Электроника для начинающих

Хочу рассказать о том, как развивается проект http://marsohod.org.

Цель проекта — популяризация проектирования для ПЛИС.
Тема ПЛИС постепенно набирает популярность — и совершенно заслуженно. Ведь теперь мы фактически получили простую возможность создать свою цифровую микросхему. Вам не потребуется нано-фаб и миллион долларов — все можно просто сделать имея компьютер и микросхему ПЛИС на плате разработчика. Вы знаете, что 90% производителей микросхем в мире не имеют собственных фабрик? Они проектируют и тестируют в ПЛИС, а производство заказывают сторонним производителям.

Когда-то и программирование микроконтроллеров считалось чуть ли не чудом. Теперь можно купить платку Ардуино и научить старшеклассника «мигать светодиодом».

Я хочу показать, что и ПЛИС — это вполне доступная технология.

Плата «Марсоход» — это самый простой и дешевый девелопер кит на микросхеме ПЛИС компании Альтера EPM240T100C5. Проект — опен соурс — схемы платы есть на нашем сайте. Кроме того, опубликованно уже более 50 проектов выполненных на базе нашей платы.

Дальше я расскажу о программаторе для ПЛИС. Считается, что учиться проектированию ПЛИС гораздо дороже, чем учиться микроконтроллерам. Отчасти это мнение связано с тем, что программаторы вендоров ПЛИС довольно дороги.

Теперь есть альтернатива. Вы сможете сделать простой программатор USB сами!

Дело в том, что моему знакомству с FPGA два года. В студенческие годы, читая code examples от Altera и Xilinx, я мало уделял внимания описанию RAM и ROM, ведь в этом не было необходимости. Я знал, что существует FIFO, но даже не догадывался, зачем оно мне нужно. Так я защитил диплом, сделав свой проект «в лоб».

Работу я нашел благодаря своим «знаниям» в области FPGA. Тут же вылезли проблемы, о которых я не подозревал: существующие проекты занимали под 90% логических элементов, а моей работой было разместить в проектах цифровые фильтры. Понятно, что «в лоб» решить эту проблему было невозможно. Переписать существующий код? Помогло, но не сильно. И только тогда я понял, как можно играть с RAM, чтобы решить поставленные задачи.

Внимание! Здесь не будут моргать светодиоды. Вместо этого будет рассмотрена реализация сдвигового регистра в виде обертки для M4K. Данная публикация предполагает минимальное знакомство с FPGA и языком Verilog.

Полупроводниковая электроника существенно изменила мир. Многие вещи, которые долгое время не сходили со страниц произведений фантастов стали возможны. Чтобы знать, как работают и чем уникальны полупроводниковые приборы, необходимо понимание различных физических процессов, протекающих внутри.

В статье разобраны принципы работы основных полупроводниковых устройств. Описание функционирования изложено с позиции физики. Статья содержит вводное описание терминов, необходимых для понимания материала широкому кругу читателей.

Иллюстраций: 34, символов: 51 609.

Аналоговый компьютер — аналоговая вычислительная машина (АВМ), это компьютер непрерывного действия, обрабатывающий аналоговые данные (непрерывную информацию).

БСЭ дает такое определение аналоговой вычислительной машины.
Аналоговая вычислительная машина (АВМ), вычислительная машина, в которой каждому мгновенному значению переменной величины, участвующей в исходных соотношениях, ставится в соответствие мгновенное значение другой (машинной) величины, часто отличающейся от исходной физической природой и масштабным коэффициентом. Каждой элементарной математической операции над машинными величинами, как правило, соответствует некоторый физический закон, устанавливающий математические зависимости между физическими величинами на выходе и входе решающего элемента (например, законы Ома и Кирхгофа для электрических цепей, выражение для эффекта Холла, лоренцовой силы и т. д.).

Стоит отметить, что аналоговый компьютер бывает не только электрический, но и механический, гидравлический и даже пневматический.

Несмотря на кажущийся анахронизм, аналоговые вычисления широко используются в современной жизни. Автомобильная автоматическая трансмиссия является примером гидромеханического аналогового вычислителя, в котором при изменении вращающего момента жидкость в гидроприводе меняет давление, что позволяет получить изменение коэффициента передачи.

Аналоговая обработка электрических сигналов занимает важное место в промышленной электронике. Большинство типов первичных преобразователей физических величин являются источниками аналоговых сигналов, а многие исполнительные элементы в объектах управления управляются непрерывно изменяющимся электрическим током. Даже системы управления, основой которых являются цифровые вычислительные комплексы, не могут отказаться от аналоговой обработки сигналов и сопрягаются с объектами управления и датчиками с помощью аналоговых и аналого-цифровых устройств.

В связи с объемностью материала, который хотелось бы представить, я планирую написать цикл статей. Предлагаю на суд читателя первую часть, где будет кратко рассказана история создания операционного усилителя в том виде, как мы его знаем.

Введение

А теперь давайте поговорим о полевых транзисторах. Что можно предположить уже по одному их названию? Во-первых, поскольку они транзисторы, то с их помощью можно как-то управлять выходным током. Во-вторых, у них предполагается наличие трех контактов. И в-третьих, в основе их работы лежит p-n переход. Что нам на это скажут официальные источники?

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. (electrono.ru)

Определение не только подтвердило наши предположения, но и продемонстрировало особенность полевых транзисторов — управление выходным током происходит посредством изменения приложенного электрического поля, т.е. напряжения. А вот у биполярных транзисторов, как мы помним, выходным током управляет входной ток базы.

Еще один факт о полевых транзисторах можно узнать, обратив внимание на их другое название — униполярные. Это значит, что в процессе протекания тока у них участвует только один вид носителей заряда (или электроны, или дырки).

Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

Вообще, идея последних появилась еще в 20-х годах XX века, задолго до изобретения биполярных транзисторов. Но уровень технологии позволили реализовать ее лишь в 1960 году. В 50-х же был сначала теоретически описан, а затем получил воплощение полевой транзистор с управляющим p-n переходом. И, как и их биполярные «собратья», полевые транзисторы до сих пор играют в электронике огромную роль.

Перед тем, как перейти к рассказу о физике работы униполярных транзисторов, хочу напомнить ссылки, по которым можно освежить свои знания о p-n переходе: раз и два.

Предисловие

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Введение

Диод — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом. (wikipedia)

Все диоды можно разделить на две большие группы: полупроводниковые и неполупроводниковые. Здесь я буду рассматривать только первую из них.

В основе полупроводникового диода лежит такая известная штука, как p-n переход. Думаю, что большинству читателей о нем рассказывали на уроках физики в школе, а кому-то более подробно еще и в институте. Однако, на всякий случай приведу общий принцип его работы.

На Хабре уже упоминалась предыдущая разработка компании FEZ Spider Kit. Компания GHI Electronics продолжила развитие в направление разработки устройств .NET Gadgeteer. И 8 ноября представила новое дополнение к конструктору плату FEZ Hydra. FEZ Hydra использует процессор ARM9 с тактовой частотой 240Mhz. С 16 Мб SDRAM ОЗУ, и 4 Мб постоянной памяти типа FLASH. Как указывает разработчик, на устройстве возможно запустить ОС Linux, т.к. система является полностью 100% открытой.

Введение

Каждый технически грамотный человек должен знать электронику. Подавляющее большинство устройств современной электроники изготавливаются из полупроводниковых материалов. По этому в рамках этой статьи, я бы хотел рассказать о диодах. Конечно, не зная основных свойств полупроводников, нельзя понять, как работает транзистор. Но одного знакомства только со свойствами полупроводников не достаточно. Необходимо разобраться в очень интересных и не всегда простых явлениях.

Предисловие

В последнее время был поднят ажиотаж вокруг светодиодных ламп, которые должны заменить собой обычные лампы Ильича. И как поведал главный нанотехнолог России, такие лампы скоро поступят в продажу в Москве и Санкт-Петербурге. Конечно, всё было обставлено с пафосом: первым оценил новинку В.В.Путин. Мне удалось достать лампочку от «Оптогана» одним из первых, к тому же в руках у меня оказались ещё одна лампочка российского производства («СветаLED» или «SvetaLED»), правда побитая жизнью, но рабочая, и китайский NoName, которую с лёгкостью можно купить на ebay или dealextreme.com.

На днях к нам обратился старый знакомый. Он живет в частном доме и пару раз к нему пытались зайти без приглашения неизвестные личности. Назрела необходимость в установке сигнализации. Ставить дом на пульт оказалось слишком дорого. Оптимальным решением показалось просто оповещать хозяина звонком на мобильник при сработке одного из датчиков движения.

Статья кратко знакомит читателей с принципами работы ретрансляторов, дает объяснение необходимости их использования. Рассказывает об одном из наиболее простых способов организации радиосети ̶ постройке эхо-репитера.
Рассчитано на эрудированного читателя, знакомого с радиосвязью не только в пределах школьной программы.

Предисловие

Моя предыдущая статья была посвящена внутреннему устройству чипа от Nvidia, да и, пожалуй, внутреннему устройству любого современного процессора. В этой статье мы перейдём к средствам хранения информации, и я расскажу, что представляют собой CD и HDD диски на микроуровне.

Приветствую всех.
Продолжаю написание статей про простейшие логические цепи.
В этом посте – правила соединения логических элементов и цепей между собой, а также два простых метода анализа логических схем.

По многочисленным просьбам хабралюдей, а также для упрощения восприятия написанного, буду кроме западного названия определённого элемента приводить и русское.

Исследователи из Университета Райса в Хьюстоне продемонстрировали образец кабеля из нанотрубок (на фото), способного пропускать ток плотностью 10⁴~10⁵ А/см². При одинаковой толщине и неограниченной длине кабель из нанотрубок примерно в шесть раз легче, чем медный, не греется и не подвержен коррозии.



Кажется, что использование углеродных нанотрубок в качестве проводников — самое логичное их применение, ведь эти сверхпрочные структуры с уникальными электронными свойствами вроде бы идеально подходят для создания кабелей. Но на самом деле с 80-х годов учёным никак не удавалось соединить отдельные нанотрубки таким образом, чтобы получился кабель с электропроводностью хотя бы как у меди.

Кабели из углеродных нанотрубок могут найти применение в электрических конструкциях, чувствительных к весу, например, в автомобильной и авиационной электронике. По мере удешевления производства их сфера применения может быть расширена.

Приветствую всех.
Решил написать несколько статей про простейшие логические цепи.
Этот топик будет интересен скорее для людей, имеющих слабое представление об алгебре логики и логических конструкциях, чем для профессионалов и знатоков данной темы.

Итак, начнём.

Что такое комбинационная логическая цепь?

Это – цепь, способная обрабатывать бинарные электрические сигналы. В каждый момент времени исходящие сигналы комбинационной логической цепи (КЛЦ) зависят исключительно от входящих сигналов. Следовательно, одной и той же комбинации входящих значений соответствует одна и та же комбинация исходящих.

Предисловие

Года 3-4 назад судьба распорядилась так, что в руки мне попал ноутбук Asus G2S. Счастье моё длилось ровно до прошлой зимы, когда ни с того, ни с сего на экране стали появляться артефакты, особенно при запуске игрушек или «мощных» приложений, активно работающих с видеочипом. В результате оказалось, что проблема именно в нём. Nvidia для практически всей геймерской линейки G2 поставляла видеочипы с браком (отслоение контактов между самим кристаллом и подложкой), который обнаруживался лишь через пару лет интенсивной работы. Решение было однозначным – замена видеочипа. Но что делать со старым?! Ответ на этот вопрос пришёл на редкость быстро…
Много трафика под катом

Сколько электроэнергии потребляет телевизор, что расходует больше электричества — стиральная машина или холодильник, насколько эффективно используется электроэнергия в квартире? На все эти вопросы мог ранее ответить ныне закрытый сервис Google PowerMeter. Однако гикам и домашним экономам не стоит отчаиваться, ибо несмотря на свертывание сервиса от Google, дело мониторинга потребления электроэнергии продолжает жить. В данном обзоре предлагается к рассмотрению устройство Current Cost EnviR, которое позволяет не только наблюдать как «утекают» киловатты электроэнергии на дисплее устройства, но и совместно с Current Cost NetSmart(ранее Current Cost Bridge) отслеживать потребление электроэнергии в режиме online на сайте my.currentcost.com.

Все держали в руках обычный микропроцессор, но вряд ли кому-то приходило в голову разрезать его и рассмотреть под сканирующим электронным микроскопом. Это именно то, что сделал шведский учитель Кристиан Сторм (Kristian Storm) для наглядной демонстрации студентам устройства микрочипа. Фотографии просто потрясающие: качество позволяет рассмотреть отдельные слои процессора. Видимо, примерно такой процедурой пользовались советские инженеры, которые разбирали и копировали западные разработки. Примерно то же самое делается и сейчас для изучения продуктов конкурентов.



Все фото кликабельны и доступны в высоком разрешении.

В этой статье рассмотрены основные вопросы, касающиеся принципа действия АЦП различных типов. При этом некоторые важные теоретические выкладки, касающиеся математического описания аналого-цифрового преобразования остались за рамками статьи, но приведены ссылки, по которым заинтересованный читатель сможет найти более глубокое рассмотрение теоретических аспектов работы АЦП. Таким образом, статья касается в большей степени понимания общих принципов функционирования АЦП, чем теоретического анализа их работы.

"

Введение

В качестве отправной точки дадим определение аналого-цифровому преобразованию. Аналого-цифровое преобразование – это процесс преобразования входной физической величины в ее числовое представление. Аналого-цифровой преобразователь – устройство, выполняющее такое преобразование. Формально, входной величиной АЦП может быть любая физическая величина – напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота следования импульсов, угол поворота вала и т.п. Однако, для определенности, в дальнейшем под АЦП мы будем понимать исключительно преобразователи напряжение-код.