Читаем Введение в электронику онлайн бесплатно

Создание этой книги началось с написания обзора, который я завершил несколько лет назад. Тогда я рассмотрел около двадцати специальностей в электронной промышленности и попытался ответить на следующие вопросы:

1. Какой должна быть подготовка студентов, начинающих работать в области электроники после окончания учебного заведения?

2. Соответствуют ли цели и приоритеты используемых в настоящее время программ высшей школы по электронике изменениям в промышленности?

Исследование показало, что промышленности нужен выпускник по специальности «электроника», который сможет обнаружить неисправности, провести измерения с помощью различного тестирующего оборудования, особенно с помощью осциллографа, он должен уметь паять, знать, где найти информацию и ориентироваться в справочной литературе по электронике.

Я обнаружил также, что промышленность больше ценит в студентах способность делать, чем способность знать.

Короче говоря, я пришел к выводу, что обучению теории надо посвящать времени меньше, а практике — больше.

Второе издание Введения в электронику продолжает давать студентам основные знания по электронике, в которых нуждается промышленность. Текст книги тщательно проработан с целью сделать процесс обучения более легким и эффективным. Курс рассчитан на один год и сосредоточен на привитии исследовательских навыков, а не на обучении мастерству. Предполагается в первом семестре изучать цепи постоянного и переменного тока, во втором — полупроводники и линейные цепи, в третьем — цифровые устройства.

Ниже приведены некоторые основные особенности изложения материала:

• Главы книги очень короткие и посвящены узким вопросам.

• В начале каждой главы указаны цели обучения.

• Для улучшения восприятия материала в книге широко используются иллюстрации.

• В каждой главе имеются обзорные вопросы для того, чтобы студент мог проверить себя.

• Математика в книге используется только для записи основных формул.

• Частые примеры показывают, как использовать математические формулы.

• В резюме после каждой главы перечислены наиболее важные вопросы.

• Каждую главу завершают вопросы для самопроверки.

При разработке книги было сделано все, чтобы она отвечала потребностям как студентов, так и преподавателей.

Структура книги такова, что материал в ней изложен в логической последовательности. Однако, поскольку каждая глава является самостоятельной единицей, последовательность изложения материала студентам может изменяться в зависимости от стиля преподавания.

Я пригласил преподавателя математики для проверки точности всех примеров и ответов на вопросы самопроверки. Все примеры в книге подготовлены с помощью этого преподавателя. Благодаря такому подходу созданы примеры, которые помогут студенту связать математику, изучаемую на уроках математики, с математикой, используемой в электронике.

Поскольку в лаборатории студенты применяют изученную в классе теорию на практике, я разработал руководство по лабораторным работам, которое удовлетворяет требованиям промышленности. Честолюбивые проекты подкрепляют процесс обучения студентов и помогают им увидеть, как теория становится практикой.

Настоящий учебник и руководство по лабораторным работам помогут студентам расширить их знания в области электроники. Я включил путеводитель по учебному плану в Путеводитель Инструктора, который служит основой для программ но электронике. Этот учебный план используется в нашем школьном округе несколько лет и успешно себя зарекомендовал. Кроме того, путеводитель по учебному плану был представлен в Департамент Образования штата Нью-Йорк и одобрен там как один из вариантов технологических программ.

Мне хотелось бы поблагодарить двух людей, чья помощь и поддержка сделала переработку этой книги возможной: учителя математики Черил Сколэнд и преподавателя электроники Ролфа Тидеманна из Греческой Центральной Школы. Мне хотелось бы также выразить свою признательность представителям промышленности, которые продолжали оказывать мне поддержку, когда я нуждался в ней: Джералду Бассу, президенту EIC Electronics и Томасу Фегаделу, владельцу Glenwood Sales. Благодарю также многочисленных преподавателей, которые использовали текст книги на своих уроках и обратили мое внимание на неточности, указав, какие вопросы надо исключить или расширить.

Мне хотелось бы также поблагодарить рецензентов за их значительную поддержку: Джеймса Роунера из Ланкастерской профессиональной школы; Гэри А. Смита из Гротонской центральной школы, Рональда Дж. Фронковяка из Центра Образования Орлеан/Ниагара, Хоя Дж. Дэвиса из Высшей школы графства Вебстер и Джоэла Шнейда из Высшей Школы Восточного Виндзора.

И, наконец, я хотел бы поблагодарить мою жену Ширли, моих дочерей Кимберли и Сьюзен и моего сына Тимоти, которые поддерживали меня при создании этого текста.

Эрл. Д. Гейтс

Перечисленные ниже меры предосторожности не заменяют инструктаж, проводимый в классе или приведенный в руководстве по лабораторным работам. Если в какой-то момент у вас возникнет вопрос, что делать дальше, проконсультируйтесь с преподавателем.

ОБЩИЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Ввиду возможности получения травмы, опасности пожара и повреждения оборудования и материалов, при любых работах, связанных с электрическими и электронными цепями, должны соблюдаться следующие меры безопасности:

1. Выключите питание перед началом работы с цепью или оборудованием. Никогда не пренебрегайте безопасными соединительными устройствами. Никогда не предполагайте, что цепь выключена, проверьте это с помощью вольтметра.

2. Удаляйте и заменяйте предохранители только после отключения питания от цепи.

3. Убедитесь в том, что все оборудование правильно заземлено.

4. Проявляйте предельную осторожность при удалении или установке аккумуляторов, содержащих кислоту.

5. Используйте летучие очищающие жидкости только в хорошо проветриваемых помещениях.

6. Храните ветошь и другие легковоспламеняющиеся материалы в плотно закрытых металлических контейнерах.

7. В случае поражения электрическим током обесточьте цепь и немедленно доложите преподавателю.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

По мере приобретения опыта в работе с электрическими цепями, люди, как это свойственно человеческой природе, становятся беспечными при выполнении рутинных операций. Многие части электрического оборудования используют опасные для жизни напряжения, которые могут оказаться смертельными при контакте с ними. При работе с высоковольтными цепями или вблизи них всегда следует соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Обдумайте последствия каждого вашего действия. Нет абсолютно никаких причин считать, что вы не подвергнете опасности свою жизнь и жизни других.

2. Держитесь подальше от включенных цепей. Не работайте и не настраивайте цепи при включенном высоком напряжении.

3. Не работайте в одиночку. Всегда работайте в присутствии других лиц, способных оказать вам поддержку и первую помощь при несчастном случае.

4. Не нарушайте соединений.

5. Не заземляйтесь. Убедитесь в том, что вы не заземлены при проведении настроек или при использовании измерительных инструментов.

6. Никогда не включайте оборудование при повышенной влажности.

ЛИЧНЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

Уделите время принятию мер предосторожности при работе с электрическими и электронными цепями. Не работайте с любыми цепями или оборудованием до тех пор, пока не будут соблюдены все меры безопасности.

1. Работайте только на чистых и сухих поверхностях. Избегайте работы в захламленных или влажных местах, так как сопротивление кожи при этом будет более низким и может увеличить вероятность электрического поражения.

2. Не надевайте свободную или распахнутую одежду. Она может не только за что-то зацепиться, но и послужить проводником электричества.

3. Используйте только непроводящую обувь. Это уменьшит риск электрического поражения.

4. Снимите все кольца, наручные часы, браслеты, цепочки и подобные металлические изделия. Не используйте одежду, содержащую металлические змейки, кнопки и другую металлическую фурнитуру. Металл, пропуская ток, может нагреваться и служить причиной ожогов.

5. Не удаляйте горячие предметы голыми руками.

6. Используйте закорачивающий электрод для удаления высоковольтных зарядов на конденсаторах. Конденсаторы могут оставаться заряженными длительное время, помните об этом.

7. Убедитесь в том, что используемое оборудование тщательно заземлено. Заземлите все тестирующее и/или тестируемое оборудование и цепи.

8. Отключите питание от цепи перед подключением к ней зажимов типа «крокодил». Использование неизолированных зажимов типа «крокодил» может служить причиной электрического поражения.

9. При измерении напряжений свыше 300 вольт не держите руками тестирующие щупы. Это предотвратит возможность электрического поражения из-за ненадежности изоляции щупов.

Безопасность — это ответственность каждого. Необходимо всем в классе и вне класса упражняться в мерах предосторожности для гарантии, что ни один ученик не получит травмы, а оборудование не будет повреждено.

В каждом классе, где вы будете работать, необходимо уделить особое внимание технике безопасности.

Электротехника является весьма обширной отраслью технических наук. Инженер-электрик проектирует новые изделия, определяет их технические характеристики и требования по эксплуатации. Инженеры-электрики также испытывают оборудование и решают возникающие при этом проблемы. Они должны знать, сколько времени потребуется для осуществления того или иного проекта и уметь определить стоимость этого проекта.

Область деятельности, связанная с электричеством, требует специалистов двух типов: инженеров-электриков и инженеров-электронщиков. Инженер-электрик работает с оборудованием по производству и передаче электроэнергии, электродвигателями, занят управлением и контролем электрооборудования и установкой электропроводки и освещения. Инженер-электронщик имеет дело с электронным оборудованием: радарами, компьютерами, коммуникациями и бытовой техникой.

Ожидается, что потребность в инженерах к 2000 году, значительно возрастет. Этот предполагаемый рост связан с увеличением потребности в компьютерах, коммуникационном оборудовании и военной технике. Дополнительные рабочие места создаются благодаря исследованиям и разработкам новых типов автоматов и промышленных роботов.

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

Любая вещь, созданная природой или человеком, может быть разбита на мельчайшие кусочки. Однако наименьшей частью вещества является атом. Атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны сгруппированы в центре атома и образуют ядро. Электроны расположены на оболочках на различных расстояниях от ядра.

Когда соответствующая внешняя сила воздействует на электроны, находящиеся на внешней оболочке, они отрываются от атома и становятся свободными. Движение свободных электронов называется током. Внешняя сила, необходимая для создания тока, называется напряжением.

На своем пути ток встречает некоторое противодействие, называемое сопротивлением.

В этой главе рассмотрено, как связаны между собой ток, напряжение и сопротивление — эти основополагающие понятия учения об электричестве.

Материей является все, что занимает окружающее нас пространство и имеет вес. Материя бывает в одном из трех основных состояний: твердом, жидком или газообразном. Примерами материи являются: воздух, которым мы дышим, вода, которую пьем, одежда, которую носим, и мы сами. Материя может быть либо элементом, либо соединением.