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Glühbirne Vs. LED und Grenzstrom

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Glühbirne Vs.  LED und Grenzstrom

Glühbirne Vs.  LED und Grenzstrom

Die folgenden Informationen sind eine Einzelstunde in einem größeren Projekt. Weitere große Projekte hier.

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Unterrichtsübersicht:

In dieser Lektion lernen Sie, wie Sie den Stromfluss verlangsamen, um die Helligkeit von Glühbirnen und LEDs zu ändern.

Schritt 1: Einführung

In dieser Lektion werden wir kurz eine Glühlampe, wie Sie in Ihrem Haus finden, zu einer LED vergleichen, die Sie in der Elektronik finden.

Sie messen auch den Stromfluss durch eine LED mit einem neuen Werkzeug in der Komponentenbibliothek: dem Multimeter. Das Multimeter wird verwendet, um mehrere Aspekte einer Schaltung einschließlich Widerstand, Strom und Spannung zu messen.

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Schritt 2: Glühlampe

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Bisher haben Sie eine Glühlampe in Ihren Schaltungen verwendet. In dieser Lektion lernen Sie den Unterschied zwischen dieser Art von Glühbirne und einer LED oder "Licht emittierende Diode".

Sie haben wahrscheinlich einige Glühlampen um Ihr Haus gesehen. Eine Glühbirne ist eine einfache Vorrichtung, die elektrische Energie in Wärme und Licht umwandelt, indem sie Strom durch einen dünnen Metallfaden, der so genannte "Filament" bezeichnet. Wenn Sie diese Art von Glühlampe verwendet haben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass es sehr heiß wird Zu produzieren Licht!

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Schritt 3: Die LED

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LEDs oder Licht emittierende Dioden werden viel in elektronischen Geräten verwendet. Sie werden auch allmählich ersetzt Overhead-Beleuchtung in unseren Häusern und Büros! LEDs haben viele spezielle Eigenschaften, die Glühlampen nicht haben.

Erstens verwenden LEDs elektrische Energie viel effizienter als Glühlampen. Die einzige produzieren Licht ohne Energieerwärmung auf!

Eine weitere Besonderheit ist, dass sie "polarisiert" sind, dass sie eine (+) und (-) Seite haben, genau wie die Batterie. Das "D" in LED steht für Diode. Das bedeutet, dass nur elektrischer Strom in eine Richtung fließen kann. Wenn Sie es die falsche Weise anschließen, leuchtet es nicht! In der Tat, es wird den Stromfluss zu blockieren.

Schließlich kommen LEDs in einer Vielzahl von Größen, Farben und Formen.

Im nächsten Schritt fügen wir dem Steckbrett eine LED hinzu.

Das Bild unten zeigt einige der vielen Formen einer LED.

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Schritt 4: LED-Schaltung (Teil 1)

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Schauen Sie sich das Schaltbild der LED an. Das Symbol gibt einige Hinweise, was die Komponente tut.

Erstens ist das Symbol wie ein Pfeil geformt. Die Richtung des Stromflusses ist die Richtung, in die der Pfeil zeigt. In Ihrem Schaltkreis weist der Pfeil von dem positiven Ende der Batterie und dem negativen Anschluss weg.

Zweitens hat das Symbol Pfeile, die von ihm weg zeigen - das bedeutet, dass Licht erzeugt wird! Wir färbten die Pfeile gelb für die Abbildung.

Folgen Sie den Anweisungen unten, um eine LED-Schaltung zu erstellen. Eine 9V Batterie und Spannungsschienen sind bereits angeschlossen.

  1. Bewegen Sie die LED in der Mitte des Steckbretts in den Steckdosen F25 und F26.
  2. Verbinden Sie einen Draht zwischen einem Steckbrettloch unter dem linken Schenkel der LED (- oder "Kathode") mit der blauen Spannungsschiene an der Unterseite.
  3. Verbinden Sie ein Loch unter dem rechten Bein der LED (+ oder "Anode") mit der roten Spannungsschiene unten.
  4. Simulieren Sie die Schaltung. Was geschieht?
  5. Klicken Sie auf "Weiter", um fortzufahren.

Schritt 5: LED-Schaltung (Teil 2)

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Beachten Sie, wie die LED sieht aus wie es explodiert? Das liegt daran, dass 9V-Batterien zu viel Strom für die LED liefern. Wenn Sie dies mit einer physischen LED und Batterie getan haben, würde die 9V Batterie zerstören die LED in einem Rauch!

Als nächstes erfahren Sie, wie Sie die LED durch Begrenzung der Strommenge, die durch sie - mit einem Widerstand zu schützen.

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Schritt 6: Hinzufügen eines Widerstandes

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LEDs reagieren empfindlich auf die Strommenge, die durch sie fließt. Wie Sie gerade gesehen haben, wenn es zu hoch ist, können Sie tatsächlich die LED beschädigen. Im Falle der LED kann ein kleiner Strom genügend Energie liefern, um die Lampe zu leuchten, aber nicht explodieren!

Ein Widerstand ist ein leitfähiges Material, wie ein Draht, aber es ist ein schlechtes. Der Strom fließt langsamer durch einen Widerstand. In unserem Auto Abbildung, wenn ein Draht ist ein 4-Spur-Autobahn, ist ein Widerstand wie eine einspurige Wicklung Schotterstraße.

Sogar das Komponentensymbol für einen Widerstand sieht wie eine Zickzack-Straße aus!

Wenn Sie eine LED in einer Schaltung verwenden, empfiehlt es sich, einen Widerstand IN SERIES hinzuzufügen, was bedeutet, dass sie eine Verbindung an einem Anschluss gemeinsam nutzen. Strom fließt nacheinander durch die LED und den Widerstand. Sie können an die LED plus Widerstand als Einheit denken: eine geschützte LED.

  1. Löschen Sie das rechte Kabel, das die LED mit der + Schiene verbindet
  2. Klicken Sie auf die Komponenten + und blättern Sie, um den Widerstand zu finden. Ziehen Sie den Widerstand auf den Arbeitsbereich
  3. Legen Sie den Widerstand, wo der Draht verwendet werden. Dadurch wird die rote (+) Schiene mit der rechten Seite der LED über den Widerstand verbunden.
  4. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Simulation starten". Die LED leuchtet!
  5. Klicken Sie auf "Weiter", um fortzufahren.

Schritt 7: Änderung der Widerstandswerte (Teil 1)

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Während Sie die Schaltung simulieren, können Sie den Wert oder die Stärke des Widerstands ändern.

Höherwertige Widerstände beschränken den Strom mehr als niederwertige Widerstände - dies führt zu Dimmer-LEDs, langsameren Motoren und weicheren Summern.

Wenn Sie auf den Widerstand in der Workplane klicken, erscheint ein Inspector-Fenster. (Siehe Bild.) Es gibt zwei Dinge, die Sie ändern können: den Wert des Widerstands und der Einheiten. So funktioniert das:

- Die Grundeinheit des Widerstands ist Ohm und das Symbol ist der griechische Buchstabe Omega. Wenn Sie Widerstand einen Ohm und eine Zeit ändern möchten, stellen Sie die Einheiten auf Omega und stellen Sie die Zahl nach oben und unten.

Beispiel: 500 Ohm

  1. Markieren Sie den Widerstand in der Arbeitsebene, um das Inspektorfenster anzuzeigen.
  2. Fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort, um weitere Informationen zu erhalten

Schritt 8: Ändern der Widerstandswerte (Teil 2)

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Beachten Sie, dass die nächsten Einheiten im Dropdown-Fenster K-Omega sind.

- Die Einheiten von Kilohm (Kilo-Ohm, K-Omega) erhöhen den Wert des Widerstandes um den Faktor 1000.

Zum Beispiel 1 Kilohm = 1000 Ohm

10 Kiloohm = 10.000 Ohm

- Die Einheiten von Miloohms (m-Omega) reduzieren den Wert des Widerstandes um den Faktor 1000.

Zum Beispiel 1 miliohm = 1 / 1000th Ohm oder 0,001 Ohm oder "ein tausendstel" eines Ohm.

Das Muster wird für den Rest der Einheiten fortgesetzt:

1 mOhm = 1 Tausendstel eines Ohm

1 muOhm = 1 millionstel eines Ohm

1 nOhm = 1 Milliardstel eines Ohm

1 pOhm = 1 Billionentel eines Ohm

1 KOhm = 1 Tausend Ohm

1 MOhm = 1 Million Ohm

1 GOhm = 1 Milliarde Ohm

  1. Versuchen Sie, die Einheiten des Widerstandswertes zu ändern. In der nächsten Übung werden Sie den Wert feiner anpassen.
  2. Wie viele Möglichkeiten können Sie 500 Ohm mit einer Kombination aus einem Wert und einer Einheit ausdrücken? (Siehe Hinweis)
  3. Klicken Sie auf "Weiter", um fortzufahren.
  4. ? Fest TIPP: 500 Ohm, 0,5 kOhm, 500.000 mOhm sind ein paar Beispiele.

Schritt 9: Messung des Stromflusses (Teil 1)

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Der Strom, der durch eine Komponente fließt, wird in Ampere oder Ampere gemessen. Ein höherer Strom bedeutet, dass mehr Elektronen durch den Stromkreis pro Sekunde fließen!

In diesem Schritt werden wir herausfinden, wie viel Strom eine LED verarbeiten kann. Dies wird uns sagen, wie stark ein Widerstand, den wir brauchen, um den Strom zu reduzieren. Sie benötigen Ihr Multimeter!

Wenn Sie ein Multimeter verwenden, um den Stromfluss zu messen, können Sie es als eine Komponente in der Schaltung denken. Da Sie Strom durch eine Komponente messen, muss es IN SERIE mit den Komponenten sein, die Sie den Strom durch messen.

In diesem Beispiel läuft der ganze Strom durch die LED, durch das Multimeter und dann durch den Widerstand und zurück in die Batterie. Wir beginnen, indem wir etwas Raum in der LED-Schaltung.

  1. Wenn die Schaltungssimulation noch läuft, schalten Sie sie aus, indem Sie die Schaltfläche "Simulation stoppen" drücken
  2. Im Moment gibt es keinen Raum in der Schaltung, um das Multimeter hinzuzufügen. Machen Sie Platz, indem Sie den Widerstand wählen und ihn nach links durch 2 oder 3 Steckdosen einstellen.
  3. Fügen Sie ein Multimeter zu der Arbeitsebene hinzu, indem Sie das Menü Komponenten + verwenden.
  4. Positionieren Sie das Multimeter zwischen der LED und dem Widerstand wie im obigen Bild gezeigt.
  5. Simulieren Sie die Schaltung!
  6. Klicken Sie auf "Weiter", um fortzufahren.

Schritt 10: Messung des Stromflusses (Teil 2)

Glühbirne Vs.  LED und Grenzstrom

Jetzt können wir sehen, wie sich der Strom ändert, wenn wir verschiedene Widerstandswerte tauschen. Können Sie herausfinden, den höchsten aktuellen Wert, den die LED verarbeiten kann?

  1. Wenn die Simulation läuft, wählen Sie den Widerstand, indem Sie darauf klicken. Ein kleines Inspektorfenster öffnet sich oben links.
  2. Ändern Sie den Wert des Widerstands über das Dropdown-Menü im Inspektor.
  3. Beachten Sie beim Ändern des Widerstandswertes auf und ab die Änderung des Stromflusses.
  4. Finden Sie den niedrigsten Widerstandswert, den Sie verwenden können, ohne die LED zu explodieren! Wenn Sie den Wert nahe kommen, versuchen Sie, den Widerstandswert 1 Ohm zu ändern.
  5. Wenn Sie den niedrigsten Widerstandswert finden, können Sie das Multimeter überprüfen. Daraufhin erscheint der MAXIMUM-Strom, der durch die LED fließen kann. Was ist der Wert? (Siehe Hinweis)
  6. Klicken Sie auf "Weiter", um fortzufahren.
  7. Fest TIPP: 345 Ohm, 20 mA max.

Schritt 11: Was ist der Wert eines Widerstandes?

Sie haben erfolgreich Ihren ersten LED-Breadboard-Schaltkreis erstellt!

In der nächsten Lektion werden wir ein weiteres Verständnis davon entwickeln, wie Widerstände funktionieren und wie sie viel wie ein Netz von Straßen in einem Schaltungsumfeld handeln.

Nächste Lektion: Slow Down Strom mit Widerständen

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