Чарльз Платт – Электроника для начинающих (2-е издание) (страница 1)

Чарльз Платт

Электроника для начинающих

Make: Electronics, 2nd Edition

© 2015 Charles Platt

© Перевод, оформление, издательство «БХВ-Петербург», 2017

Перевод с английского Михаила Райтмана

Об авторе

Чарльз Платт заинтересовался вычислительной техникой, когда в 1979 году приобрел микрокомпьютер Ohio Scientific С4Р. Освоив программирование, он стал самостоятельно разрабатывать программное обеспечение и продавать его по почте. В дальнейшем он вел курсы по программированию на языке BASIC, по операционной системе MS-DOS и, в конечном итоге, по приложениям Adobe Illustrator и Photoshop. На протяжении 80-х годов он написал пять книг компьютерной тематики.

Он также писал научно-фантастические романы, в числе которых The Silicon Man («Кремниевый человек») (опубликован первоначально издательством Bantam, а позднее издательством Wired Books) и Protektor («Защитник») (опубликован издательством Avon Books). В 1993 году Чарльз Платт начал сотрудничать с журналом Wired, где пару лет спустя стал одним из ведущих авторов.

С третьего выпуска Make: Magazine началось сотрудничество Чарльза Платта с этим журналом, и оно успешно продолжается до сих пор.

В настоящее время Чарльз проектирует и собирает опытные образцы медицинского оборудования в своей мастерской, расположенной на севере штата Аризона.

Посвящается

Читателям первого издания книги Make: Electronics, которые привнесли много идей и рекомендаций для этого второго издания. В частности: Джереми Франку Jeremy Frank), Рассу Спраузу (Russ Sprouse), Дарралу Типлзу (Darral Teeples), Эндрю Шо (Andrew Shaw), Брайану Гуду (Brian Good), Бэхраму Пейтелю (Behram Patel), Брайану Смиту (Brian Smith), Гэри Уайту (Gary White), Тому Мэлону (Tom Malone), Джо Эверхарту (Joe Everhart), Дону Гирвину (Don Girvin), Маршаллу Мэги (Marshall Magee), Альберту Кину (Albert Qin), Виде Джону (Vida John), Марку Джонсу (Mark Jones), Крису Сильве (Chris Silva) и Уоррену Смиту (Warren Smith). Некоторые из них также оказали добровольную помощь в выявлении ошибок в тексте. Отзывы моих читателей по-прежнему являются очень ценным источником информации.

Выражаю признательность

Я открыл электронику вместе со своими школьными друзьями. Мы были «ботаниками» еще задолго до того, как появилось это словцо. Патрик Фагг (Patrick Fagg), Хью Левинсон (Hugh Levinson), Грехэм Роджерс (Graham Rogers) и Джон Уитти (John Witty) продемонстрировали мне много интересного в этой сфере.

Марк Фрауэнфельдер (Mark Frauenfelder) убедил меня вернуться к любительскому конструированию. Гарет Брэнуин (Gareth Branwyn) способствовал появлению книги Make: Electronics, а Брайан Джепсон (Brian Jepson) сделал возможным выход ее продолжения и этого нового издания. Все они втроем – самые лучшие редакторы, которых я знаю, и они также мои лучшие приятели. Большинству авторов повезло не в такой степени.

Я также благодарен Дэйлу Догерти (Dale Dougherty) за поддержку в самом начале пути и за радушный прием меня в качестве участника.

Расс Спрауз (Russ Sprouse) и Энтони Голин (Anthony Golin) собирали и тестировали схемы. Проверку технических фактов осуществляли Филипп Марек (Philipp Marek), Фредрик Янссон (Fredrik Jansson) и Стив Конклин (Steve Conklin). Не ругайте их, если в этой книге еще остались ошибки. Гораздо легче допустить ошибку с моей стороны, чем кому-либо найти ее.

Что нового во втором издании

Все тексты первого издания этой книги были переписаны, большая часть фотографий и схем заменена.

В этой книге везде теперь используются макетные платы с одинарными шинами питания для снижения риска ошибок при монтаже. Это изменение повлекло за собой пересмотр электрических схем, но я думаю, что оно того стоило.

Вместо фотографий макетов устройств теперь приводятся схемы размещения компонентов на макетной плате. Я полагаю, что так понятнее. Рисунок соединений изнутри макетной платы был изменен в соответствии с выбранным типом платы.

Добавлены новые фотографии инструментов и расходных материалов. Для указания размера мелких предметов использована фоновая сетка.

По возможности я заменил компоненты на более дешевые. Также я уменьшил количество комплектующих, которые вам нужно купить.

Были полностью пересмотрены три эксперимента:

• В проекте «Игральные кости» устаревшие микросхемы серии LS74xx, которые рекомендовались в первом издании, теперь заменены на более новые микросхемы 74НСхх, как и в остальных устройствах, описанных в книге.

• Вместо генератора на однопереходном транзисторе предложена схема мультивибратора на двух биполярных транзисторах.

• В разделе о микроконтроллерах теперь признано, что Arduino стала самой популярной микропроцессорной средой для начинающих.

Кроме того, два устройства, предполагающих изготовление компонентов в мастерской с использованием АБС-пластика, были изъяты, поскольку многие читатели не сочли их целесообразными.

Макеты всех страниц были изменены так, чтобы они могли легко адаптироваться под мобильные устройства. Благодаря новому форматированию текста упрощается и ускоряется внесение изменений в будущем. Мы хотим, чтобы книга многие годы оставалась актуальной и полезной.

Чарльз Платт, 2015 г.

Как получать удовольствие от этой книги

Все мы пользуемся различными электронными устройствами, но большинство из нас даже не представляет, что происходит внутри.

Вам может показаться, что вы не обязаны это знать. Вы можете управлять автомобилем, не понимая, как работает двигатель внутреннего сгорания. Так зачем изучать электричество и электронику?

Я думаю, что для этого есть три причины:

• Узнав, как работают технологии, вы сможете управлять окружающей средой, вместо того чтобы приспосабливаться к ней. Если вы столкнетесь с проблемами, то сможете их решить, а не ощущать свое бессилие по этому поводу.

• Изучение электроники – очень увлекательное занятие, особенно когда процесс обучения тщательно продуман. Кроме того, это доступно, т. к. для создания электронных устройств не потребуется дорогостоящего оборудования и комплектующих.

• Знание электроники увеличит вашу ценность в качестве работника, а возможно даже приведет к новой карьере.

Обучение через открытия

В большинстве руководств для начинающих много места отведено определениям и изложению теоретических сведений. Электрические схемы служат лишь иллюстрацией к сказанному. Изучение наук в школе часто идет тем же путем. Я называю подобный метод изучением с помощью объяснений.

Эта книга построена несколько иначе. Я хочу, чтобы вы сразу принялись за дело и начали соединять компоненты, не зная того, что же должно произойти. Как только вы увидите, что произошло, то поймете в чем дело. Такой метод изучения через открытия, по моему мнению, гораздо занятнее, интереснее и эффективнее.

Проводя исследования, вы рискуете совершать ошибки. Но я не думаю, что это плохо, поскольку ошибки – ценная часть обучения. Я хочу, чтобы вы сжигали и ломали вещи, чтобы своими глазами увидеть, как ведут себя используемые компоненты и какие ограничения они имеют. Очень низкое напряжение, применяемое во всех проектах этой книги, может повредить чувствительные компоненты, но не причинит вреда вам.

Основное требование метода «обучение через открытия» – проверка на практике. Вы можете познакомиться с электроникой, просто читая данную книгу, но вы получите гораздо более ценный опыт, когда сами будете проводить описанные здесь эксперименты.

К счастью, инструменты и компоненты, которые вам понадобятся, стоят недорого. Увлечение электроникой не должно обходиться дороже других хобби, например вязания крючком, кроме того, вам не нужна мастерская. Для всех опытов будет вполне достаточно поверхности рабочего стола.

Изучать электронику просто

Я исхожу из того, что на начальном этапе у вас отсутствуют специальные знания. По этой причине первые несколько экспериментов будут очень простыми, вам даже не потребуется макетная плата или паяльник.

Я не думаю, что основные понятия будут сложными для усвоения. Конечно, если вы желаете изучать электронику по всем правилам и конструировать собственные схемы, то это может быть непросто. Но в данной книге я свел теорию к минимуму, единственные вычисления, которые вам придется выполнять, – сложение, вычитание, умножение и деление. Также полезными (но вовсе не обязательными) станут знания о том, как переносить десятичную запятую.

Структура книги

В книге для начинающих информация обычно представлена двумя способами: в виде обучающих материалов или в виде справочных сведений. Я решил комбинировать оба этих метода.

В разделах с описанием экспериментов, необходимых комплектующих, предупреждений и советов вы найдете обучающий материал. Эксперименты – это основа книги, они упорядочены таким образом, что полученные на начальном этапе знания могут быть применены в последующих проектах. Я рекомендую вам проводить их по порядку, желательно без пропусков.

В разделах с описанием основных понятий и теоретических основ, а также исторических сведений вы найдете дополнительные справочные материалы.

Я полагаю, что справочные сведения очень важны (в противном случае, я не включал бы их), но если вы хотите без промедления двигаться дальше, то можете знакомиться с ними время от времени или вовсе пропустить поначалу и вернуться к ним позже.