимых вами экспериментов.

Глава 1

Электронные схемы, ток и напряжение

Чтобы разрабатывать схемы и понимать поведение электронных устройств, необходимо начать с основных понятий. Мы будем говорить о токе, напряжении, сопротивлении и зависимости между ними. Для объяснения понятий мы будем сравнивать электрический ток с потоком воды.

Мы начнем наше приключение с немного скучной темы. Впрочем, с этого всегда нужно начинать! Чтобы подняться на гору, нужно оставить свой автомобиль в долине, а затем идти по скучным лесным тропам, прежде чем мы увидим величественные вершины. В этой главе мы проговорим теорию и попытаемся понять, что такое электрический ток и как он себя ведет.

Возьмем электронную схему и внимательно ее рассмотрим. Она выглядит как миниатюрный город со множеством линий, как дороги, которые аккуратно переплетаются, соединяя между собой маленькие цилиндры или кубики, полные таинственных надписей. Мы видим конечный продукт проектирования и разработки, которая началась, вероятно, несколько месяцев или лет назад. Схема, что мы держим в руке, была сначала спроектирована, соединяя ряд символов на листе бумаги или на мониторе, а затем преобразована в реальный объект, сделанный из пластика, смол и металлов различных видов. Маленькие линии светло-зеленого цвета называются полосами движения и являются эквивалентом электрических проводов. Небольшие объекты цилиндрической или кубической формы представляют собой электронные компоненты, которые служат для изменения движения тока.

Это изделие называется печатной платой, или РСВ (Printed Circuit Board). До изобретения печатных плат (они появились после Второй мировой войны), схемы были реализованы путем соединения проводами различных элементов. Собирать схемы таким путем не очень эффективно: очень легко ошибиться, и такой труд сложно автоматизировать. Так могут реализовываться схемы и в наши дни, но только для создания прототипов. Печатные платы позволяют получать надежный результат в короткие сроки. Современные схемы спроектированы специально для возможности автоматизированной установки, тем самым экономя много времени и производя тысячи экземпляров в день.

Диполи