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。現(xiàn)在在第 3 部分中，我們將深入了解電氣測量。

如果不包括電氣測量，就不可能討論電子學。為了為電子元件選擇正確的值并計算一些工作條件，必須使用一些簡單的算術計算來預測電路的行為。

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

電氣測量的主要問題將通過一些簡單的例子來解決，特別是電壓和歐姆電阻的計算。

電氣測量

沒有不使用測量值的實際領域，例如長度、體重、學校成績、視頻游戲分數(shù)和體溫。

任何物理量、化學量或電量都必須經(jīng)過測量才能得到良好的控制和管理。如果您不進行一些測量，您將無法預測電路的行為方式。我們顯然不是在談論用卷尺或尺子測量長度。

相反，我們討論的是使用稱為測試儀或萬用表的儀器進行的電氣測量，如圖 1 所示。

要進行第一次電氣測量，您無需購買花費數(shù)百美元的高端型號。只需幾歐元即可購買一個簡單的模擬或數(shù)字模型就足夠了。模擬儀表變得越來越少，大多數(shù)設備現(xiàn)在都是數(shù)字的。

萬用表又稱萬用表，是必不可少的測量工具。它可以具有多種功能，但以下是所有型號共有的：

用于交流和直流電壓測量的電壓表

用于電流測量的電流表

用于電阻測量的歐姆表

在繼續(xù)進行電氣測量示例之前，最好先回顧一下電壓、電流和電阻的概念，如圖 2 所示。沒有這三個電子支柱，任何設計都無法完成。

在日常語言中，術語“電壓”和“電流”可以互換使用，但它們實際上指的是兩個不同的概念。了解這兩個術語之間的區(qū)別對于避免危險情況和充分利用電子設備至關重要。

因為電的行為與水非常相似，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：

電壓是來自電源的壓力，它推動電子通過電路。它以伏特為單位。

電流是在電路中流動的一組電子。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：

導體：電阻很小且電子可以輕松移動的材料(例如，銀、金、銅和鋁)

半導體：具有導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的材料(例如，紙、玻璃、橡膠和塑料)

測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)設置為較高的位置，然后在必要時降低它。在我們的示例中，由于待測電池的電壓為 1.5 V、4.5 V 和 9 V，因此建議使用 20 V 的最大量程，可通過相對旋轉(zhuǎn)開關進行選擇。現(xiàn)在可以直接測量電池電壓。不要期望電壓與電池標簽上的電壓完全相同。例如，對于 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。測量電壓時，務必注意測試導線的正確極性。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極。但是，任何極性反轉(zhuǎn)都不會損壞測試儀;電壓將以負值表示。再次記住，不要將電池的兩極直接電接觸。它會產(chǎn)生大量熱量，甚至會產(chǎn)生火焰。

測量由各種元件組成的電路的電壓

圖 4 顯示了允許兩個串聯(lián)的 LED 二極管點亮的接線圖。電阻值的計算將在下一部分中進行研究。現(xiàn)在讓我們進行一些張力測量，以改善我們的總體視野。這些測量不用于其他目的;它們只是為了更加熟悉測試人員而進行的。回想一下，在這種類型的連接中，通過電池的電子、電阻和兩個 LED 二極管都是相同的，就像流過單根管的水一樣。將測試儀設置為以 20 V 滿量程電壓測量電壓。現(xiàn)在讓我們檢查以下測量，考慮到電路的各個點稱為節(jié)點：

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

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

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

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

節(jié)點 N2 上的紅色尖端和節(jié)點 G 上的黑色尖端：讀取的電壓值約為 3.78 V。我們正在測量兩個 LED 二極管末端的電壓。

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

最重要的測量涉及第一個(N1-G)，其目的是測量電池電壓(4.5 V);第四個和第六個(N2-N3和N3-G)，目的是測量第一個和第二個LED二極管(1.89 V)兩端的電壓;第五個 (N2-G)，其目的是測量兩個 LED 二極管 (3.78 V) 兩端的電壓。所進行的測量可能與此處報告的有所不同，因為電池和電子元件總是彼此略有不同。從測量中也可以看出，黑色引線并不總是必須連接到電池的負極，而是可以連接到任何節(jié)點，紅色引線也是如此。你需要熟悉這個事實。通過將測試儀連接到電路的各個節(jié)點，我們獲得了測試儀上某個電壓的讀數(shù)。它不是由單個電子組件產(chǎn)生的，而是由分布在各個組件上的電池產(chǎn)生的。事實上，在這種類型的電路中，我們永遠找不到高于 4.5 V 的電壓。

圖 4：電路各個點的電壓測量

電阻測量

最后的實驗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，像一個窄管(例如330,000Ω，相當于330kΩ);

電阻值越小，通過它的電流就越多，就像一個大管子(例如，15Ω)。

要測量電阻器，不必考慮極性。事實上，這些類型的組件沒有極化，測試引線可以隨意定向，以及它們在電路中的方向。電阻器的主體通常帶有一些指示歐姆值的彩色環(huán)。國際色碼如下：

黑色：0

棕色：1

紅色：2

橙色：3

黃色：4

綠色：5

藍色：6

紫色：7

灰色：8

白色：9

例如，對于具有棕色、黑色和棕色帶顏色的電阻器，我們將具有以下值：

第一個棕色帶：1

第二個黑帶：0

第三個棕色帶：添加 1 個零

因此，電阻值為 100 Ω。

另一個例子，對于具有黃色、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

第三個橙色帶：要添加 3 個零

因此，電阻值為 47,000 Ω，相當于 47 kΩ。根據(jù)要測量的電阻值，有必要將測試儀的旋轉(zhuǎn)開關定位在正確的位置，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：

手干時約為 10,000,000 Ω (10 MΩ)

大約 700,000 Ω (700 kΩ)，當您的手潮濕或出汗時

手很濕時約為 50,000 Ω (50 kΩ)

此外，鹽水比淡水更具導電性。

圖 5：可以將電阻器與不同直徑的水管進行比較。

結論

要設計簡單的電子電路，孩子們應該進行幾次實驗。即使有些概念還不清楚，也沒關系。隨著時間和大量的練習，它們將被完美地理解。只能使用電池進行測試，因為它們并不危險。在進行實驗時，還建議使用成人的幫助。

審核編輯：湯梓紅