Теория электроники

Что входит в раздел

Основы цепей. Закон Ома и правила Кирхгофа, делители напряжения и тока, последовательное и параллельное соединение, мощность и нагрев резисторов. Это база для любого расчёта — от резистора для светодиода до цепей обратной связи усилителя. Статья «Правила Кирхгофа» — о законах токов и напряжений, правилах знаков и расчёте цепи с двумя источниками.

Пассивные компоненты. Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности: ряды номиналов, допуски, температурные коэффициенты, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов, выбор типа диэлектрика под задачу. Статья «Резисторы» — типы, допуск, ТКС, мощность и её снижение с температурой, предел рабочего напряжения. Статья «Конденсаторы» — ёмкость и энергия, ESR, ESL и собственный резонанс, керамика C0G и X7R с потерей ёмкости под напряжением, ресурс электролитов, тантал, плёночные конденсаторы классов X и Y и маркировка. Статья «Катушки индуктивности и дроссели» — самоиндукция, насыщение сердечника, RL-цепь, параметры дросселя по даташиту и выбор дросселя для DC-DC.

Полупроводниковые приборы. Диоды — выпрямительные, Шоттки, стабилитроны, TVS-супрессоры; биполярные и полевые транзисторы, MOSFET и IGBT: режимы работы, ключевые параметры, управление затвором, потери и нагрев. Статья о диодах: вольт-амперная характеристика, параметры даташита на примере 1N4148 и 1N4007, время восстановления, диоды Шоттки, стабилитроны и TVS-супрессоры. Готова статья о биполярном транзисторе: устройство NPN и PNP, режимы работы, параметры из даташита, расчёт ключа для реле и каскада с общим эмиттером. Статья «MOSFET и IGBT» — о полевых транзисторах: логический уровень, заряд затвора, потери, ключ от микроконтроллера и IGBT.

Аналоговая схемотехника. Операционные усилители и компараторы, активные фильтры, источники опорного напряжения. Первая статья раздела — подробный разбор операционного усилителя: идеальная модель и «золотые правила», основные схемы включения с формулами, параметры реальных ОУ, однополярное питание и типичные ошибки, а также калькулятор усиления с подбором резисторов из ряда E24. Статья о компараторе — о сравнении напряжений: выход с открытым коллектором, параметры LM393, расчёт гистерезиса по шагам, оконный компаратор и встроенные компараторы AVR и STM32. Статья «Аналоговые фильтры» — RC-фильтр и переходный процесс, антиалиасинговый фильтр перед АЦП, звенья Sallen-Key и MFB с расчётом номиналов, характеристики Баттерворта, Бесселя и Чебышёва, требования к ОУ, фильтр для ШИМ-ЦАП и LC-фильтр питания.

Смешанные сигналы. АЦП и ЦАП: архитектуры, разрешение и реальная точность, частота дискретизации, опорное напряжение, согласование с датчиками и микроконтроллерами. Готовы статьи об АЦП — квантование и формула кода, АЦП последовательного приближения, время выборки и сопротивление источника, погрешности, шум и передискретизация — и о ЦАП: матрица R-2R и резистивная цепочка, параметры, выходной буфер, ЦАП STM32 и MCP4725.

Питание и силовая электроника. Линейные стабилизаторы и LDO, импульсные понижающие и повышающие преобразователи, широтно-импульсная модуляция (ШИМ), фильтрация и защита цепей питания. Готова статья «LDO и линейные стабилизаторы»: устройство, падение напряжения, ток покоя, подавление пульсаций, конденсаторы и нагрев. Статья «Импульсные преобразователи» — о принципе DC-DC: понижающая и повышающая схемы, непрерывный и прерывистый режимы, синхронное выпрямление.

Электромеханика. Статья об электромагнитном реле: формы контактов, параметры катушки и контактов в даташите, пусковые токи нагрузок, защита контактов диодом, RC-цепью и варистором, ресурс и изоляция.

Теория и калькуляторы

Статьи раздела связаны с онлайн-инструментами: разобравшись с формулой, можно сразу посчитать свой вариант, а результат калькулятора — проверить по теории.

• Закон Ома — напряжение, ток, сопротивление и мощность по двум известным величинам.
• Делитель напряжения — выходное напряжение, подбор резисторов из стандартных рядов и влияние нагрузки.
• Последовательное и параллельное соединение — общее сопротивление, ёмкость или индуктивность нескольких элементов и подбор пары резисторов под нужный номинал.
• Резистор для светодиода — сопротивление и мощность гасящего резистора для одного светодиода или цепочки.
• Стабилизатор LM317 — выходное напряжение регулируемого линейного стабилизатора и рассеиваемая мощность.
• Расчёт ключа на биполярном транзисторе — резистор базы с запасом по h21э, отношение Iк/Iб и нагрев транзистора.
• Таймер NE555 — частота и скважность импульсов в автоколебательном режиме.

Справочные данные

Таблицы, которые нужны при чтении статей, вынесены в справочник — например, цветовая маркировка резисторов с рядами номиналов. Параметры конкретных микросхем в статьях приводим по актуальным даташитам производителей и всегда указываем источник: у разных производителей и даже у разных ревизий одной микросхемы цифры заметно различаются.

С чего начать

Удобнее всего идти от простого к сложному: закон Ома и делители (их можно сразу проверить в калькуляторах выше) → биполярный транзистор в роли ключа и усилителя → операционный усилитель → темы из списка ниже по мере их публикации. Для практики с «железом» пригодятся разделы «Микроконтроллеры» и «Интерфейсы»: там теория применяется к реальным микросхемам и шинам.