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2023 | Buch

Einführung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Elektronik für Einsteiger

Eine praktische Einführung in Schaltpläne, Schaltkreise und Mikrocontroller

verfasst von: Jonathan Bartlett

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Beginnen Sie Ihre Reise in die Welt der Elektronik! Wenn Sie mit dem Gedanken spielen, in die Elektronik einzusteigen, aber nicht wissen, wo Sie anfangen sollen, gibt Ihnen dieses Buch die Informationen, die Sie brauchen. Beginnend mit den Grundlagen von Elektrizität und Schaltkreisen werden Sie in die digitale Elektronik und Mikrocontroller, Kondensatoren und Induktivitäten sowie Verstärkerschaltungen eingeführt - und erhalten gleichzeitig die grundlegenden Werkzeuge und Informationen, die Sie für die Arbeit mit Elektronik mit geringem Stromverbrauch benötigen.

Electronics for Beginners schafft den Spagat, sich auf projektbasiertes Lernen zu konzentrieren und gleichzeitig die Elektronik in den Mittelpunkt zu stellen. Sie lernen die Mathematik der Schaltkreise auf unkomplizierte Weise kennen und sehen, wie Schaltpläne auf echten Breadboards abgebildet werden. Dieses Buch ist für den absoluten Anfänger geschrieben und vermeidet es, zu mathematisch zu sein. Es gibt den Lesern die Schlüsselinformationen, die sie brauchen, um mit ihrer Reise in die Elektronik zu beginnen.

Was Sie lernen werden

· Wiederholung der grundlegenden "Muster" für die Verwendung von Widerständen - Pull-up, Pull-down, Spannungsteiler und Strombegrenzer

· die Anforderungen an Schaltkreise und deren Aufbau verstehen

· Lesen und Unterscheiden, was die verschiedenen Teile des Schaltplans bewirken

welche Überlegungen Sie bei der Auswahl der Komponenten anstellen müssen

· Verwenden Sie ausschließlich batteriebetriebene Schaltkreise, damit die Projekte sicher sind.

Für wen dieses Buch bestimmt ist

Praktiker, Studenten und Anfänger jeden Alters, die sich für den Einstieg in die Elektronik interessieren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einführung
Zusammenfassung
Willkommen in der Welt der Elektronik! In der modernen Welt sind elektronische Geräte allgegenwärtig, aber immer weniger Menschen scheinen zu verstehen, wie sie funktionieren oder wie man sie zusammensetzt. Gleichzeitig war es noch nie so einfach, dies als Einzelperson zu tun. Das Angebot an Lehrmitteln, Bauteilen, Anleitungen, Videos und Tutorials für den Heimexperimentator ist enorm gewachsen und die Kosten für die Ausrüstung sind fast auf null gesunken.
Jonathan Bartlett
2. Der Umgang mit Einheiten
Zusammenfassung
Bevor wir mit der Erforschung der Elektronik beginnen, müssen wir über Maßeinheiten sprechen. Eine Maßeinheit ist im Grunde ein Standard, mit dem wir etwas messen. Wenn wir z. B. die Länge von etwas messen, verwenden wir normalerweise die Maßeinheiten Fuß und Meter. Sie können die Länge auch in Zoll, Yards, Zentimetern, Kilometern, Meilen usw. messen. Darüber hinaus gibt es einige obskure Längeneinheiten wie Achtelmeile, Elle, Meile und Pace.
Jonathan Bartlett

Grundlegende Konzepte

Frontmatter
3. Was ist Elektrizität?
Zusammenfassung
Auf dem Weg zum Verständnis der Elektronik müssen wir uns zunächst einmal klar machen, was Elektrizität ist und wie sie funktioniert. Die Art und Weise, wie Elektrizität funktioniert, ist sehr eigenartig und nicht intuitiv. Wir sind daran gewöhnt, die Welt in Form von physischen Objekten zu betrachten – Tische, Stühle, Baseballs usw. Auch wenn wir nie einen Physikkurs besucht haben, kennen wir die grundlegenden Eigenschaften solcher Objekte aus unserer täglichen Erfahrung. Wenn ich einen Stein auf meinen Fuß fallen lasse, tut das weh. Wenn ich einen schwereren Stein fallen lasse, tut es noch mehr weh. Wenn ich eine wichtige Wand aus einem Haus herausnehme, wird es einstürzen.
Jonathan Bartlett
4. Spannung und Widerstand
Zusammenfassung
In Kap. 3 haben wir etwas über den Strom gelernt, der die Rate des Ladungsflusses ist. In diesem Kapitel werden wir uns mit zwei weiteren grundlegenden elektrischen Größen beschäftigen: Spannung und Widerstand. Diese beiden Größen sind in der Regel für den Aufbau effektiver Schaltungen am wichtigsten.
Jonathan Bartlett
5. Ihr erster Schaltkreis
Zusammenfassung
In den letzten beiden Kapiteln haben wir die grundlegenden Einheiten der Elektrizität kennengelernt: Ladung, Strom, Spannung und Widerstand. In diesem Kapitel werden wir diese Informationen in einem echten Stromkreis anwenden.
Jonathan Bartlett
6. Konstruieren und Testen von Schaltungen
Zusammenfassung
In Kap. 5 haben wir gelernt, wie ein Stromkreis funktioniert. Allerdings lässt sich die Methode zum Aufbau einer Schaltung in diesem Kapitel nicht gut auf die reale Welt übertragen. In diesem Kapitel werden wir lernen, wie man lötfreie Breadboards verwendet, um Schaltungen auf robustere Weise aufzubauen. Außerdem werden wir unser Verständnis des ohmschen Gesetzes auf die Probe stellen, indem wir lernen, wie wir mit unserem Multimeter Spannungen in Schaltungen messen können.
Jonathan Bartlett
7. Analyse von Reihen- und Parallelschaltungen
Zusammenfassung
In Kap. 5 haben wir uns unsere allererste Schaltung angesehen und gelernt, wie man sie in einem Schaltplan zeichnet. In diesem Kapitel werden wir uns verschiedene Möglichkeiten ansehen, wie Bauteile miteinander verbunden werden können und was sie für Ihren Stromkreis bedeuten.
Jonathan Bartlett
8. Dioden und ihre Verwendung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Diode vorgestellt. In den vorangegangenen Kapiteln haben wir Leuchtdioden (LEDs) verwendet, aber ihre Funktion außer der Lichtemission nicht wirklich besprochen. In diesem Kapitel werden wir uns normale Dioden, Leuchtdioden und Zener-Dioden ansehen, um ein Gefühl dafür zu bekommen, was diese Geräte sind und wie sie in Schaltungen für mehr als nur Licht verwendet werden können.
Jonathan Bartlett
9. Grundlegende Muster für Widerstandsschaltungen
Zusammenfassung
Wenn die meisten Menschen eine schematische Zeichnung betrachten, sehen sie nur ein Meer von miteinander verbundenen Bauteilen, die ohne Sinn und Verstand miteinander verbunden sind. Die meisten Schaltungen sind jedoch eine Sammlung von Schaltungsmustern. Ein Schaltungsmuster ist eine übliche Art und Weise, Bauteile anzuordnen, um eine elektronische Aufgabe zu erfüllen. Erfahrene Schaltungsentwickler können sich eine Schaltung ansehen und die verwendeten Muster erkennen. Anstelle einer Masse unzusammenhängender Bauteile sieht ein Schaltungsentwickler auf einem Schaltplan einige grundlegende Muster, die auf kohärente Weise implementiert werden.
Jonathan Bartlett
10. Leistung verstehen
Zusammenfassung
Bisher haben wir uns mit den Grundbegriffen Spannung, Strom und Widerstand beschäftigt. Das ist gut, um LEDs zum Leuchten zu bringen, aber für die Arbeit in der realen Welt braucht man v. a. Leistung. Dieses Kapitel allein trägt nur wenig zu Ihren Fähigkeiten als Schaltungsentwickler bei, aber es ist eine absolut wichtige Hintergrundinformation für die folgenden Kapitel. Außerdem enthält dieses Kapitel Informationen, die für den sicheren Umgang mit Elektronik entscheidend sind. Das Wissen über Leistung, Leistungsumwandlung und Verlustleistung wird entscheidend sein, wenn Sie Ihre elektronischen Fähigkeiten in der realen Welt einsetzen wollen.
Jonathan Bartlett
11. Integrierte Schaltungen und Widerstandssensoren
Zusammenfassung
Bisher haben wir uns mit einfachen, grundlegenden Bauteilen beschäftigt – Batterien, Widerstände, Dioden usw. In diesem Kapitel werden wir uns mit integrierten Schaltkreisen, auch Chips, Mikrochips oder ICs genannt, befassen. Ein IC ist ein miniaturisierter Schaltkreis auf Siliziumbasis. Es handelt sich um eine ganze Sammlung von Teilen, die auf eine bestimmte Funktion ausgerichtet sind. Diese Funktionen können klein sein, wie der Vergleich von Spannungen oder die Verstärkung von Spannungen, oder sie können komplex sein, wie die Verarbeitung von Videos oder sogar kompletten Computern. Ein einziger Chip kann nur einige wenige Bauteile enthalten, aber auch Milliarden von ihnen.
Jonathan Bartlett

Digitale Elektronik und Mikrocontroller

Frontmatter
12. Verwendung von Logik-ICs
Zusammenfassung
In Kap. 11 haben wir mit unserer ersten integrierten Schaltung, dem Spannungskomparator LM393, gearbeitet. In diesem Kapitel werden wir uns andere ICs ansehen und mehr darüber erfahren, wie sie benannt und in der Elektronik verwendet werden.
Jonathan Bartlett
13. Einführung in Mikrocontroller
Zusammenfassung
In Kap. 12 haben wir die Grundlagen der digitalen Logik gelernt. Ich denke jedoch, wir sind uns alle einig, dass diese Chips viel Platz auf unseren Breadboards beanspruchen. Wenn wir viele komplizierte Aufgaben lösen wollten, brauchten wir viele Chips und immer mehr Breadboards, auf denen wir sie unterbringen konnten, und unser Projekt würde sehr schnell unhandlich werden. Außerdem würde es mit zunehmender Anzahl der Chips sehr teuer werden, solche Projekte zu bauen.
Jonathan Bartlett
14. Projekte mit einem Arduino bauen
Zusammenfassung
In Kap. 13 wurden die Grundlagen der Mikrocontroller, der Arduino-Umgebung und des Ladens eines Programms auf ein Arduino-Board behandelt. In diesem Kapitel gehen wir näher darauf ein, wie man einen Arduino Uno in ein Projekt einbindet.
Jonathan Bartlett
15. Analoge Eingabe und Ausgabe auf einem Arduino
Zusammenfassung
In Kap. 14 haben wir gelernt, wie man grundlegende digitale Ein- und Ausgaben mit einem Arduino unter Verwendung seiner E/A-Pins durchführt. In diesem Kapitel werden wir uns damit beschäftigen, wie man analoge Ein- und Ausgaben macht.
Jonathan Bartlett

Kondensatoren und Induktoren

Frontmatter
16. Kondensatoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden wir uns zunächst mit dem Kondensator beschäftigen.
Jonathan Bartlett
17. Kondensatoren als Timer
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden wir lernen, wie ein Kondensator aufgeladen wird. Sobald wir das gelernt haben, können wir Kondensatoren als Timer verwenden – sowohl zur Verzögerung von Signalen als auch zur Erstellung eines Schwingkreises.
Jonathan Bartlett
18. Einführung in Oszillatorschaltungen
Zusammenfassung
In Kap. 17 haben wir gelernt, wie man RC-Schaltungen (Widerstand-Kondensator-Schaltungen) verwendet, um Timer zu erstellen. In diesem Kapitel werden wir unser Konzept der Zeitschaltungen nutzen, um von einmaligen Zeitschaltungen zu oszillierenden Schaltungen überzugehen.
Jonathan Bartlett
19. Klangerzeugung mit Oszillationen
Zusammenfassung
In Kap. 18 haben wir gelernt, wie man eine Oszillatorschaltung baut. Oszillationen wirken sich auf viele Bereiche der Elektronik aus, aber der am unmittelbarsten nutzbare Bereich (abgesehen von der Erzeugung blinkender Lichter) ist die Erzeugung von Tönen.
Jonathan Bartlett
20. Induktoren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel beginnen wir mit der Untersuchung von Induktoren bzw. Spulen.
Jonathan Bartlett
21. Induktoren und Kondensatoren in Schaltkreisen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden wir uns einige der grundlegenden Verwendungsmöglichkeiten von einfachen Induktoren ansehen.
Jonathan Bartlett
22. Blindwiderstand und Impedanz
Zusammenfassung
Wir haben in diesem Buch schon oft über Widerstand gesprochen. Beim Widerstand geht es speziell um die Fähigkeit eines Bauteils, Strom gut zu leiten. Wenn ein Stromkreis auf Widerstand stößt, geht Energie durch den Widerstand verloren.
Jonathan Bartlett
23. Gleichstrommotoren
Zusammenfassung
Ein Gleichstrommotor ist ein Gerät, das elektrische Gleichstromleistung in mechanische Leistung umwandelt. Er arbeitet, indem er eine Welle mithilfe von Elektromagnetismus dreht. Gleichstrommotoren sind recht einfach zu bedienen, obwohl sie eine etwas andere Denkweise erfordern als die, die wir bisher bei der Untersuchung von Schaltkreisen angewandt haben.
Jonathan Bartlett

Verstärkerschaltungen

Frontmatter
24. Leistungsverstärkung mit Transistoren
Zusammenfassung
Verstärkung ist die Umwandlung eines Signals mit geringer Leistung in ein Signal mit höherer Leistung. Wenn wir an Verstärkung denken, denken wir normalerweise an Tonverstärker für Musikinstrumente. Das sind in der Tat Verstärker und wir werden später in diesem Buch einen Tonverstärker bauen. Aber immer, wenn Sie ein Eingangssignal mit geringer Leistung in ein Ausgangssignal mit höherer Leistung umwandeln, haben Sie das Signal verstärkt, egal ob es sich um ein Gleich- oder ein Wechselstromsignal handelt. In diesem Kapitel werden wir uns auf die Verstärkung von Gleichstromsignalen konzentrieren.
Jonathan Bartlett
25. Transistorspannungsverstärker
Zusammenfassung
In Kap. 24 haben wir mit der Untersuchung des BJT-npn-Transistors begonnen. Wir haben festgestellt, dass der Transistor eigentlich den Strom verstärkt, sodass der Strom, der in den Kollektor fließt, ein Vielfaches (bekannt als β) des Stroms ist, der in die Basis fließt.
Jonathan Bartlett
26. Prüfung von Teilstromkreisen
Zusammenfassung
Zum Abschluss unserer Diskussion über Verstärkung werden wir uns mit Teilschaltungen befassen. Oftmals müssen Sie eine Schaltung entwerfen, die mit einer anderen Schaltung verbunden ist und diese entweder mit Strom versorgt oder von ihr Strom erhält. In den Verstärkerschaltungen aus Kap. 25 wurden die Ausgänge z. B. mit einem Lautsprecher verbunden. Sie könnten auch an einen anderen Verstärker oder an eine Stompbox (ein Gerät zur Modulation des eingehenden Signals) oder an eine Aufnahmeschaltung angeschlossen werden.
Jonathan Bartlett
27. Verwendung von Feldeffekttransistoren für Schalt- und Logikanwendungen
Zusammenfassung
In Kap. 24 haben wir zwei Arten von Transistoren besprochen: bipolare Sperrschichttransistoren (BJTs) und Feldeffekttransistoren (FETs). In den vorangegangenen Kapiteln haben wir uns v. a. auf BJTs konzentriert, weil sie für verschiedene Aufgaben, die gemeinhin als „Verstärkung“ bezeichnet werden, hervorragend geeignet sind.
Jonathan Bartlett
28. Weiter gehen
Zusammenfassung
Herzlichen Glückwunsch! Sie haben das Ende dieses Buches erreicht! Hoffentlich ist dies aber nur der Anfang Ihrer Reise durch die Elektronik. Von hier aus gibt es viele Wege, die Sie einschlagen können.
Jonathan Bartlett
Backmatter
Metadaten
Titel
Elektronik für Einsteiger
verfasst von
Jonathan Bartlett
Copyright-Jahr
2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-66243-4
Print ISBN
978-3-662-66242-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-66243-4

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