在兒童電子系列的第 1 部分中，我們研究了 LED;在第 2 部分中，我們探討了電容器?，F(xiàn)在在第 3 部分中，我們將深入了解電氣測(cè)量。

如果不包括電氣測(cè)量，就不可能討論電子學(xué)。為了為電子元件選擇正確的值并計(jì)算一些工作條件，必須使用一些簡(jiǎn)單的算術(shù)計(jì)算來預(yù)測(cè)電路的行為。

它類似于烹飪食譜，其中所有成分都必須經(jīng)過精確測(cè)量才能做出美味佳肴。

電氣測(cè)量的主要問題將通過一些簡(jiǎn)單的例子來解決，特別是電壓和歐姆電阻的計(jì)算。

電氣測(cè)量

沒有不使用測(cè)量值的實(shí)際領(lǐng)域，例如長(zhǎng)度、體重、學(xué)校成績(jī)、視頻游戲分?jǐn)?shù)和體溫。

任何物理量、化學(xué)量或電量都必須經(jīng)過測(cè)量才能得到良好的控制和管理。如果您不進(jìn)行一些測(cè)量，您將無法預(yù)測(cè)電路的行為方式。我們顯然不是在談?wù)撚镁沓呋虺咦訙y(cè)量長(zhǎng)度。

相反，我們討論的是使用稱為測(cè)試儀或萬(wàn)用表的儀器進(jìn)行的電氣測(cè)量，如圖 1 所示。

要進(jìn)行第一次電氣測(cè)量，您無需購(gòu)買花費(fèi)數(shù)百美元的高端型號(hào)。只需幾歐元即可購(gòu)買一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬或數(shù)字模型就足夠了。模擬儀表變得越來越少，大多數(shù)設(shè)備現(xiàn)在都是數(shù)字的。

萬(wàn)用表又稱萬(wàn)用表，是必不可少的測(cè)量工具。它可以具有多種功能，但以下是所有型號(hào)共有的：

用于交流和直流電壓測(cè)量的電壓表

用于電流測(cè)量的電流表

用于電阻測(cè)量的歐姆表

在繼續(xù)進(jìn)行電氣測(cè)量示例之前，最好先回顧一下電壓、電流和電阻的概念，如圖 2 所示。沒有這三個(gè)電子支柱，任何設(shè)計(jì)都無法完成。

在日常語(yǔ)言中，術(shù)語(yǔ)“電壓”和“電流”可以互換使用，但它們實(shí)際上指的是兩個(gè)不同的概念。了解這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)之間的區(qū)別對(duì)于避免危險(xiǎn)情況和充分利用電子設(shè)備至關(guān)重要。

因?yàn)殡姷男袨榕c水非常相似，所以電壓可以用水壓來表示，而電流可以用水本身來表示。

看圖，我們可以發(fā)現(xiàn)以下三項(xiàng)：

電壓是來自電源的壓力，它推動(dòng)電子通過電路。它以伏特為單位。

電流是在電路中流動(dòng)的一組電子。因此，它是由電壓決定的有序流。它以安培為單位。

電阻是一種表示電路中電流流動(dòng)的阻力的量度，以歐姆為單位。

所有材料都具有一定的抗電流特性，分為以下幾類：

導(dǎo)體：電阻很小且電子可以輕松移動(dòng)的材料(例如，銀、金、銅和鋁)

半導(dǎo)體：具有導(dǎo)體和絕緣體特性的材料

絕緣體：提供高電阻并盡可能限制電子流動(dòng)的材料(例如，紙、玻璃、橡膠和塑料)

測(cè)量電池或電池的電壓

使用這種方法可以讀取電池兩端的電壓，這有助于確定電池是否已充電或應(yīng)丟棄。將紅色表筆連接到電壓插座 (V)，將黑色表筆連接到公共插座，將測(cè)試儀置于電壓表模式(COM 或接地)，如圖 3 所示。

始終建議將最大流量(滿量程)設(shè)置為較高的位置，然后在必要時(shí)降低它。在我們的示例中，由于待測(cè)電池的電壓為 1.5 V、4.5 V 和 9 V，因此建議使用 20 V 的最大量程，可通過相對(duì)旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行選擇。現(xiàn)在可以直接測(cè)量電池電壓。不要期望電壓與電池標(biāo)簽上的電壓完全相同。例如，對(duì)于 4.5V 電池，如果它是新的且已充電，則可以讀取 4.7V 值，如果稍微放電，則可以讀取 4.1V 值，或者如果已經(jīng)充分放電，則可以讀取 3.4V 值。

相同的規(guī)則適用于所有其他電壓發(fā)生器。測(cè)量電壓時(shí)，務(wù)必注意測(cè)試導(dǎo)線的正確極性。紅色引線必須連接到電池的正極，而黑色引線必須連接到負(fù)極。但是，任何極性反轉(zhuǎn)都不會(huì)損壞測(cè)試儀;電壓將以負(fù)值表示。再次記住，不要將電池的兩極直接電接觸。它會(huì)產(chǎn)生大量熱量，甚至?xí)a(chǎn)生火焰。

測(cè)量由各種元件組成的電路的電壓

圖 4 顯示了允許兩個(gè)串聯(lián)的 LED 二極管點(diǎn)亮的接線圖。電阻值的計(jì)算將在下一部分中進(jìn)行研究?，F(xiàn)在讓我們進(jìn)行一些張力測(cè)量，以改善我們的總體視野。這些測(cè)量不用于其他目的;它們只是為了更加熟悉測(cè)試人員而進(jìn)行的?；叵胍幌?，在這種類型的連接中，通過電池的電子、電阻和兩個(gè) LED 二極管都是相同的，就像流過單根管的水一樣。將測(cè)試儀設(shè)置為以 20 V 滿量程電壓測(cè)量電壓?，F(xiàn)在讓我們檢查以下測(cè)量，考慮到電路的各個(gè)點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn) N1 上的紅色尖端和節(jié)點(diǎn) G 上的黑色尖端：讀取的電壓值約為 4.5 V。實(shí)際上，我們正在測(cè)量電池端子上的電壓。

節(jié)點(diǎn) N1 上的紅色引線和節(jié)點(diǎn) N2 上的黑色引線：讀取的電壓值約為 0.7 V。我們正在測(cè)量電阻兩端的電壓。

節(jié)點(diǎn) N1 上的紅色引線和節(jié)點(diǎn) N3 上的黑色引線：讀取的電壓值約為 2.6 V。我們正在測(cè)量電池正極和第一個(gè) LED 二極管的陰極之間的電壓。

節(jié)點(diǎn) N2 上的紅色尖端和節(jié)點(diǎn) N3 上的黑色尖端：讀取的電壓值約為 1.89 V。我們正在測(cè)量第一個(gè) LED 二極管末端的電壓。

節(jié)點(diǎn) N2 上的紅色尖端和節(jié)點(diǎn) G 上的黑色尖端：讀取的電壓值約為 3.78 V。我們正在測(cè)量?jī)蓚€(gè) LED 二極管末端的電壓。

節(jié)點(diǎn) N3 上的紅色尖端和節(jié)點(diǎn) G 上的黑色尖端：讀取的電壓值約為 1.89 V。我們正在測(cè)量 LED 二極管兩端的電壓。

最重要的測(cè)量涉及第一個(gè)(N1-G)，其目的是測(cè)量電池電壓(4.5 V);第四個(gè)和第六個(gè)(N2-N3和N3-G)，目的是測(cè)量第一個(gè)和第二個(gè)LED二極管(1.89 V)兩端的電壓;第五個(gè) (N2-G)，其目的是測(cè)量?jī)蓚€(gè) LED 二極管 (3.78 V) 兩端的電壓。所進(jìn)行的測(cè)量可能與此處報(bào)告的有所不同，因?yàn)殡姵睾碗娮釉偸潜舜寺杂胁煌臏y(cè)量中也可以看出，黑色引線并不總是必須連接到電池的負(fù)極，而是可以連接到任何節(jié)點(diǎn)，紅色引線也是如此。你需要熟悉這個(gè)事實(shí)。通過將測(cè)試儀連接到電路的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們獲得了測(cè)試儀上某個(gè)電壓的讀數(shù)。它不是由單個(gè)電子組件產(chǎn)生的，而是由分布在各個(gè)組件上的電池產(chǎn)生的。事實(shí)上，在這種類型的電路中，我們永遠(yuǎn)找不到高于 4.5 V 的電壓。

圖 4：電路各個(gè)點(diǎn)的電壓測(cè)量

電阻測(cè)量

最后的實(shí)驗(yàn)旨在確定電阻器的值，如圖 5 所示，可以將其與各種直徑的水管進(jìn)行比較。以下是電阻器的一般規(guī)則：

電阻值越大，通過它的電流就越少，像一個(gè)窄管(例如330,000Ω，相當(dāng)于330kΩ);

電阻值越小，通過它的電流就越多，就像一個(gè)大管子(例如，15Ω)。

要測(cè)量電阻器，不必考慮極性。事實(shí)上，這些類型的組件沒有極化，測(cè)試引線可以隨意定向，以及它們?cè)陔娐分械姆较?。電阻器的主體通常帶有一些指示歐姆值的彩色環(huán)。國(guó)際色碼如下：

黑色：0

棕色：1

紅色：2

橙色：3

黃色：4

綠色：5

藍(lán)色：6

紫色：7

灰色：8

白色：9

例如，對(duì)于具有棕色、黑色和棕色帶顏色的電阻器，我們將具有以下值：

第一個(gè)棕色帶：1

第二個(gè)黑帶：0

第三個(gè)棕色帶：添加 1 個(gè)零

因此，電阻值為 100 Ω。

另一個(gè)例子，對(duì)于具有黃色、紫色和橙色帶顏色的電阻器，我們將有以下值：

第一黃帶：4

第二紫帶：7

第三個(gè)橙色帶：要添加 3 個(gè)零

因此，電阻值為 47,000 Ω，相當(dāng)于 47 kΩ。根據(jù)要測(cè)量的電阻值，有必要將測(cè)試儀的旋轉(zhuǎn)開關(guān)定位在正確的位置，如示例中所示。人體也有自己的抵抗力。如果您嘗試用雙手觸摸歐姆位置的表筆，您將能夠讀取以下近似值：

手干時(shí)約為 10,000,000 Ω (10 MΩ)

大約 700,000 Ω (700 kΩ)，當(dāng)您的手潮濕或出汗時(shí)

手很濕時(shí)約為 50,000 Ω (50 kΩ)

此外，鹽水比淡水更具導(dǎo)電性。

圖 5：可以將電阻器與不同直徑的水管進(jìn)行比較。

結(jié)論

要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電子電路，孩子們應(yīng)該進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)。即使有些概念還不清楚，也沒關(guān)系。隨著時(shí)間和大量的練習(xí)，它們將被完美地理解。只能使用電池進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)樗鼈儾⒉晃ｋU(xiǎn)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，還建議使用成人的幫助。

審核編輯：湯梓紅