1 of 31

Электроника

Курс “Цифровое производство”

Center for Digital Fabrication NUST “MISIS”

2 of 31

Цепи, схемы и инструменты

План занятия

  • Электричество и электрический ток
  • Цепи
  • Основные компоненты
  • Виды монтажа
  • Возможные применения

3 of 31

Электричество

  • В мире существует электрическое и магнитное поле
  • Электрическое поле характеризуется зарядом [Кл]
  • При наличии замкнутой цепи и зарядов с разным потенциалом в разных её точках в ней начинает течь электрический ток

​

4 of 31

Гидродинамическая модель цепи

  • ​

5 of 31

Электрическая цепь

  • При наличии заряда и замкнутой цепи в ней начинает течь ток

​

  • В данной цепи предполагается наличие источника постоянного тока

​

6 of 31

Свойства элементов цепи

  • Напряжение�
  • характеристика источника питания
  • выражается в вольтах (B, V)
  • Выражает потенциал между его выводами
  • Измеряется вольтметром

​

7 of 31

Измерение напряжения

​

Универсальный прибор (мультиметр) выставлен на соответствующий предел (2-20-200) вольт соответствующего рода тока

  • постоянный (DC, directed current)
  • переменный (AC, alternating current)

8 of 31

Свойства цепи

  • Ток

При наличии разницы потенциалов (напряжения) между двумя точками и наличии цепи между ними, через эту цепь начинает идти ток

Ток (I) выражается в амперах (А)

Выражает скорость передачи заряда (уравнивания потенциалов) между точками цепи

Измеряется амперметром

9 of 31

Измерение тока

​

Универсальный прибор (мультиметр) выставлен на соответствующий предел (0.2-2-20) ампер или миллиампер соответствующего рода тока

  • постоянный (DC, directed current)
  • переменный (AC, alternating current)

10 of 31

Измерение тока

​

  • Так как ток течёт только в замкнутой цепи, мы должны вклиниться в эту цепь
  • Это делается либо включением в разрыв существующей цепи, либо косвенным измерением наведённого магнитного поля (для больших токов, более 10А)

​

11 of 31

Система единиц СИ

Основные физические единицы

Величина

Единица

Обозначение

Длина

метр

м, m

Время

секунда

с, s

Масса

грамм

г, g

Сила тока

ампер

А

Температура

градус Кельвина

K

​

Производные физические единицы

Величина

Единица

Формула

Электрический заряд

Кл, Kl

1 Кл = 1А * с

Напряжение (ЭДС)

B, V

1В = 1Дж / Кл

Сопротивление

Ом, Ohm, Ω

1Ω = 1В / А

Ëмкость

Ф, F

1Ф = 1 Кл / В

Работа

Дж, J

1Дж = 1 Н * м

Мощность

Вт, W

1W = 1 Дж / с = 1 В * А

Частота

Гц, Hz

1 период / с

°C = K - 273.15; 20°C = 293.15 K

12 of 31

Система единиц СИ

Множители

Множитель

Название

Пример

1 000 = 103

кило-

километр

1 000 000 = 106

мега-

мегавольт

1 000 000 000 = 109

гига-

гигаом

1 000 000 000 000 = 1012

тера-

терабайт

0.001 = 10-3

милли-

миллиампер

0.000001 = 10-6

микро-

микрофарада

0.000000001 = 10-9

нано-

нанометр

0.000000000001 = 10-12

пико-

пикосекунда

13 of 31

Измерение сопротивления

​

  • В реальной цепи: R = U / I
  • Мультиметром: исключите влияние сопротивления тела (через руку)!

​

14 of 31

Сопротивление

  • В замкнутой цепи устанавливается определённый ток
  • Свойство цепи, отвечающее за его величину, называется сопротивление
  • В простой цепи (источник + нагрузка) оно эквивалентно сопротивлению нагрузки.
  • Для сложных цепей вводится

понятие эквивалентного

сопротивления

​

15 of 31

Сопротивление

Сопротивление - свойство любой реальной цепи

Определяет падение напряжения при протекании определённого тока

Чаще всего оно нелинейно, однако в фиксированных условиях не составляет труда его измерить

​

16 of 31

Закон Ома

  • I = U / R

Эквивалентно U = I * R и R = U / I

  • Сила тока в цепи пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
  • U – величина напряжения в вольтах.
  • R – сумма всех сопротивлений в омах.
  • I – протекающий по цепи ток.

​

17 of 31

Последовательное соединение элементов

  • Исходя из 1го правила Кирхгофа, в цепи, содержащей несколько последовательно соединённых элементов, ток в каждом узле одинаков.
  • Rобщ =R1 + R2 + R3

​

18 of 31

Последовательное соединение элементов

Напряжение при последовательном соединении распределяется на каждый резистор согласно закону Ома:

​

​

URx = I * Rx = U * Rx/Rобщ

Как следствие, последовательное соединение резисторов хорошо подходит для соединения светодиодов, поскольку ток ограничивается для всей цепи сразу, в то время как точное значение Ux на диодах может немного различаться: их точное сопротивление “плавает” в зависимости от множества причин.

​

19 of 31

Делаем руками: макетная плата и Arduino

План занятия

  • Как устроена макетная плата
  • Принципиальная схема
  • Жёсткая и программируемая схема
  • Arduino: простая плата с МК

20 of 31

Пайка: прикладное занятие

План занятия

  • Способы монтажа
  • Механизм пайки
  • Практика

21 of 31

Сенсоры и актуаторы (optional)

  • Дискретные
    • Одиночные
      • Кнопки, концевики
      • Пороговые датчики (чего угодно)
    • Множественные
      • Переключатели
      • Энкодеры
  • Аналоговые
    • Фотодатчики, термодатчики, тензорезисторы
    • Датчики расстояния (ИК, ультразвуковые)
    • Датчики электрических величин (напряжение, ток)
  • Цифровые
    • Термометры (1-wire/i2c), акселерометры (i2c), барометры, магнетометры
    • Датчики позиционирования (GPS)

​

22 of 31

LED Strip

A flexible PCB with LEDs soldered on

  • Different types: controlled/uncontrolled
  • Different voltages: 5/12/24/… V DC
  • Different LED density: 30/60/90/120 LED per meter
  • Different spectrum: white (warm/cold) / colored / multicolor
    • Different number of wires

23 of 31

LED Strip Types by LED package dimensions

2835

3020

3014

5050

3528

24 of 31

5V WS 2811/12/12B

In this example, the WS2812B LED strip will be powered using the 5V Arduino pin. In my case, I’m controlling 14 LEDs. If you want to control many LEDs, you’ll need to use an external power source. (5V 2A or more)��

25 of 31

12V LED

3x Resistor 220-440 Ohm

3x MOSFET

1x Arduino / Iskra Neo

12V power supply

26 of 31

Programming LED Strip manually (no library)

https://gist.github.com/NetBUG/29016a2ebe8170e9391e069ed2875b59

Applicable for a normal 12V RGB strip!

​

27 of 31

5V WS 2811/12/12B 5V

1x Resistor 220-440 Ohm

1x Arduino / Iskra Neo

1x Capacitor 100-1000 microFarad

5V power supply

28 of 31

Connecting LED Strip

29 of 31

Programming LED Strip

Adafruit Library FastLED https://github.com/FastLED/FastLED/archive/master.zip

​

​

30 of 31

Programming LED Strip

After installing the needed library, upload the following code to your Arduino board (this is an example sketch provided in the library examples folder). Go to File > Examples > FastLED > ColorPalette or copy the code below.

https://github.com/FastLED/FastLED/blob/master/examples/ColorPalette/ColorPalette.ino

​

You have to change NUM_LEDS variable to the number of LEDs in your LED strip. In our example, the LED strip is 14 LEDs long.

​

If you want to use another pin of the Arduino to control the LED strip, you need to change the LED_PIN variable:

​

​

​

​

​

​

31 of 31

TO BE ORDERED WS2812B + 5V адаптеры

​

https://xn--80aejohb3bn.xn--p1ai/catalog/svetodiodnaya-lenta/spi-lenta-begushchiy-ogon/lenty-spi-5050-60-led-5v/lenta-spi-2-5000-5v-rgb-2x-5060-300ledx1-2812-w/

or

https://duino.ru/svetodiodnaya-lenta-ws2812b

​

5v power supply

https://xn--80aejohb3bn.xn--p1ai/catalog/blok-pitaniya/bloki-pitaniya-5v-/blok-pitaniya-ardv-10-5a-5v-2a-10w/

​

​

​

​

​

​

​