Раздел первый «Электричество и компоненты»

Тема 1. Понятие электричества. Электрические величины.

Важной составляющей профессиональной компетентности инженера является умение воспринимать, понимать графические документы разного назначения.

Электрическая цепь

Под действием напряжения источника питания,	U	Вольт
по проводникам и компонентам разного сопротивления,	R	Ом
от высокого потенциала,	+	«плюс»
к низкому потенциалу	—	«минус»
переносится заряд,	Q	Кулон
формируя электрический ток определённой силы,	I	Ампер
который совершает полезную работу,	W	Джоуль
превращаясь в другую энергию с некой скоростью.	P	Ватт

Вопросы для закрепления:

1. Что такое электрический ток?
2. Как фамилия ученного внесшего большой вклад в развитие и появление электричества?
3. Как называются вещества, которые проводят электрический ток? Приведите примеры этих материалов?
4. Как называются вещества, которые не проводят электрический ток? Приведите примеры этих материалов и их назначение?

Тема 2. Принципиальные схемы.

Схема — графический конструкторский документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними.

Чтобы изобразить на бумаге как должна выглядеть та или иная электрическая цепь используют схемы. Схемы бывают разных видов со своими преимуществами и недостатками.

Ниже приведена одна и та же электрическая схема, изображённая по-разному, в двух вариациях.

Монтажная схема Красиво, но громоздко и непрактично:

Принципиальная схема Компактно и наглядно:

• То, что соединено линией, в реальности должно быть соединено проводником
• то, что не соединено линией, в реальности должно быть электрически изолировано.

Элемент схемы — составная часть схемы, которая выполняет определенную функцию в изделии и не может быть разделена на части, имеющие самостоятельное функциональное трансформатор, антенна и т.п.)

Устройство — совокупность элементов, представляющих единую конструкцию (блок, плата и т.п.). Устройство может не иметь в изделии определенного функционального назначения.

Принципиальная схема (полная) определяет полный состав элементов и связей между ними и дает представление о принципах работы изделия. Служит для разработки других конструкторских документов, например, чертежей печатных плат, монтажных схем, а также изучения принципов работы изделия при его наладке и эксплуатации.

Схема соединений (монтажная) показывает порядок соединения составных частей изделия, состав элементов соединений трубопроводов), места присоединений, ввода и вывода. Все элементы на схемах изображаются условными графическими обозначениями, начертание и размеры которых установлены в стандартах ЕСКД (Единая Система Конструкторской Документации)

Тема 3. Конденсатор. Резистор.

Конденсатор — крошечный аккумулятор, который очень быстро заряжается и очень быстро разряжается.

Кодирование номинала

Номинал в пФ записан на корпусе. Первые 2 цифры — основание, 3-я — множитель. Например:

• 220 = 22 × 10⁰ пФ = 22 пФ
• 471 = 47 × 10¹ пФ = 470 пФ
• 103 = 10 × 10³ пФ = 10 000 пФ = 10 нФ
• 104 = 10 × 10⁴ пФ = 100 000 пФ = 100 нФ

Поведение

• Если подаваемое напряжение больше внутреннего накопленного, конденсатор будет заряжаться.
• Если внешнее напряжение меньше внутреннего, конденсатор будет отдавать заряд.

Время заряда и разряда

Для связывания уровня заряда конденсатора с временем используют понятие «постоянной времени τ»:

• За τ секунд конденсатор заряжается или разряжается на 63%
• За 5×τ секунд конденсатор заряжается или разряжается на 99%
• Если резистора в схеме нет, его роль исполняет паразитное сопротивление проводов, разъёмов, дорожек, составляющее доли Ома.

Резистор — искусственное «препятствие» для тока. Сопротивление в чистом виде. Резистор ограничивает силу тока, переводя часть электроэнергии в тепло.

Цветовая кодировка резисторов

Наносить номинал резистора на корпус числами — дорого и непрактично: они получаются очень мелкими. Поэтому номинал и допуск кодируют цветными полосками.

Типовые номиналы для экспериментов

Тема 4. Диод. Светодиод.

Диод — это электрический «ниппель». У него есть 2 полюса: анод и катод. Ток пропускается только от анода к катоду.

Виды диодов

Выпрямительный диод

Диод Шоттки

Диод Зеннера

Светодиод (англ. Light Emitting Diode или просто LED) — энергоэффективная, надёжная, долговечная «лампочка»

Светодиод — вид диода, который светится, когда через него проходит ток от анода (+) к катоду (−).

Восприятие световых волн человеком

Типовая схема включения

Практическая работа с деталями. «Применение светодиода и двигателя».

1. Познакомиться со схемами.                                                                                    

№ п.п.	Название детали	Графический символ детали	Количество штук в схеме

Тема 5. Сервопривод. Двигатель постоянного тока.

Сегодня начнем с решения ребуса, это и будет наша тема.

Дви́гатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу. Термин мотор заимствован в первой половине XIX века из немецкого языка (нем. Motor — «двигатель», от лат. mōtor — «приводящий в движение») и преимущественно им называют электрические двигатели.

Немного полезной информации:

В 1834 году русский учёный Борис Семёнович Якоби (так писалось его имя в русской транскрипции) создал первый пригодный для практического использования электродвигатель постоянного тока.

В  1888 году сербский студент и будущий великий изобретатель Никола Тесла высказал принцип построения двухфазных двигателей переменного тока, а год спустя русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский создал первый в мире 3-фазный синхронный электродвигатель, ставший наиболее распространённой электрической машиной.

Познакомимся поближе с сервоприводами. Что это такое и как они работают? Рассмотрим разновидности сервоприводов и их применение, дадим подсказки по подключению и управлению.

Что такое сервопривод

Сервопривод — это электродвигатель с блоком управления, который за счёт обратной связи может точно поддерживать заданное положение вала или постоянную скорость вращения.

Сервоприводы используются, чтобы аккуратно приводить в действие различные механизмы. К примеру, привод может открывать/закрывать заслонки кормушки для домашнего питомца или активировать тайник в квеструме. А ещё сервомотор даст возможность вашему роботу управлять руками или вращать головой.

Форм-фактор

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов.

Материалы шестерней редуктора

Шестерни редуктора могут быть пластиковые или металлические.

Пластиковые шестерни редуктора изготавливаются из силикона или нейлона, они слабо подвержены износу, мало весят и недорого стоят. Это делает их довольно

популярными в любительских проектах, где не предполагаются большие нагрузки на механизм.

Металлические шестерни редуктора тяжелее и дороже, но зато способны выручить там, где предполагаются нагрузки, непосильные для пластика. Поэтому более мощные двигатели обычно оснащаются именно металлическим редуктором. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и, к сожалению, по цене.

Однако металлические шестерни быстро изнашиваются, так что придётся менять их практически каждый сезон.

Сервоприводы бывают разные: получше или подешевле, надёжнее или точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит учесть, что он может не обладать лучшими характеристиками, но главное, чтобы он подходил именно для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях!

Повторение: «Решите ребусы к теме «Сервопривод»

Тема 6. Динамики и пьезоизлучатели.

Пьезоизлучатель звука (англ. buzzer) переводит переменное напряжение в колебание мембраны, которая в свою очередь создаёт звуковую волну. Иначе говоря, пьезодинамик — это конденсатор, который звучит при зарядке и разрядке.

Подключение с регулировкой громкости

Устройство динамика

Задание для закрепления:

Практическая работа с деталями. Динамики и пьезоизлучатели.

1. Ознакомиться со схемой рис 1

2. Собрать схему из конструктора согласно рисунку 1.

3. Проверить работу схемы.

4. Выполнить задание с 38 по 43

5. Решить ребусы по карточкам.

_______________- это электроакустический преобразователь, то есть устройство, которое преобразует электрический звуковой сигнал в соответствующий звук.

________________________-переводит переменное напряжение в колебание мембраны, которая в свою очередь создаёт звуковую волну. Иначе говоря, ________________________ — это конденсатор, который звучит при зарядке и разрядке.

6. Заполнить таблицу №1

№ п.п.	Наименование деталей	Символ детали	Количество в схеме
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

Тема 7. Практическая работа с деталями №1.

(Практичекская работа с деталями конструктора Знаток)

1. Ознакомится со схемой рис 1

2. Составить таблицу и заполнить ее.

№ п.п.	Наименование детали	Символ детали	Количество деталей в схеме

3. Собрать схему рисунка 1

4. Проверить работу схемы, зарисовать символы в третьем столбике таблице.

Тема 8. Практическая работа с деталями №2.

1. Ознакомиться со схемой.
2. Собрать схему в программе TinkerCAD. Проверить работу схемы.

1. Расшифруйте ребусы, составьте таблицу 5 Х 1 и впишите разгаданные слова:

2. Рассмотрите и соберите схему в программе TinkerCAD

Тема 10. Самостоятельная практическая работа №4.

Запишите данные по работе схемы прошлого занятия на рисунке № 9.1.  в таблицу

№ п.п.	Вопрос	Ответ(скрин)
	Какая деталь может включить лампы и двигатель?
	Какая деталь регулирует яркость ламп и вращение скорости двигателя?
	Какая деталь включает светодиоды?
	Какая деталь регулирует свечение яркости светодиодов?
	Какая деталь сохраняет работоспособность светодиодов при работе их в цепи?
	Каким цветом горят светодиоды, когда переключатель потенциометра повернут вверх?
	Каким цветом горят светодиоды, когда переключатель потенциометра повернут вниз?