儿童电子产品设计之LED

电子产品是当今的热门话题，孩子们渴望掌握这一有趣且重要的技术分支的基础知识。这是为孩子们准备的基础电子课程，它将教他们基础知识并以简单有趣的方式激发他们的兴趣。

今天的电子产品是可编程的

今天的电子产品与昨天有很大不同。年轻人在学习现代技术的新概念方面具有优势。事实上，它与过去有很大不同，原因有几个，其中最重要的是能够对电子电路的行为进行编程。自动电路编程的可能性是今天以前不存在的附加值。一个复杂的系统现在由自动装置、指示器和传感器组成，只需一个小型微控制器就可以创建，而在过去，需要具有数千个电子元件的大型电路。由于这个原因，年轻人的逻辑能力非常接近自动系统的行为。可以这么说，目前的学校为学生提供了许多学习新方法的时间，例如编码、SAM Labs（参见图 1）是一种独一无二的编码资源，包括尖端编码软件、简单的蓝牙连接硬件、符合标准的课程组合以及无限的建议和支持。这是一种教授 STEAM 和编码的前沿方法。它易于使用和理解，鼓励学生的参与和信心，促进创造力和批判性思维，并具有实际应用。学生可以使用 SAM Studio 的基于块的拖放编码来开发复杂的系统，这些系统可以移动、点亮并与环境交互，并且新项目可以移动、点亮并与环境交互，这要归功于通过 SAM 块连接蓝牙。该方法允许学生快速轻松地创建和学习，从小就引入概念，使用编码和原型设计解决方案。学生可以使用编码和原型设计解决方案快速轻松地创建和学习。甚至没有意识到，孩子们正在学习科学原理。例如，创客专业课程使 K -8 教师能够支持他们孩子的基于活动的学习、探索和原型设计。

该公司提供了几个工具包，每个工具包都有特定的用途，专门用于一定程度的准备和难度。孩子们可以使用和编程交互式积木，例如，执行某些任务。对象必须执行的一组动作可以使用代码进行编程。这些是与乐高积木兼容的小型可编程积木，可通过蓝牙连接到您的设备、计算机或平板电脑。带有微型 USB 连接器的可充电电池为每个模块供电。这些块由橡胶外壳保护，并且非常耐冲击。这些积木是无线的，不需要触摸或用电线连接，不使用的积木会被关闭，以让课程持续大约一周。

儿童电子产品

对电子产品的兴趣可以从 6 岁或 7 岁开始，尽管不是每个人都适合。许多孩子被闪烁的灯光、旋转的马达和发声设备迷住了。

出于这个原因，在玩了他们最喜欢的玩具几分钟后，他们会进入下一个有趣的阶段，即拆卸，看看里面有什么。

电子产品已融入当今儿童的血液中。处理手机或遥控器对他们来说很自然。这篇和后续的儿童电子系列文章将涵盖非常基本的电子学主题，完全安全。只需遵循理论或使用实际电子元件创建实际连接，就可以很容易地理解电路，所有这些都是现成的。如果他们愿意，孩子们也可以向大人寻求帮助。小而简单的实验可以在有趣和安全的操作中点燃激情。开始执行电子组装将需要工具和组件。以下是最重要的列表：

一些电子元件（电阻器、发光二极管 [LED]、灯泡、电容器、开关等）。在每个单独的实验时将要求各种值

单芯电缆配有鳄鱼夹，以便轻松连接

5V 扁平电池

一个简单的测试仪

电路

要了解电子学的一些基本要素，必须接近构成电路基础的最小理论。事实上，电流是一种电子流，它以无限涡流从发电机的一极流向另一极。电路是发电机、电导体和消费者（负载）之间的物理连接。为了保证电子的循环通过，一些条件是必不可少的：

发生器必须产生足够数量的电子。

负载必须正常工作且不会中断。

电线必须是良好的电流导体，通常由金属（铜或铝）制成。

事实上，电子更喜欢金属能够继续前进。为了更好地理解电路的概念，可以将其与液压系统进行比较，如图 3 所示。电流和水之间的比较实际上使概念和支配这两个元素的规律很简单。它们非常相似。

我们可以看到：

电压发生器，允许电路中的电子运动

A负载（灯、LED、电机）

限制电子通过的电阻器

电缆

如果仅断开这些元件中的一个，则不再有电子通道，并且电路打开。

打开 LED

LED 是一种通过允许特定数量的电子通过而产生光子（光）的设备。电流不是一个任意的概念，所有参数都必须使用基本的数学程序来确定。接下来的实验非常安全，并解释了一些基本的电子概念：

电压的正确极性

限制电流

电路的连续性

因此，我们需要以下材料：

4.5V 扁平电池

一个 180Ω 电阻器

一个红色 LED

与鳄鱼的三根连接电缆

如您在上图中所见，建立了以下连接：

将红色电缆连接在电池正极和电阻一端（后者未极化）之间。

在电阻的另一端和 LED 的阳极之间连接橙色电缆（可以通过主体底部的圆形部分识别）。

将黑色电缆连接在 LED 的阴极（从机身底座的扁平部分可以识别）和电池的负极之间。

如果连接正确完成，LED 会立即以正常亮度亮起。如果电池或 LED 的方向接反，则不会亮起。现在拆下电阻器并将两条自由线连接在一起。去除该组件会导致大量电子流向 LED，没有任何限制。在实践中，给电路供电会导致 LED 烧坏，这可能会被扔掉。在下一部分中，您将了解如何选择正确的电阻值。第一个测试旨在开始逐步使用电流并了解电子流动的方向。该系统与水的系统完全兼容，因此您可以将电子所遵循的路径想象为由管道、接头、瓶颈和其他元件组成的液压回路。

如何打开两个 LED

下一步是涉及打开两个或多个 LED 的步骤。事实上，这是一个非常简单的操作，但要正确执行它，必须遵守几条规则。要遵循的解决方案可能会有所不同。因此，让我们开始探索正确的方法来照亮以下示例中的两个 LED。不考虑涉及使用两个电池、两个电阻器和两个 LED 的简单解决方案，以下是可行的替代方案：

LED 并联

LED串联

这两种方法决定了电流在电路中的流动方式，就像水网一样（参见图 4 中的两种解决方案）。让我们尝试了解这两种方法是如何工作的。将在以下分期之一中检查各种组件的计算。

图 ：两个 LED 并联和串联。

两个电路都有点亮两个 LED 的目的，但模式以不同的方式发生。让我们看看如何。在左边的电路中（并行），从堆栈中出来的电子流随机走两条不同的路径，没有特定的规则：

一个流遵循第一条路径，该路径为电阻器 R1 和 LED D1 供电。

另一个流程遵循第二条路径，该路径为电阻器 R2 和 LED D2 供电。

在二极管之后，两个电流会聚在与地面相同的路径上，返回到桩并重复该过程。在右侧的电路中（串联），从堆栈出来的电子流依次通过电阻器 R3、LED D3 和 LED D4。在这两个示例中，二极管都正常点亮。改变的是电路的类型。读者目前只注意到，在第一个示例中，电阻器 R1 和 R2 的阻值为 180 Ω，而在第二个示例中，电阻器 R3 的阻值仅为 47 Ω。现在足以了解电阻值越低，通过电路的电子流量越高。现在必须了解的是电路中电子循环的重要性。具体来说：

如果电路的所有组件都正确连接，则它工作正常并且存在“闭合电路”。

如果电路的至少一个组件断开或有缺陷，则它无法正常工作并且存在“开路”。

按照惯例，电子仅沿一个方向移动，即从正极到负极。任何中断都会中断这个流程，实际上，这个流程非常快。事实上，它们在一秒钟内行驶了大约 300,000 公里。质量（或地球）的符号表示在这个电气分支上，有一个0V的电压。在并联电路中，两个分支是完全独立的。如果我们断开一个电阻器（例如，R1）或一个二极管（例如，D1），甚至通过将其倒置来反转其极性，另一个分支将继续工作而不会出现问题。然而，在串联电路中，情况并非如此。两个 LED 依赖于相同的电流，因此移除电阻 R3 或两个 LED（D3 或 D4）之一即可中断电路的运行。通常，照亮圣诞树的灯是串联的。一个灯泡烧坏就足以使整个电路无法使用。

练练练练

在成人的帮助下，尝试创建交通灯的原型，如图 5 所示。它是一个由三个 LED 组成的电路，每个 LED 与相应的 180-Ω 电阻并联连接。与之前的接线图不同，这个接线图显示了三个开关的存在，它们允许每个 LED 独立打开和关闭。三个 LED 的颜色显然必须是红色、黄色和绿色。组装非常简单，最有趣的是玩具可以在家里自己组装，保证乐趣。如果最终的美学外观完成得很好并且质量上乘，那么所取得的结果会更好。

图：红绿灯接线图及接线

结论

重要的是不仅要仔细阅读这篇文章，还要通过尝试不同的电气和电子电路将这些概念付诸实践，即使这意味着犯错误并再次尝试。尽管这些电子电路没有风险，但最好在成年人的帮助下进行实验。

审核编辑：汤梓红