Dataingenjör som vill dyka djupare i elektronik

[epalm]

Jag är mycket intresserad av att göra enklare byggen runt MCU:er, men lider lite av min ojämna uppsättning kunskap. Programmering har jag inte problem med alls, inte heller för MCU:er, men däremot är min kunskap kring elektriska kretsar i störtsa allmänhet inte så bra.

Det jag vill veta är hur grunduppsättningen elektronikkomponenter påverkar din krets, och lite om vad man bör tänka på för att komponenter inte ska gå sönder. Jag är i grunden mer intresserad av programmering än ellära, men är villig att lära mig så mycket jag behöver.

Tips på guider eller böcker är mycket uppskattat.

Det projekt jag har i åtanke nu är att bygga en liten "synt" med en MCU i mitten som läser av knapptryckningar och skriver till en 3.5mm tele via en D/A pinne. Ström ska hämtas från en USB kabel. Om någon känner till guider kring detta specifikt vore jag tacksam.

[jesse]

Det går ju inte att generellt svara på hur man använder "komponenter" och när "komponenter" går sönder. Din MCU är ju också en komponent som kan gå sönder.

Så jag föreslår att du delar upp din/dina kretsar i vad de ska göra:

1) digitala kretsar
ofta faller dessa bort eftersom man kan göra det mesta i MCU:n, men de kan behövas/vara praktiska ibland ändå.

2) signalbehandling, analog
här har man oftast OP-förstärkare, mindre ofta transistorer, småsignal utan någon egentlig effekt. (mixer/filter mm)

3) I/O interface, digitala och/eller analoga.
Dessa har kontakt med omvärlden och behöver därför ofta skyddas mot utifrån kommande oönskade spänningar mm... De behöver ofta kunna driva lite högre ström än de interna kretsarna. I/O kan byggas med transistorer och/eller speciella interfacekretsar. Val av komponenter beror på vilken typ av kommunikation man vill ha. Typiska I/O är t.ex. reläutgångar, optokopplare (ingångar), RS232 eller RS485 kommunikation, I2C eller liknande. Analoga utgångar brukar använda sig av en OP. Analoga och digitala ingångar brukar ofta filtreras med RC-filter (motstånd + kondensator) för att snygga till signalerna.

4) effektelektronik
är väl oftast den svåraste biten, då det är förödande om det skulle bli fel. Här går höga strömmar. Det kan vara styrning av ström/spänning ut. Detta kan göras på en massa olika sätt beroende på vad behovet är. Allt från effekt-transistorer (MOSFET) som fungerar som strömbrytare för likström till t.ex. reläer, fläktar, motorer, lampor mm... till rena spänningsregulatorer.

5) sedan får man förstås tänka på att strömförsörjningen fungerar för alla dessa olika kretsar utan att de stör varandra. Att alla kretsar, både analoga och digitala avkopplas med kondensatorer precis intill kretsen. Och att känslig analog elektronik (särskilt audio) kanske har egen strömförsörjning så att inte störningar från den digitala delen spiller över till ljudet. Om du t.ex. använder RS232 för att överföra data till/från PC (t.ex. om du vill spela upp MIDI från en fil) så kan dataöverföringen låta som brus som pulserar. Inte kul.

6) och att störningar via jordanslutningarna kan spridas mellan digitala och analoga delar. Har du digital kommunikation och analoga kretsar så blanda inte dessa på kretskortet utan försök hålla dem på var sin sida.

Just i din applikation handlar det om främst intern signalbehandling. Utgången kan ordnas med en OP och ett lågpassfilter. Exakt hur utgångsimpedans och spänningsnivåer ser ut på en "line out" inom audiovärlden vet jag inte, men det bör väl finnas audiofiler här på forumen som enkelt kan svara på den frågan.

[xxargs]

Som redan nämnt så är det väldigt stort område som du anträder och man kan inte lära sig allt utan de flesta specialiserar sig i olika riktningar under många år...

Vill man verkligen begripa saker och designa eget som inte redan finns och inte nöjer sig att bara kopiera andras lösningar med blandad resultat, så är elläran och kretsteori fundamental och att bränna saker eller inte så handlar det verkligen om att lära och förstå effektlagen och Ohms lag. (P = U*I resp. U=I*R) och kunna möblera runt dessa och också förstå nomenklaturen kring dessa (tex 'U' står för spänning, 'I' för ström, 'i' för momenta ström, 'j' för den imaginära enheten etc.)

Och bränna saker kommer du att göra ändå - det är inte som en bugg i en program där det räcker med en rättelse i koden och omkompilering - inom elektronik så måste man ofta byta saker och allt som felet har dragit med sig efter, innan man kan prova igen - så köp inte ett exemplar av varje komponent du tro dig behöva - snarare köp i 10-pack...

utgångssidan har redan avhandlats, men du kommer att finna att du måste ta hand om en massa 'trassel' på ingångssidan från tex. dina kontakter/tangenter med att hantera kontaktstudsar, hur du skall hantera multipla kontakter när antalet överstiger antal ingångar på din MCU och om det skall kunna hantera flera nedtryck samtidigt och veta vilka knapper som är nedtryckta samtidigt etc....

Jag rekommenderar att när du börja experimentera med riktiga fysiska komponenter, lär dig löda etc. också parallellt provar att simulerar dina analoga koppel när det går i tex. LTspice, tex. när du skall göra ditt lågpassfilter med en OP-amp - stulet från någon exempelkoppling för att ta bort pipet från din D/A-utgång av samplingstakten etc. då man lättare kan se frekvensgång och att det dämpar tillräckligt bra än med en fysisk koppling som kräver lite instrument för att testa samma sak.

Och det viktigaste är att ha intresse för detta och den vägen skapa en massa tid för detta, ganska tjock pannben och inte ge upp även när det är motigt på riktigt, är en klar fördel i den psykologiska profilen i det här gebitet - för det här är inget man fixar på en kafferast.

Börja med (del)projekt som är relativ snabba att få ihop och att du ser resultatet av ansträngning ganska direkt, innan du ger dig på de mer komplexa projekten!

[opampen]

Hej, epalm:

Som tidigare sagts är det ett stort område och många olika inriktningar. Det jag tycker du kan börja med är att lära dig hur olika komponenter fungerar och att kunna mäta och räkna. T.ex. förstärkare med op kretsar, men även transistorer som används väldigt mycket fortfarande i olika drivsteg samt i goda HI-FI förstärkare där man är ganska "koservativ"och använder ofta transistorer i framförallt slutstegen, bl.a MOSFET.

Tyristorer och triacar använd för bl.a. motorstyrning.

Digital/analogomvandlare (D/A-omvandlare).

Här är några böcker du kan börja med;

https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... %C3%B6cker

https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... %C3%B6cker

[epalm]

Otroligt bra svar, som kompletterade varandra bra dessutom!

Tack Jesse för snygg punktlista och tips. Tack xxargs för bra tips till mig som programmeringsvan, och tack opampen för till synes vettiga boktips.

Mer än något annat så tror jag ni hjälpte mig med en känsla av att veta vilka som är nästa steg. Jag ska beställa hem lite komponenter och experimentera lite, samt någon trevlig kvällsläsning.

[ElectricNooB]

Ditt synt-projekt är, beroende på tangenttyp, väldigt simpelt. Om du bara skall ha "brytande" tangenter så är det nästan bara plugg (code) and play, dvs ett klassiskt arduinoprojekt och kanske inte så jätte lärorikt ur elsynpunkt.
Mer lärorikt är nog att bränna lite motstånd, spränga lite transistorer, koppla in kondensatorer baklänges, spränga några ljusdioder osv osv...

[jesse]

Det enda man lär sig av att bränna saker är att man borde ha läst mer om effektutveckling och termodynamik. Så för att undvika att elda i onödan kan man läsa t.ex. detta: Calculating transistor chip temperature
Enkel matematik.

[ElectricNooB]

Hehe, jo visst men nu är ju elektronik så mycket mer än modeller, ofta spelar faktorer in som den som bara glor på ekvationer helt missar. Erfarenhet är viktigt. Du kan plugga 5år till ingenjör i ämnet och inte fatta ett skit när du sätter dig med en lödkolv för första gången. När man lär sig om elektronik så går det ibland inte som man tänkt sig, detta är en viktig del av lärandeprocessen. Jag menar givetvis inte att man skall göra en al bundy men att praktiskt utforska sina nyvunna teoretiska kunskaper och se att verkligheten är bra mycket mer komplex och imperfekt är väldigt viktigt.

[Krille Krokodil]

http://www.allaboutcircuits.com/

[opampen]

Inom elektronik är både teori och praktik lika viktigt. Lära sig mäta, beräkna, kännedom om olika komponenters funktion, kunskap om effekter och värme avledning och inte minst att kunna löda hyggligt utan att förstöra komponenter.

Det är också viktigt att ta fram labbplattan, labbkorten, kretsar och trissor samt koppla upp det i vekligheten. Eller börja med några enkla byggsatser. Att kunna mäta med oscilloscope, multimeter mm. Förstå begränsningarna, toleranser och avvikelser i mätresultat.

[jesse]

Jag menar givetvis inte att man skall göra en al bundy...

Haha, nej det hoppas jag verkligen inte

Jag är helt självlärd, men det var först när jag använde teorin och började räkna ut vad som fungerar och inte som jag började kunna konstruera riktiga grejer. Vad jag menade var bara att det är betydligt roligare att faktiskt förstå vad man gör och göra rätt från början än att gissa sig fram och mest bränna upp grejerna... Därför är det inte helt fel att läsa lite teori kring det man ska göra.

Annars är det helt riktigt att det är bara erfarenheten av det man gjort i praktiken som verkligen ger kunskap.

[Ulf]

Det är väldigt trevligt när man ser (och förstår) hur teori och praktik hänger ihop!

Det är väl en definition på en ingenjör att han vill gärna mäta och räkna, räkning för teorin och mäta för det praktiska!