قدم غيتس مقدمة للإلكترونيات. إيرل دي جيتس "مقدمة في الإلكترونيات" سلسلة النهج العملي: "الكتب المدرسية والمواد التعليمية". الاحتياطات العامة
هذه المقالة عبارة عن مقدمة لسلسلة دروس الإلكترونيات للمبتدئين. المسلسل مؤلف بطريقة غير عادية إلى حد ما. سوف تغوص في عالم الإلكترونيات تدريجياً ، خطوة بخطوة لتشق طريقك إلى المبادئ والمفاهيم الأساسية. لن يبدأ مسارك بتعريف ما هو حالي ، ولكن على الفور من قمة عالم الإلكترونيات - الأجهزة الرقمية. سيكون مثيرا للإهتمام!
- الحساب الثنائي
- حول ما هو الأفعى
- ماذا تفعل المعددات والموزعين
- أجهزة فك التشفير ومخففات التشويش في الدوائر الرقمية
- ماذا تفعل السجلات داخل وخارج المعالج؟
- دعونا نحسب؟ عدادات رقمية
- الزناد أو الرافعة الرقمية
- المنطق ، مجرد منطق ثنائي
- إشارات في الإلكترونيات
- كيف تعمل الإلكترونيات التناظرية
- نظرة على الزناد من خلال عيون الإلكترونيات التناظرية
- الثنائيات والترانزستورات
- المحاثات والمحولات
- المكثفات
- المقاومات
مقدمة
اليوم اجهزة كهربائيةتساعد في التحكم في محطات الطاقة النووية والطائرات والسفن وطهي الطعام وإطلاق الأقمار الصناعية واستكشاف عوالم بعيدة. لذلك ، يجب أن يعرف الجميع تقريبًا ما هي الإلكترونيات في الوقت الحاضر. علاوة على ذلك ، يتم دراسة الكهرباء في المدارس والجامعات.
من وجهة نظر الشخص العادي ، تعتبر الإلكترونيات صناعة توفر أجهزة مفيدة للمنزل والعمل ، ومن وجهة نظر هواة الراديو ، فهي علم كامل يجمع بين نجاحات الرياضيات والفيزياء والكيمياء و التكنولوجيا الصناعية. إذا كنت مهتمًا بالإلكترونيات ، فقد وصلت إلى الموقع الصحيح.
في البداية ، قد تبدو لك الأجهزة الإلكترونية جبلًا شديد الانحدار لا يمكن الوصول إليه ويأسر بقممه الثلجية الجميلة بشكل لا يصدق. ربما تعتقد الآن أن قلة مختارة فقط يمكنها إتقان دراسة الإلكترونيات. أعتقد خلاف ذلك. إذا كان شخص ما يمكن أن يتقن ذلك ، فعندئذ يمكنك ذلك. تحتاج فقط إلى معرفة كيفية عمل عالم الإلكترونيات ، وفهم الأفكار العامة ، ثم تعميق معرفتك تدريجيًا.
إذا لم تكن الإلكترونيات موجودة قبل مائة عام وكانت المعلومات تتعلق أساسًا بالكهرباء والآلات الكهربائية ، فإن الإلكترونيات تمثل اليوم عالمًا ضخمًا له اتجاهات عديدة. لذلك ، يمكنك للأسف قليلاً ، ولكن بصدق أن تلاحظ أنه من المستحيل دراسة كل شيء والاستيلاء على كل شيء على التوالي سيكون قرارًا سيئًا.
في بداية مسار راديو الهواة ، يكون الأمر صعبًا بشكل خاص. يوجد الآن الكثير من المعلومات حول الإلكترونيات وتبدأ العيون من أين تبدأ وأين تقترب منها. أنا نفسي كنت في مكانك ، ولكي أكون صادقًا ، كان رأسي يغلي أحيانًا. لهذا السبب قررت كتابة دليل للإلكترونيات لهواة الراديو المبتدئين. بمساعدته ، أريد مساعدتك على السير على مسار راديو الهواة والدخول إلى عالم الإلكترونيات.
الإلكترونيات مسلية وممتعة وجميلة ، وأود أن يهتم المزيد من الناس بالإلكترونيات. تطوير مجتمع حديثيعتمد كليًا على التطورات في مجال الإلكترونيات. إنها تستحق أكثر من أن تصبح هواية ومهنة كاملة مدى الحياة.
تقليديا ، تبدأ دراسة الإلكترونيات من الأسفل إلى الأعلى: أولاً تخبر ماهية الشحنة ، ثم الجهد والتيار ، ثم توصف المقاومات والمكثفات والمحاثات ، ثم الثنائيات ، والترانزستورات ، ومضخمات التشغيل ، وأنواع مختلفة من الدوائر الدقيقة ، و الاعجاب.
في هذا الكتاب ، قلبت كل شيء رأسًا على عقب. وقد فعل ذلك عن قصد. فكر في كيفية تعاملك مع شيء جديد لنفسك؟ على سبيل المثال ، رأيت جهازًا غير عادي ، وأصبحت مهتمًا بتصميمه ، وبدأت في دراسة كيفية عمله ، ثم كيف يعمل ، ومكوناته وكيف تترابط أجزائه. تدريجيًا ، خطوة بخطوة ، تعمق وتصبح معرفتك أعمق. وكأنك تنزل من الجبل إلى قدمه ، تنتقل من الكل إلى التفاصيل. هذه هي الطريقة التي يعمل بها تفكيرنا. أولاً ، نقوم بإنشاء صورة عامة للعالم ، ثم نقسمها إلى أجزاء وندرس كل جزء على حدة.
من الواضح أن النزول إلى أسفل الجبل أسهل من الصعود إلى القمة. لذلك ، قررت أنه بدلاً من دراسة المقاومات ، سنبدأ على الفور بالتكنولوجيا الرقمية والميكروكونترولر. ثم دعونا نرى كيف يتم ترتيب الكتل الفردية للتكنولوجيا الرقمية ، وننزل إلى العناصر المنطقية والحساب الثنائي ، ثم ننتقل تدريجيًا إلى الإلكترونيات التناظرية وننظر في كيفية ترتيب العناصر المنطقية نفسها بالفعل ، ولكن من وجهة نظر التناظرية إلكترونيات.
ثم دعنا نذهب خطوة أخرى إلى الأمام ونرى كيف يتم ترتيب المكونات الإلكترونية المختلفة وعلى أساس المبادئ الفيزيائية التي تعمل بها. على طول الطريق ، سوف نقوم بتحليل مختلف المبادئ والمفاهيم المادية. أجد أن هذا يسهل فهم المبادئ الأساسية والحصول على أساس جيد لمزيد من المعلومات دراسة ذاتيةإلكترونيات.
مع تقدم القصة ، سيتم تجاهل التفاصيل غير الضرورية للتأكيد على الأفكار الأكثر أهمية والأساسية. في البداية ، ستعيق الكثير من التفاصيل فقط طريق استيعاب الأفكار الأكثر أهمية. آمل أنه من خلال التخلص من الأشياء غير الضرورية ، سأكون قادرًا على التوضيح ، وجعل قصتي واضحة ومسلية. اسمحوا لي هواة الراديو ذوي الخبرة والمهندسين المحترفين وأكاديميين العلوم "الإلكترونية" أن يغفروا لي على هذا. هذا الكتاب ليس لك. لكن يمكنك مساعدتي في تحسينه من خلال الإشارة إلى الأخطاء في النص.
إذا كان لدي مثل هذا الكتاب في بداية رحلتي ، فسأكون سعيدًا. دع دليل السفر الخاص بي يحول طريقك إلى إلكترونيات إلى رحلة على الطريق السريع. يذهب!
ولكن قبل الانتقال إلى القصة الرئيسية ، أود أن أشكر العمالقة وأعمالهم ، الذين أقوم ببناء قصتي على أكتافهم: P. Horowitz ، W. Hill ، S. A. Gavrilov ، Yu. Revich ، Yu. Sato ، V.G. ... بوريسوف ، أ.شيشكوف ، أ. روفدو ، ي.سوماتسو ، أ.ف. بيلوف ، أ. كريلوف ، إ. سيدوف وآخرين - لا يمكنك حتى تذكرهم جميعًا. شكرا لك على كتبك. علموني الكثير.
بدأ تأليف هذا الكتاب بمراجعة أكملتها قبل عدة سنوات. ثم نظرت إلى حوالي عشرين تخصصًا في صناعة الإلكترونيات وحاولت الإجابة عن الأسئلة التالية:
1. ماذا يجب أن يكون التحضير للطلاب الذين يبدأون العمل في مجال الإلكترونيات بعد التخرج؟
2. هل أهداف وأولويات برامج الإلكترونيات في المدارس الثانوية الحالية تتماشى مع التغيرات في الصناعة؟
وجدت الدراسة أن الصناعة تحتاج إلى خريج إلكترونيات يمكنه اكتشاف الأعطال وإجراء القياسات باستخدام مجموعة متنوعة من معدات الاختبار ، وخاصة راسم الذبذبات ، ويكون قادرًا على اللحام ومعرفة مكان العثور على المعلومات والتنقل في الكتب المرجعية للإلكترونيات.
لقد وجدت أيضًا أن الصناعة تقدر الطلاب أكثر لقدرتهم على ذلك صنعمن القدرة على المعرفة.
باختصار ، توصلت إلى استنتاج مفاده أنه يجب تخصيص وقت أقل لنظرية التدريس ووقت أكبر للممارسة.
الطبعة الثانية مقدمة في الإلكترونياتتواصل تزويد الطلاب بالمعرفة الأساسية للإلكترونيات التي تحتاجها الصناعة. تم تصميم نص الكتاب بعناية لجعل عملية التعلم أسهل وأكثر فعالية. الدورة مدتها عام واحد وتركز على غرس مهارات البحث بدلاً من تدريس مهارة. ومن المفترض أن تدرس دارات التيار المستمر والتيار المتردد في الفصل الدراسي الأول ، ودوائر أشباه الموصلات والدوائر الخطية في الفصل الثاني ، والأجهزة الرقمية في الفصل الثالث.
فيما يلي بعض السمات الرئيسية لعرض المواد:
فصول الكتاب قصيرة للغاية ومخصصة لموضوعات ضيقة.
يشار إلى أهداف التعلم في بداية كل فصل.
لتحسين فهم المادة ، تستخدم الرسوم التوضيحية على نطاق واسع في الكتاب.
في كل فصل توجد أسئلة استطلاع للطالب ليختبرها بنفسه.
يتم استخدام الرياضيات الموجودة في الكتاب فقط لكتابة الصيغ الأساسية.
توضح الأمثلة المتكررة كيفية استخدام الصيغ الرياضية.
يسرد الملخص بعد كل فصل أهم الأسئلة.
أسئلة التقييم الذاتي تختتم كل فصل.
أثناء تطوير الكتاب ، تم عمل كل شيء لتلبية احتياجات كل من الطلاب والمعلمين.
هيكل الكتاب بحيث يتم تقديم المواد فيه في تسلسل منطقي. ومع ذلك ، نظرًا لأن كل فصل هو وحدة منفصلة ، فقد يختلف تسلسل عرض المواد للطلاب اعتمادًا على أسلوب التدريس.
أحضرت مدرسًا للرياضيات للتحقق من دقة جميع الأمثلة وأسئلة الاختبار الذاتي. تم إعداد جميع الأمثلة في هذا الكتاب بمساعدة هذا المدرب. من خلال هذا النهج ، تم إنشاء أمثلة لمساعدة الطالب على ربط الرياضيات التي يتم تدريسها في دروس الرياضيات بالرياضيات المستخدمة في الإلكترونيات.
نظرًا لأن الطلاب في المعمل وضعوا النظرية التي تعلموها في الفصل موضع التنفيذ ، فقد قمت بتطوير دليل لها العمل المخبرييفي بمتطلبات الصناعة. تعزز المشاريع الطموحة تعلم الطلاب وتساعدهم على رؤية النظرية تصبح ممارسة.
سيساعد هذا الكتاب المدرسي ودليل المختبر الطلاب على توسيع معرفتهم بالإلكترونيات. لقد قمت بتضمين دليل المنهج في دليل المدرب ، والذي يعمل كأساس لبرامج الإلكترونيات. تم استخدام هذا المنهج في منطقتنا التعليمية لعدة سنوات وأثبت نجاحه. بالإضافة إلى ذلك ، تم تقديم دليل المناهج إلى إدارة التعليم في ولاية نيويورك وتمت الموافقة عليه كخيار لبرامج التكنولوجيا.
أود أن أشكر شخصين ساعدتهما ودعمهما في جعل مراجعة هذا الكتاب ممكنة: مدرس الرياضيات شيريل سكولاند ومعلم الإلكترونيات رولف تيدمان من المدرسة المركزية اليونانية. أود أيضًا أن أعرب عن امتناني لممثلي الصناعة الذين استمروا في تقديم الدعم لي عندما كنت في حاجة إليه: جيرالد باس ، رئيس EIC للإلكترونيات وتوماس فيجادل ، مالك شركة Glenwood Sales. كما أشكر العديد من المعلمين الذين استخدموا نص الكتاب في دروسهم ولفتوا انتباهي إلى عدم الدقة ، مما يشير إلى الأسئلة التي يجب استبعادها أو توسيعها.
أود أيضًا أن أشكر المراجعين على دعمهم الكبير: جيمس راونر من مدرسة لانكستر المهنية ؛ غاري أ. سميث من مدرسة جروتون المركزية ، ورونالد ج.فرونكوفياك من مركز أورليانز / نياجرا التعليمي ، وهوي جيه ديفيز من مدرسة ويبستر كاونتي للدراسات العليا ، وجويل شنايد من مدرسة إيست وندسور للدراسات العليا.
أخيرًا ، أود أن أشكر زوجتي شيرلي ، وابنتي كيمبرلي وسوزان ، وابني تيموثي ، الذين دعموني في إنشاء هذا النص.
الايرل لقب انكليزي. د. جيتس
هندسة السلامة
لا يُقصد من الاحتياطات التالية أن تحل محل التعليمات الواردة في الفصل أو الواردة في دليل المختبر. إذا كان لديك سؤال في وقت ما حول ما يجب عليك فعله بعد ذلك ، فاستشر معلمك.
الاحتياطات العامة
نظرًا لاحتمال حدوث إصابة وخطر الحريق وتلف المعدات والمواد ، يجب مراعاة احتياطات السلامة التالية عند القيام بأي عمل يتضمن الدوائر الكهربائية والإلكترونية:
1. قم بإيقاف تشغيل الطاقة قبل العمل على الدائرة أو المعدات... لا تهمل أبدًا أجهزة التوصيل الآمنة. لا تفترض أبدًا أن الدائرة متوقفة ، تحقق من ذلك باستخدام مقياس الفولتميتر.
2.قم بإزالة واستبدال الصمامات فقط بعد فصل الطاقة عن الدائرة.
3. تأكد من تأريض جميع المعدات بشكل صحيح.
4.توخ الحذر الشديد عند إزالة أو تركيب البطاريات التي تحتوي على حمض.
5.استخدم سوائل التنظيف المتطايرة فقط في مناطق جيدة التهوية.
6.قم بتخزين الخرق وغيرها من المواد القابلة للاشتعال في حاويات معدنية مغلقة بإحكام.
7. في حالة حدوث صدمة كهربائية ، افصل الدائرة الكهربية وأبلغ المعلم بذلك على الفور.
احتياطات الجهد العالي
مع اكتسابهم الخبرة في العمل مع الدوائر الكهربائية ، يصبح الناس ، كما هو الحال في الطبيعة البشرية ، متهورين عند إجراء العمليات الروتينية. عدة أجزاء معدات كهربائيةاستخدام الفولتية التي تهدد الحياة والتي يمكن أن تكون قاتلة إذا تعرضت لها. احرص دائمًا على مراعاة الاحتياطات التالية عند العمل في دوائر الجهد العالي أو بالقرب منها:
1. ضع في اعتبارك عواقب كل من أفعالك.... لا يوجد أي سبب على الإطلاق للاعتقاد بأنك لن تعرض حياتك وحياة الآخرين للخطر.
3. لا تعمل بمفردك... اعمل دائمًا بحضور الآخرين الذين يمكنهم تقديم الدعم والإسعافات الأولية لك في حالة وقوع حادث.
4... لا تقطع الوصلات.
5. لا تطحن نفسك.تأكد من عدم تأريضك عند إجراء التعديلات أو استخدام أدوات القياس.
6. لا تشغل الجهاز أبدًا في الرطوبة العالية.
تدابير وقائية شخصية
خذ الوقت الكافي لاتخاذ الاحتياطات عند التعامل مع الدوائر الكهربائية والإلكترونية. لا تعمل على أي دائرة أو جهاز حتى يتم اتباع جميع احتياطات السلامة.
- إذا لم يكن هناك كهرباء ،
كنا نشاهد التلفاز في الظلام.
معمر القذافي
وبالفعل لا يأتون بـ ... بل متى وبواسطة من اخترعت الكهرباء؟ ما هذا على أي حال؟ لماذا نحتاجها؟ هناك لحظات عديدة في التاريخ يمكن للمرء أن يربط بها ظهور مفهوم "الكهرباء" - من فرك العنبر بالفراء في اليونان القديمة إلى بطارية بتروف العملاقة. نعم ، وهو ليس مهمًا جدًا بالنسبة لنا ، لكن لنتحدث عن كل شيء بالترتيب.
مرحبا عزيزي! ربما يكون الوقت هو الصباح ، أو ربما يكون اليوم ، ربما تكون قد استعدت بالفعل لتناول العشاء ، أو كادت أن تنام ، لكنك تجولت هنا بالصدفة (أو عن عمد) و ... قفز! حصلت على درس حقيقي في الهندسة الكهربائية. حسنًا ، أو شبه حقيقي. يمكنني إرضاءك على الفور - هنا يمكنك التحدث والاستماع إلى الموسيقى بصوت عالٍ وتناول الطعام وحتى المغادرة وقتما تشاء ، لأن الدرس إلكتروني أو ، كما هو مألوف ، عبر الإنترنت. لا محاضرات ولا اختبارات أو امتحانات - فأنت هنا حسب الرغبة ، مما يعني أنك تريد التعلم. ثم لا توقف - فقط إلى الأمام!
التيار الكهربائي ، والجهد ، والطاقة ، والواط ، والأمبير والفولت ، والأوم والهيرتز ، والترانزستور والمقاوم ... كم عدد الكلمات غير المفهومة (أو المألوفة جدًا) دفعة واحدة. تشير كل هذه المصطلحات (بالإضافة إلى العديد من المصطلحات الأخرى) إلى الهندسة الكهربائية - العلم الذي يدرس الاستخدام والإنتاج والتوزيع والتحويل والطاقة الكهربائية. لا لا لا ، لا داعي لحفظ أو كتابة هذا التعريف! أعد المقبض في مكانه. "ولم أفكر مطلقًا في أخذها!" - قول انت. حسنًا ، صحيح. الجحيم معه من يهتم! الهندسة الكهربائية هي شيء متعلق بالكهرباء. هذا التعريف ، ربما ، سيكون أقرب إلينا ، دعنا نتحدث عنه. يمكن للخبراء في مجال الهندسة الكهربائية تطوير أجهزة إلكترونية تتراوح من أجهزة الراديو إلى الروبوتات المعقدة وأنظمة التحكم الذكية للوحدات المختلفة: الأدوات الآلية ، والناقلات ، وسفن الفضاء ، وما إلى ذلك. الإلكترونيات موجودة بالفعل في كل مكان.
والتلفزيون ذاته الذي شاهده القذافي في الظلام يعمل أيضًا بالكهرباء ، مما يعني أنه يحتوي على مكونات كهربائية. يعتمد العالم الحديث بشكل كبير على الكهرباء ، أي يعتمد على أولئك الأشخاص الذين يعرفون كيفية التعامل معها. بالطبع ، يعلم الجميع أنه من الأفضل عدم وضع أصابعك في المنفذ ، فهي لا تزال سميكة ولن تزحف من خلالها ، ولا يجب أن تمسك الأسلاك العارية ، وفجأة يسقط شيء من فوق ، لكن هذا بعيد كل البعد عن كل معرفة بالكهرباء . هل تريد أن تتعلم كيفية إنشاء الأجهزة الإلكترونية بيديك: ليس وفقًا للتعليمات الجاهزة ، والتي تُباع الآن في متاجر الراديو والتي تكلف أموالًا كبيرة مقارنة بتكلفتها الحقيقية ، ولكن بشكل مستقل ، بناءً على معرفتك وخبرتك ؟ هل تريد أن تكون قادرًا على إصلاح أي معقد بشكل مستقل جهاز الكتروني(غلاية ، تلفزيون ، إلخ)؟ اريد ان؟ نعم أستطيع أن أرى ما تريدينه في عينيك! دعونا نحاول معا.
لم يتم تناول هذه القضايا على وجه التحديد ، لأن هذا موضوع مختلف قليلاً ويستغرق أيضًا وقتًا للدراسة. ولكن في هذه الحالة ، يمكنك دائمًا الرجوع إلى الكتب المدرسية أو google.com و wikipedia.com ، حيث يمكنك العثور على إجابات لأسئلتك. أيضًا ، قد تحتوي المقالات على أخطاء أو عدم دقة. إذا رأيت واحدة ، فاكتب إلى المؤلف وسيتم تصحيحها ، لأنه لا أحد منا مثالي ولا يمكنه معرفة كل شيء وتذكره.
تتكون كل مقالة من جزء نظري (ممل) ، حيث سيتم تقديم المواد اللازمة لفهم موضوع معين ، خاصة الأماكن المهمة سيتم تمييزها بطريقة خاصة:
من المستحسن أن تتذكر هذه المعلومات. سأحاول إضافة القليل من الاهتمام إلى الجزء النظري حتى لا ينام القارئ على الأقل على الفور ، وسأحاول إبقاء القصة واضحة و لغة بسيطةباستخدام اللغة الروسية العظمى والقوية. بعد النظرية ، سيكون هناك جزء عملي (باستثناء الدرس الأول) - أسئلة أو مهام ، تُعرض على القارئ للإجابة أو حلها من أجل تعزيز المعرفة المكتسبة. وفي نهاية المقال ، ستكون هناك عدة أطروحات تعكس الخطة العامة للمقال - عبارات تحتاج أيضًا إلى الحفظ.
حسنًا ، هذا كل ما في الأمر ، دعنا نتخلص من الكلمات الفارغة ونبدأ العمل. يذهب!