作者：兰海越 赵满明
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
面包板上的创客项目——奇妙的元器件试读：
前言
电子元器件是当代人们非常有趣而且神通广大的朋友，它没有耳朵但能听到你说话，它没有嘴巴，但却能告诉你数值。对我们来说，它既“熟悉”，又“陌生”，说“熟悉”是因为我们的生活处处有电子元器件，大到宇宙空间站的控制系统，小到智能手表、公交卡，漂亮的外观下，它们的内部都是由五花八门的电子元器件组成的，可以说电子元器件是智能时代的硬件基础，是修建智能时代这座大厦的一砖一瓦。做个智能时代的小创客，怎能不认识元器件呢？如果你想认识“电子元器件”这位朋友，请跟我来，跟着这本书一起去认识它们，学习它们。
这是一本能不断激发你的兴趣和好奇心、用通俗易懂的语言让你建立学习自信的入门书。本书仅以最常用、最容易得到的元器件为基础，完成一个个丰富而妙趣横生的制作项目，它们是我们今后用更丰富的工具来完成创意设计与制作的起点和原型。
我们从零基础出发，带着好奇心来探索元器件的奥秘，用纯真的心态把玩元器件，在不断地把玩中，我们会发现一些有趣的现象，了解到元器件的特性。就好像和小伙伴玩耍一样，首先要玩得开心，再在玩中建立友情，了解他们的脾气，和他们成为好朋友。
本书用面包板作为制作平台，面包板制作的最大特点是制作速度快、修改方便、不用焊接，即使小朋友也能轻松完成。另外，为了初学者的安全考虑，我们使用的是电流输出较小的钮扣电池，这种电池小巧、耐用，而且就算电池意外短路也不会有危险，更不会在制作过程中损坏元器件。
本书中的每一课都按“学习目标”“材料清单”“认识元器件”“制作内容”“小知识”几部分来安排，对于“认识元器件”部分的一些理论性介绍，可以根据使用者的理解程度选择性阅读。本书遵循由易及难的规则来编写每个章节，但每个章节也有一定的独立性，既体现学习的系统性，也能方便学习者基于兴趣，灵活安排学习的节奏和方式，甚至让小学生都能根据本书“自学成才”。“师傅领进门，修行在个人”，以实践为主的任务式学习方式是创客教育的一个核心理念，而培训学生基于兴趣的自主学习意识也是我们希望通过本书可以传递给大家的。第1课元器件有什么
本课程以一盒元器件为基础，引导青少年完成丰富而妙趣的实验。实验中用到的都是最常用、最容易得到的元器件，它们不仅能实现发光、发声、发出信号等看得见、摸得着的基本电子产品的功能，还能实现感光、感磁、感温、感声等各种传感器的功能，它们还是现在和未来智能世界的基石。让我们通过各种元器件的应用来体会创客世界中电子技术的美妙之处吧。
在学习后续课程之前，我们先来了解一下将要用到或将要接触到的元器件及相关材料。
1．面包板
通常面包板的正面有许多小孔，小孔里面有金属片，每个金属片在内部都是按顺序连接的。把元器件插到小孔里面，就能组建电路了（大小不同的两种面包板，见图1.1）。本书中所有的实验都是利用面包板完成的。图1.1 面包板
2．电池和电池盒
这里采用CR2032纽扣电池和与之配套的电池座（见图1.2）。纽扣电池的输出电流小，即使短路了，也不会有发热和爆炸的危险，学习起来更加安全。一块纽扣电池的电压是3V，两块纽扣电池串联起来，得到6V电压。6V电源最为常用，可为本书中的任意一款电路供电。图1.2 电池与电池盒
3．面包板专用线
面包板专用线就是连接各元器件的绝缘导线，线的两端有一定长度的金属针，正好可以插到面包板的孔里，与面包板内的金属片连接，就好像把电器插头插到电源插座上一样（见图1.3）。图1.3 面包板专用线
4．LED
接下来，看看LED，它的中文名字叫“发光二极管”，大家习惯上叫它LED（见图1.4）。这些LED通电后，能分别发出白、蓝、绿、红、黄等各色的光。其中，发出红、绿、黄色光的LED从外壳上的颜色就能判断出，但发出蓝、白色光的LED的外壳是透明的，只有通电才能判断出来。
接下来，看看磁铁，磁铁的作用大家再熟悉不过了。在电路里，磁铁可以用来和干簧管配合制作磁性开关。不过它也能当“吸铁石”用，比如，把LED的引脚夹在纽扣电池上，再把磁铁吸在电池上，把它贴到冰箱或者微波炉的外壳上，就成为会发光的小装饰。图1.4 LED
5．数码管和芯片
数码管是一个用来显示数字的小型显示屏，数码管内部是按规则排列的7段条形LED，我们也可以用电池点亮它。把电池的正、负极同时接触到数码管上的两个引脚，逐一尝试，你会发现，当电池放在其中两个相邻的引脚上时，会有一段LED被点亮。后面的学习中将会讲到，通过CD4026芯片控制数码管上多个LED段的组合，就能显示0到9这10个数字，还能显示部分英文字母。在电子表和电梯楼层的显示屏上都能看到数码管的身影。
接下来，说说芯片，芯片也叫“集成电路块”，芯片内部是一套复杂的电路，每种芯片能实现各自不同的功能，比如，让LED自动闪烁。通过对芯片与外围电路的组合，我们可以制作报警器、密码锁、计数器等有趣的DIY作品（见图1.5、图1.6）。图1.5 数码管及芯片图1.6 用电池点亮数码管
6．扬声器
扬声器，俗称“喇叭”。它和多媒体音箱里的发声单元是一样的东西，只是图1.7所示的这款扬声器的体积小了一些。扬声器上面的两条引线可以插在面包板上。我们用电池测试一下，看它能不能响。把两个引线分别接触电池的正、负极，扬声器能发出“啪啪”声，当导线在电池上滑动时，扬声器会发出“哗哗”声（见图1.8）。图1.7图1.8 扬声器测试
7．电阻
电阻是一种限流元件（见图1.9），将电阻接在电路中后，它可限制通过它所连接支路的电流大小。有朋友会问了：为什么要阻止电流通过呢？电流全部通过不是更好吗？在笔者刚入门电子制作的时候也会有这样的疑问。直到半年后，笔者才真正明白了是怎么回事儿，但你不需要等这么久，很快本书就会讲到电阻在电路中的不同作用。图1.9 电阻
8．电容
电容就是一种容纳电荷的元器件，根据容量的大小可分成各种型号。在套件中，黑色圆柱形的电容是电解电容，黄色小片状的电容是独石电容。它们的内部结构不同，所以名字不一样。通常体积较大的电容容量也大（见图1.10）。图1.10 电解电容与独石电容
大家都见过照相机上面的闪光灯（氙气闪光灯）吧，它就是利用电容放电产生闪光。我们来做个有趣的小实验，拿出一个型号是16V 220μF的电解电容（在电容上有对应文字），长脚是电容的正极，短脚是负极。这个实验需要3个元器件：电池、电容和LED。先把220μF的电容正、负极对应接在纽扣电池的正、负极上，保持几秒钟，目的是给电容充电。然后，断开电池，把电容的正、负极和LED的正、负极连接。在两者接触的一瞬间，LED会发出闪光。这是由于电容中的电能被释放，点亮了LED，因为电量太少，所以只有一瞬间的闪光。请你再试一下10μF、47μF、4.7μF的电容，看看它们可不可以储电；还有黄色小片状的独石电容，看看它们有什么区别（见图1.11）。图1.11 电容充电、放电
9．电位器
电位器说白了就是可连续调节的电阻。上文介绍的电阻中，每一只电阻都有固定的阻值，想变更阻值，只能拆下电阻更换。有没有一种不用拆换的电阻，可以直接调整阻值呢？这就是电位器了。电位器上面有一个旋钮，旋转它就能改变阻值。阻值变了，相关的电路状态也会跟着变化，比如，LED变亮或变暗，声音变大或变小。音响上的音量旋钮其实就是电位器。电位器的正面是带有箭头的旋钮，大家用手转一转，转的时候在大脑中想象一下电阻值在变化。它的背面有3个引脚，是内部可调电阻的引脚，电位器等多种元器件见图1.12。图1.12 电位器等多种元器件
10．蜂鸣器
蜂鸣器上有一长一短两个引脚。它是一种发声器件，能发出“嘀嘀”的声音，家里的电子闹钟就是用它来发出声音的。来做个试验吧，把电池的正极和蜂鸣器的长脚连接，负极和短脚连接，这时就会听到蜂鸣器发出的声音了。如果声音不大，可以把蜂鸣器正面的薄膜贴纸揭下来。后文中会介绍用蜂鸣器来制作报警器之类的发声电路（见图1.13）。图1.13 蜂鸣器测试
11．话筒
这里介绍的话筒是用于计算机耳机或者电话机听筒上进行收音的。话筒上有两个引脚，后文会用它来做声控闪灯和拍手开关灯。
12．二极管
二极管是很常用的元器件，这里选的型号是1 N4148，是一只半透明的玻璃管，玻璃管上印有型号。它和LED一样，也具有单向导电的特性。电流只能朝一个方向通过，反向则不能通过。制作者利用这个特性，可以设计出许多巧妙的电路，产生特殊的实验效果。
13．热敏电阻
热敏电阻和二极管外观相似，也叫温度电阻。热敏电阻上没有型号标注。它的阻值可以随温度改变而变化。上文提到的电位器是通过旋转旋钮来调节电阻值的，而热敏电阻是随温度的升降来改变电阻值的。通常来讲，当温度升高时，电阻值变小，通过的电流变大；温度降低时，电阻值变大，电流变小。把它作为电路中的传感器就能通过温度变化来触发电路工作了。
14．干簧管
干簧管是由一个绿色的小玻璃管和两根金黄色的引脚组成的，很漂亮。把磁铁靠近干簧管，即可使干簧管内部的两根引脚导通。磁铁远离时，干簧管的两个引脚随之断开。其实，它的内部是两个很小的弹片，大家可以仔细看一下。但是操作时要注意玻璃管易碎，弯折引脚时要小心，要轻拿轻放，不要用力过猛。
15．光敏电阻
它有很长的引脚，主体上有类似两只手交叉的图形，这就是光敏电阻。它的电阻值会随着光线强弱的变化而改变，光线强时，电阻值变小；光线弱时，电阻值变大。用它能制作出各种光控开关电路。
16．微动开关
微动开关正面是一个圆形的按钮，背后有两个引脚（见图1.14）。按下按钮，两个引脚导通；松开后，引脚断开。我们可以把它串联在LED上，按下按钮亮起，松开按钮则熄灭。后文将会大量使用微动开关来设计电路。其实，开关属于用人手操作的传感器，可以通过手的按压使电路变成开或关的状态。只因大家太熟悉开关了，所以觉得平常。图1.14 微动开关
17．三极管
最后，列举4种三极管，型号分别是：8050、8550、9012、9013。三极管有3个引脚，在电路中具有放大和开关的作用。也就是说，它能把话筒的声音放大，用扬声器传出。它还能当开关使用，来控制电路的导通和断开。“元器件见面会”就到这里（见图1.15、图1.16）。请大家抱着对创客制作的热情与期待，继续后面的课程吧。图1.15 本书用到的所有元器件实物图图1.16 本书用到的所有元器件示意图第2课点亮小彩灯——认识面包板和LED
节日的彩灯五颜六色的，但它的原理并不复杂，让我们发挥想象，制作自己的小彩灯吧！
学习目标
认识面包板、发光二极管（LED）、电池等基本元器件；掌握使用面包板连接电路的方法。
材料清单
认识元器件
面包大家都知道，那么面包板又是什么呢？它和吃的面包没什么关系，是我们做电子实验的重要工具，让我们先来看看面包板是什么样吧（见图2.1）。面包板是一块有点厚度的塑料小板，它的正面有许多小孔，每5个孔为一列，小孔里面有金属片，每个金属片在内部是按顺序连接的，不同列之间是不连通的。实验时把元器件插到小孔里面，就能组建电路了。图2.1 测试面包板所用的元器件
有了面包板，我们还需要电源。这里选用CR2032纽扣电池和与之配套的电池座。电池正极是表面积较大的一面，上面写着电池的型号、电压和一个大大的“+”号，没有文字的一面即是负极。纽扣电池的输出电流小，即使短路也不会有发热和爆炸的危险，学习起来更安全。一片电池的电压是3V，把2片电池串联，得到6V电压。当然，根据不同的情况，我们也可以选择5号电池作为电源。
我们使用的导线是面包板专用线（见图2.2），其实就是在普通导线的两端安装上有一定长度的金属针，正好可以插到面包板的小孔里。当然，你也可以使用普通的导线去连接。图2.2 面包板专用线
现在有了面包板、电池、电池盒、导线，再让我们看看关键的发光二极管吧。
发光二极管还有一个名字叫LED，就是Light-Emitting Diode的缩写。发光二极管也是二极管的一种，它能发光，就像灯泡一样。但是发光二极管在使用的时候是要严格区分正、负极的。发光二极管有两个引脚，一长一短，长的是正极，短的是负极。只有将电源正、负极分别连接发光二极管的正、负极，它才能发光。通电后，它能发出白、蓝、绿、红、黄、紫等各色光，甚至还有红外线。图2.3为发光二极管的外观示意图。图2.3 发光二极管的外观示意图
让我们拿一个发光二极管试一试。把LED较长的引脚放在电池的正极上，较短的引脚接在电池负极上。这时，LED就会被点亮。现在，你再来试试其他颜色的LED，看看它们点亮的效果如何（见图2.4）。
关于发光二极管的测试，最好还是串联上一个电阻作为保护，或者使用万用表进行测试。图2.4 LED测试
测试的时候提到了电阻，其实，电阻是一个比发光二极管更为常用的元器件，它的作用有很多，比如，测试发光二极管时串联一个电阻，就是在限制通过发光二极管的电流大小。电阻是不区分正、负极的，它也有很多型号。电阻的具体情况，我们之后再详细介绍。
认识电路图和元器件符号
在制作自己的小彩灯前，我们先要学习一下电路图和元器件的符号。每一种元器件在电路中都可以用特定的符号来表示，就像路边的各种交通标志一样。电路图就是用这些符号来表示各个元器件之间的连接关系绘出的图。图2.5所示为发光二极管符号，其中左侧三角形一段为正极；图2.6所示为电池符号，其中长线一端为正极；图2.7所示为电阻的符号；图2.8所示为LED测试时的原理图。图2.5 发光二极管符号图2.6 电池符号图2.7 电阻的符号图2.8 LED测试原理图
制作小彩灯
我们在测试LED的基础上给它串联一个电阻（见图2.9），然后将发光二极管、电源接在面包板上。图2.9 小彩灯连接示意图
具体的操作步骤如下。（1）首先，我们将电源的正极在面包板上接好。见图2.10。图2.10 连接电源正极（2）按照小彩灯的连接示意图，从电源正极出发，将电阻连接好。见图2.11。图2.11 电阻连接实物图（3）将发光二极管正极接在电阻的另一端，负极接在电源的负极上。见图2.12。图2.12 连接完成的电路
如果觉得一个灯太单调，我们还可以多接几个。见图2.13。图2.13 四色彩灯
创意+
小彩灯做好了，只是简单的发光还不够，要不我们让它变身成霓虹灯吧！
来！把你的创意变成现实！We are makers！
如图2.14所示，我们把4个发光二极管负极的连接分别换成开关，这样，就可以手动控制了，我们还可以想办法让它变成自动控制的霓虹灯，动脑筋想想怎么做吧。图2.14 手动控制的霓虹灯
小知识
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]