Фаза A (занятия 1–6): Основы электроники
Стадия Такмана: формирование. Роль наставника по SSDL: тренер — короткий инструктаж, пошаговые процедуры, немедленная обратная связь. Вся фаза откалибрована по: состав набора, типы задач и баллы — это даёт новичку первый честный соревновательный опыт уже через 3 недели.
Занятие 1. Ток, напряжение, закон Ома — руками
Цель занятия: обучающийся измеряет U, I, R мультиметром в собранной им цепи и рассчитывает ограничительный резистор светодиода.
Разминка-вспоминание
— (первое занятие; вместо разминки — входная диагностика из _index.md, включая запись трёх аудио-референсов).
Разбор (worked example)
Эталонная цепь: источник 3,3 В → резистор R → красный светодиод (Uпад ≈ 2,0 В, Iном = 10 мА).
Каждый шаг расчёта проговаривается вслух:
- На резисторе останется U(R) = 3,3 − 2,0 = 1,3 В.
- По закону Ома R = U/I = 1,3 / 0,010 = 130 Ом → ближайший из ряда Е12: 150 Ом (берём больше, а не меньше — почему?).
- Проверка мощности: P = U·I = 1,3 · 0,0087 ≈ 11 мВт ≪ 0,25 Вт резистора.
Практика
Соберите эталонную цепь по схеме
Макетная плата, питание 3,3 В от лабораторного источника. Сначала — без подачи питания, наставник проверяет.
Измерьте
Напряжение на светодиоде и на резисторе (вольтметр — параллельно), ток в цепи (амперметр — в разрыв). Сравните с расчётом.
Модифицируйте под своё условие
Синий светодиод (Uпад ≈ 3,0 В) от 5 В при 15 мА: рассчитайте и подберите резистор сами. Затем — два светодиода параллельно: почему каждому нужен свой резистор?
Типичные ошибки
- Светодиод «не той стороной» — не горит: учимся находить катод. 2) Амперметр параллельно — предохранитель мультиметра; проверяем режим до включения. 3) Резистор «на глаз по цвету» — читаем маркировку и меряем омметром. 4) Расчёт от полного напряжения питания вместо U питания минус U падения на светодиоде.
Мини-проверка выхода
Собрать без подсказок цепь на два разных светодиода от 5 В, назвать измеренные U и I, объяснить выбор номиналов.
Занятие 2. Делитель напряжения. Потенциометр. Веха «перечень»
Цель занятия: обучающийся рассчитывает и собирает делитель под заданное выходное напряжение.
Разминка-вспоминание
- Формула закона Ома? 2) Почему светодиоду нужен резистор? 3) Как включается амперметр и чем это опасно?
Разбор (worked example)
Делитель 5 В → 1,65 В: Uвых = Uвх·R2/(R1+R2). Берём R2 = 1 кОм → R1 = (5/1,65 − 1)·1000 ≈ 2 кОм (2,2 кОм из Е12, пересчитываем фактическое Uвых = 1,56 В — обсуждаем допуск). Затем потенциометр 10 кОм как регулируемый делитель и фоторезистор PGM5516 в верхнем плече («свет → напряжение»).
Практика
Рассчитайте и соберите
Делитель 5 В → 3,3 В на резисторах ряда 100 Ом…10 кОм. Проверьте мультиметром.
Нагрузите делитель
Подключите к выходу резистор 1 кОм. Почему напряжение просело? Сформулируйте правило «делитель нельзя нагружать низким сопротивлением» — вернёмся к нему в фазе B (bias буфера!).
Потенциометр и фоторезистор
Соберите регулятор яркости светодиода и «сумеречный индикатор» на фоторезисторе.
Типичные ошибки
- Путают R1 и R2 в формуле — рисуем схему всегда сверху вниз «+ → R1 → выход → R2 → −». 2) Ждут от нагруженного делителя расчётного напряжения. 3) Средний вывод потенциометра определяют наугад — прозваниваем омметром.
Мини-проверка выхода
Делитель 5 В → 1,65 В собран, измерен, отклонение объяснено допуском резисторов.
Занятие 3. Мощность, соединения, расчётные задачи турнира
Цель занятия: обучающийся решает расчётные задачи формата раздела Электроника (типы 1 и 3) в турнирном темпе.
Разминка-вспоминание
Квиз 5 вопросов: закон Ома, делитель, что происходит с нагруженным делителем, формула мощности, параллельное соединение.
Разбор (worked example)
Эталонное решение задачи 3 из Приложения 1 регламента: получить ток 28 мА ± 10% от 5 В из набора «10 Ом ×1, 100 Ом ×2, 1 кОм ×1». Решение проговаривается: нужное R = 5/0,028 ≈ 179 Ом → 100 + 100 = 200 Ом даёт 25 мА (в допуске −10,7%? считаем точно: 25 мА при допуске 25,2–30,8 — мимо!) → обсуждаем: 100 + (100‖1000) = 190,9 Ом → 26,2 мА — в допуске. Урок: «первый очевидный ответ проверяй расчётом».
Практика
Решите на бланке
Задача типа 1 (расчёт R и I участка при U = 3 В) — на бланке, как на турнире, с таймером 15 минут.
Соберите и измерьте
Свою цепь из шага разбора; сравните измеренный ток с расчётом, оформите принципиальную схему.
Вариация
Наставник меняет целевой ток — синтезируйте новую цепь за 20 минут.
Типичные ошибки
- Не проверяют попадание в допуск ±10% численно. 2) Рисуют монтажную «картинку» вместо принципиальной схемы — жюри снимает баллы. 3) Забывают измерить и записать фактический ток (баллы по рубрике турнира — за измерение).
Мини-проверка выхода
Задача «синтез цепи под заданный ток» решена, собрана и измерена за 30 минут; схема оформлена по ГОСТ-обозначениям из справочного листа.
Занятие 4. Логические уровни, кнопки, подтяжки
Цель занятия: обучающийся собирает схему на кнопках и светодиодах по заданной таблице истинности (задача типа 4 турнира).
Разминка-вспоминание
- Как из 5 В получить 3,3 В? 2) Мощность на резисторе 150 Ом при 10 мА? 3) Почему нагрузка «просаживает» делитель?
Разбор (worked example)
Эталон — задача 4 Приложения 1: две кнопки, три светодиода, резисторы 100 Ом, питание 3,3 В, таблица истинности из регламента. Разбираем: светодиод 3 горит всегда (константа «1»); светодиод 1 повторяет кнопку 2; светодиод 2 повторяет кнопку 1. Понятия «логическая 1/0 как уровни напряжения», подтягивающий резистор к «0» и к «1».
Практика
Соберите эталон
По разобранной схеме, проверьте все 4 строки таблицы — как это сделает судья.
Своя таблица
Наставник выдаёт новую таблицу истинности — синтезируйте и соберите схему сами, пронумеруйте кнопки и светодиоды (по рубрике турнира за подписанные элементы — баллы).
Типичные ошибки
- «Висящий» вход кнопки без подтяжки — светодиод мерцает от наводок. 2) Проверяют одну-две строки таблицы вместо всех. 3) Не подписывают элементы — теряют лёгкие 5 баллов рубрики.
Мини-проверка выхода
Своя схема выполняет все строки таблицы; ученик объясняет роль каждой подтяжки.
Занятие 5. Логические микросхемы CD4069/CD4071/CD4081
Цель занятия: обучающийся реализует заданную логическую функцию на микросхемах (задача типа 5, 30 баллов).
Разминка-вспоминание
Квиз: таблицы истинности И, ИЛИ, НЕ; уровни напряжения; зачем подтяжка.
Разбор (worked example)
Эталон — задача 5 Приложения 1: F = (НЕ A)·(НЕ B) на CD4069 (НЕ) + CD4081 (И). Разбираем цоколёвку DIP-14, питание Vdd/Vss, правило «неиспользуемые входы КМОП не оставляем в воздухе», индикацию входов и выхода светодиодами, составление таблицы истинности и её проверку схемой (F=1 только при отпущенных кнопках — замечаем: это функция ИЛИ-НЕ по де Моргану).
Практика
Соберите эталон
Питание 5 В, входы с кнопок и подтяжек, индикация на входах и выходе.
Проверьте по таблице
Пройдите все 4 комбинации, сравните с составленной таблицей истинности.
Новая функция
F = A·(НЕ B) + собственный вариант от наставника «выход не константа» — синтез, сборка, таблица.
Типичные ошибки
- Висящие неиспользуемые входы КМОП — хаотичное поведение. 2) Путают нумерацию ножек (отсчёт от ключа против часовой). 3) Составляют таблицу «из головы» после сборки, подгоняя под то, что горит.
Мини-проверка выхода
Функция 30-балльного уровня реализована; таблица истинности составлена до включения и подтверждена схемой.
Занятие 6. Пробный тур (рубеж фазы A)
Цель занятия: обучающийся выполняет полный вариант тура (1 теоретическая + 4 практические задачи, 100 баллов) в тайминге соревновательного дня.
Разминка-вспоминание
Кумулятивный квиз занятий 1–5 (10 вопросов, 10 минут) — и сразу в тур.
Формат
Наставник выступает судьёй: бланк, таймер, оценка строго по таблицам баллов регламента; «в зачёт идёт лучшая попытка» — как в оригинале. Вариант собирается по образцу Приложения 1 с изменёнными номиналами и таблицами.
Пост-разбор (обязателен, это половина ценности занятия)
Самопроверка по рубрикам
Ученик сам оценивает свой бланк по таблицам баллов — калибровка на критерии жюри.
Классификация ошибок
Каждая потеря баллов помечается: «не знал» / «знал, но не успел» / «невнимательность». Для каждой категории — своя стратегия на будущее.
Решение о переходе
≥ 60 баллов — фаза B. Меньше — одно дополнительное занятие точечно по западающим типам задач (принцип «часов столько, сколько нужно голове»).
Мини-проверка выхода
Протокол тура с баллами и классификацией ошибок; рефлексия «что беру в фазу B» (3 пункта письменно).