Электроника для детей — светодиоды

СветодиодыЭлектроника сегодня является горячей темой, и дети стремятся освоить основы этой интересной и важной отрасли техники.

Статьи из раздела электроники для детей, научат и пробудят детский интерес к работе с электроникой простым и увлекательным способом.

Современная электроника программируется

Сегодняшняя электроника существенно отличается от вчерашней. Молодые люди имеют преимущество в изучении новых концепций современных технологий. На самом деле они сильно отличаются от прошлых по нескольким причинам, самая важная из которых — возможность программировать поведение электронных схем. Сложная система теперь состоит из автоматов, индикаторов и датчиков, которые можно создать с помощью всего лишь небольшого микроконтроллера, тогда как раньше требовались большие схемы с тысячами электронных компонентов. По этой причине логические способности детей очень близки к поведению автоматических систем.

Достаточно сказать, что нынешние школы предоставляют учащимся много часов изучения новых подходов, таких как программирование, Arduino — это единственный в своем роде ресурс для кодирования, который включает в себя передовое программное обеспечение для кодирования, простое оборудование, набор уроков, соответствующих стандартам, а также безграничные советы и поддержку. Это передовой подход к обучению STEAM и программированию. Он прост в использовании и понимании, поощряет участие и доверие учащихся, способствует творчеству и критическому мышлению, а также имеет практическое применение.

Электроника для детей

Интерес к электронике может проявиться уже в возрасте 6-7 лет, хотя и не у всех. Многих детей приводит в восторг вид мигающих огней, вращающихся двигателей и звукового оборудования.

По этой причине после нескольких минут игры с любимой игрушкой они переходят к следующему уровню, а именно к разборке, чтобы посмотреть, что внутри. Электроника в крови современных детей. Работа с мобильным телефоном или пультом дистанционного управления для них естественна.

Поэтому, мы решили, что данная рубрика «Электроника для детей» будет охватывать только самые основные темы электроники в условиях полной безопасности. Электрические цепи можно легко понять, просто следуя теории или создав практические соединения с использованием реальных электронных компонентов. Дети также могут попросить помощи у взрослых, если захотят. Небольшие и простые эксперименты помогут разжечь еще больший интерес к работе с электроникой.

Какие инструменты и компоненты потребуются для начала выполнения электронных сборок?

Элементы

Ниже приводится список наиболее важных:

  • Резисторы, светодиоды, лампочки, конденсаторы, переключатели и т. д.
  • Одножильные кабели с зажимами типа «крокодил» для соединения.
  • Батарея 5 В.
  • Простой тестер.

Читать также:  Что такое пайка?

Электрическая схема

Чтобы понять некоторые фундаментальные элементы электроники, необходимо познакомиться с минимальной теорией, лежащей в основе электрических цепей. Электрический ток, по сути, представляет собой поток электронов, который движется от одного полюса генератора к другому полюсу в бесконечном вихре. Электрическая цепь — это физическая связь между генератором, электрическими проводниками и потребителем (нагрузкой). Для обеспечения кругового прохождения электронов необходимы некоторые условия:

  • Генератор должен производить достаточное количество электронов.
  • Нагрузка должна быть работоспособной и не прерываться.
  • Электрические провода должны быть хорошими проводниками тока, обычно из металла (меди или алюминия).

На самом деле электроны предпочитают металл, чтобы иметь возможность продолжать свой путь. Чтобы лучше понять концепцию электрической цепи, ее можно сравнить с гидравлической системой, такой как показанная на картинке ниже. Сравнение между электрическим током и водой, по сути, делает концепцию и законы, управляющие двумя элементами очень простыми. Они очень похожи.

Электричество и вода

На картинке мы видим:

  • Генератор напряжения, который обеспечивает движение электронов в цепи
  • Нагрузку (лампа, светодиод, двигатель)
  • Резистор, ограничивающий прохождение электронов
  • Электрические провода

Если только один из этих элементов будет отключен, электроны не пройдут, и цепь будет разомкнута.

Включение светодиода

Светодиод — это устройство, которое производит фотоны (свет), пропуская через себя определенное количество электронов. Ток не является произвольным понятием, и все параметры должны быть определены с использованием фундаментальных математических процедур. Следующий эксперимент совершенно безопасен и объясняет некоторые фундаментальные электронные концепции:

  • Правильная полярность электрического напряжения
  • Ограничение тока
  • Непрерывность цепи

Итак, нам понадобятся следующие материалы:

  • Батарея 4,5 В
  • Резистор 180 Ом
  • Красный светодиод
  • Три соединительных провода с крокодилами

Как вы можете видеть на предыдущей картинке, выполняются следующие подключения:

  • Подключите красный кабель между положительным полюсом батареи и одним концом резистора (последний не поляризован).
  • Подключите оранжевый кабель между другим концом резистора и анодом светодиода (его можно узнать по закругленной части основания корпуса).
  • Подсоедините черный кабель между катодом светодиода (его можно узнать по плоской части основания корпуса) и отрицательным полюсом батареи.

Читать также:  Что такое тестирование черного ящика?

Светодиод загорится сразу с нормальной яркостью, если соединения выполнены правильно. Если направление батареи или светодиода изменено на противоположное, он не загорится. Теперь удалите резистор и соедините два свободных провода вместе. Удаление этого компонента вызывает огромный поток электронов к светодиоду без каких-либо ограничений. Питание схемы, на практике, приводит к перегоранию светодиода, который можно выбросить. В следующей статье вы узнаете, как выбрать правильное значение сопротивления. Целью этого первого теста является постепенное приближение к электрическому току и понимание направления потока электронов. Эта система полностью совместима с системой воды, поэтому вы можете представить себе путь, по которому следуют электроны, как эквивалент гидравлической цепи, состоящей из труб, соединений, узких мест и других элементов.

Как включить два светодиода

Следующим шагом является включение двух или более светодиодов. На самом деле это очень простая операция, но для ее правильного выполнения необходимо соблюдать несколько правил. Последующие решения могут быть разными. Итак, давайте найдем правильные способы освещения в следующих примерах двумя светодиодами. Не принимая во внимание тривиальное решение, включающее использование двух батареек, двух резисторов и двух светодиодов, жизнеспособными альтернативами являются следующие:

  • светодиоды соединены параллельно
  • светодиоды соединены последовательно

Эти два метода определяют способ прохождения электрического тока в цепи, как в водопроводной системе. Давайте попробуем понять, как работают эти два метода. Расчеты различных компонентов будут рассмотрены в одной из следующих частей.

Соединение светодиодов

Обе схемы предназначены для освещения двух светодиодов, но работа происходит по-разному. Посмотрим, как. В схеме слева (параллельно) поток электронов, выходящих из стека, случайным образом идет двумя разными путями без определенного правила:

  • Поток следует по первому пути, который питает резистор R1 и светодиод D1.
  • По второму пути следует другой поток, тот, что питает резистор R2 и светодиод D2.

Следуя за диодами, два тока сходятся по тому же пути, возвращаясь, и повторяя процесс. В схеме справа (последовательно) поток электронов, выходящих из стека, последовательно проходит через резистор R3, светодиод D3, а затем через светодиод D4. В обоих примерах диоды горят нормально. Что меняется, так это тип схемы. Читатель только заметит, что в первом примере резисторы R1 и R2 имеют значение 180 Ом, а во втором примере резистор R3 имеет значение всего 47 Ом. Теперь достаточно понять, что чем ниже значение резистора, тем выше поток электронов через цепь. Сейчас нужно понять важность циркуляции электронов в цепи:

  • Если все компоненты схемы правильно подключены, она работает правильно «замкнутая цепь».
  • Если хотя бы один компонент цепи отсоединен или неисправен, она работает неправильно «разомкнутая цепь».

Читать также:  Напряжение, ток, сопротивление

По умолчанию, электроны движутся только в одном направлении, от положительного полюса к отрицательному полюсу. Любое прерывание прерывает этот поток, который, в действительности, чрезвычайно быстр. На самом деле, электроны преодолевают путь около 300 000 км всего за одну секунду. Символ массы (или Земли) указывает на то, что на этой электрической ветви есть напряжение 0 В. В параллельной цепи две ветви полностью независимых друг от друга. Если мы отключим резистор (например, R1) или диод (например, D1) или даже поменяем его полярность, установив вверх ногами, другая ветвь продолжит работать без проблем. Однако в последовательной цепи все по-другому. Два светодиода зависят от одного и того же тока, поэтому достаточно удалить резистор R3 или один из двух светодиодов (D3 или D4), и работа схемы прервется. Обычно, огоньки, которые освещают елку, соединены последовательно. Достаточно перегореть одной лампочке, чтобы вся гирлянда вышла из строя.

Практика, практика, практика

Попробуйте сами создать прототип светофора, показанный на картинке ниже. Прототип представляет собой схему, состоящую из трех параллельно соединенных светодиодов с соответствующими резисторами 180 Ом для каждой ветви. В отличие от предыдущих схем подключения, здесь показано наличие трех переключателей, которые позволяют независимо включать и выключать каждый светодиод. Очевидно, что цвета трех светодиодов должны быть красным, желтым и зеленым.

Схема подключения светофора

Итог

Важно не только внимательно прочитать эту статью, но и применить эти концепции на практике, опробовав различные электрические и электронные схемы. И не бойтесь совершать ошибки, на ошибках учатся…

Хотя эти электронные схемы не представляют опасности, но все-таки лучше всего проводить такие эксперименты под присмотром взрослого человека.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий