65.9K
CodeProject 正在变化。 阅读更多。
Home

创客实用电子学（第 2 部分）

raddevus
starIconstarIconstarIconstarIcon
emptyStarIcon
starIcon

4.92/5 (38投票s)

2018年1月6日

CPOL

41分钟阅读

viewsIcon

51919

什么是电池、面包板、导通性测试、绘制电路和读取电路图

引言

您可以在 CodeProject 上阅读本文的引言和第 1 章

我正在尽可能快地撰写这些章节，因为我非常激动地想与大家分享这些材料。

然而，这一章有 46 张图片和所有内容的具体示例，所以它们需要一些时间。

当我没有充分介绍某个内容时（例如本章中的 Fritzing 软件），请您牢记这一点。请继续发表评论，因为我也会从每个人那里学习。

第 2 章

主题：所有重要的东西都是一个开关

您需要准备的

您将学到

  • 如何在面包板上构建您的第一个简单电路
  • 关于电池的信息 (电压、尺寸的含义等)
  • 什么是面包板以及它们如何工作
  • 如何绘制您的电路 (以便以后可以重新创建)
    • 使用 Fritzing 软件
    • 读取电路图的基础知识
  • 为什么开关在电子学中如此重要
  • 开关的两种基本类型 (瞬时开关与保持开关)
  • 在一切事物中寻找开关 (相机、游戏手柄、恒温器、MP3 播放器等)
  • 极和档 (SPST - 单刀单掷, SPDT (双掷) 等)

让我们来构建一个电路

我们为此需要准备以下物品

我们将开始使用 AA (双 A) 电池为我们的电路供电。之所以这样做，是因为它们易于获取、相对小巧、易于使用（与纽扣电池相比）并且在我们各种电路中寿命更长。

AA、AAA、C 和 D 型电池有什么区别？

您可能见过许多不同尺寸的常见电池，也许您曾好奇它们之间的区别。

也许现在您已经听说了电压这个词，您可能猜测较大的电池提供更多的电压。我认为很久以前，当我刚开始学习时，我也是这么想的。实际答案是，所有这些电池每节都提供（大约）1.5V 的电压。

较大的电池内部的材料 simply 更多，这意味着它们可以提供 1.5V 和相似的电流更长的时间。仅此而已。这意味着，如果您在电路中用 D 电池替换 AA 电池，那么电池 simply 会持续更长时间，因为它含有更多产生负极和正极之间电压差的材料。

我有一些 AA 可充电电池，上面标明它们是 2300mAh。这基本上意味着它们可以每小时提供 2300mA（毫安）或 2.3A 的电流。

因此，我们姑且猜测，如果一个 D 电池的材料体积是 AA 电池的两倍，那么它可能可以提供 2300mA 两个小时。在此期间之后，电压差（正负极之间）将达到平衡，电池将对我们而言被认为是没电的。

我的 AA 电池能让 LED 点亮多久？

因此，使用一点数学计算，我们可以大致了解我的两节 AA 电池能让我的 LED 持续点亮多久。只需将 2300 除以 LED 的电流消耗（上一章，我们计算约为 18mA），就可以得到 LED 持续点亮的时间（小时）。

2300 / 18 = @127 小时

这很长。尤其是因为大多数时候，您只会闪烁 LED 或仅瞬时点亮它。

那些奇怪的方形电池：9V

您可能还见过一种因形状不同而很常见的电池。那是 9V 方形电池，正负极都在顶部。

它通常用于烟雾探测器。9V 电池对于业余爱好者来说也很方便，因为您不必费心将两节电池端对端地连接（稍后您就会明白我的意思），而只需将正负极都放在一端。这是使用它们的一个诱人原因。然而，9V 电压对于许多现代元件来说通常是过高的（最多只需要 5V），然后，您将被迫创建一个分压器（用电阻创建），这比我们目前想要处理的要麻烦得多。

#####################################

侧边栏：术语 电池 vs. 电芯

了解这一点很有趣，而且有些重要，那就是实际上只有 9V 电池才真正算作“电池”。“电池”这个术语表示一组电芯，如果您看看其他尺寸（AAA、AA、C、D）的内部，您会发现只有一个电芯——一个独立区域，包含产生端子之间电压差的材料。

您可以在下图*中看到这一点

一个真正的电池实际上是由许多电芯组成的，所以当我们像下面那样将两节 AA 电池串联时，它就变成了一个由两节电芯组成的电池。

9V 电池确实是一块电池，因为如果您查看其内部，它确实包含六个独立的 1.5V 电芯。您可以在下图+中看到这一点

*图片来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Alkaline_battery#/media/File:Alkaline-battery-english.svg

+9V 电池图片来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Nine-volt_battery#/media/File:Ge%C3%B6ffnete_9V_Blockbatterie_wide.jpg

#####################################

相反，请直接购买漂亮的 AA 电池盒（本章开头有链接），它可容纳两节电池，我们将能够配置许多电路可能需要的常见电压。

这是带有两节电池的电池盒，给您一个如何装载电池的示例。

两个重要提示

1) 作为业余爱好者

首先，在我购买电池盒之前，我会尝试将两节 AA 电池串联起来，然后尝试将导线连接到每端，以用它们为我想要快速实验供电。那很愚蠢，让我非常抓狂。如果您尝试这样做，一个或所有连接都会松动，您的电路会工作，然后突然停止工作，您会抓狂的。相信我，请购买电池盒。它们让您的生活更轻松。

2) 可充电 AA 电池：略有不同

由于可充电电池的材料 NiMH（镍氢）与一次性*电池不同，每节仅产生约 1.2V 电压，因此我的计算结果会略有不同，但通常不会引起担忧。您会看到我在这篇文章中继续将电池电压称为 1.5V，但如果我意外地切换到 1.2V，您就会知道原因。

*一次性电池通常是碱性材料，由锌和二氧化锰 (Zn/MnO2) 组成。

3V 是一个很好的测试电路电压

我们的纽扣电池是 3V，我们希望继续使用该电压，因为它是一个常见电压，并且已成为我们工作的一个基准。

串联电压相加

然而，我们的每节 AA 电池只有 1.5V。要创建一个 3V 电源，我们只需将电池串联起来。这意味着第二节电池的正极必须与第一节电池的负极对齐并直接连接。

我们 AA 电池最简单的串联配置将如下所示

您可以看到第二节电池的正极直接连接到第一节电池的负极。

当然，在图片中，没有任何东西将这两节电池固定在一起，连接也不可靠。

串联电压相加得到总电压

当您将电池串联时，它们的电压会相加，产生电路中的总电压。在我们的例子中，我们只有两节电池，每节 1.5V，所以我们相加 1.5V + 1.5V = 总共 3V。

每增加一节串联电池，您只需增加 1.5V。

我们说过每节电池需要直接串联连接，但直接连接到底意味着什么？因为我们的 AA 电池盒看起来似乎它们没有直接连接。

直接连接意味着什么？

思考直接连接的简单方法是确保两个事物之间没有组件。所以，在我们的例子中，第二节电池的正极要直接连接到第一节电池的负极，这两根柱子之间不应该有任何组件（电阻、LED、电容器等）。但是，导线不是组件。所以，如果您在它们之间有导线，您仍然有直接连接。

电池盒如何串联连接？

实际上，电池盒就是这样工作的。它们从第一节电池的负极到第二节电池的正极创建直接连接。

工程师不猜，他们研究

让我们仔细看看电池盒的结构，以便了解它是如何工作的。

真正的工程师会尝试理解一切

这至少是真正工程师的哲学。我们从不假设事物是如何工作的。相反，我们研究并学习使其工作的细节，以便我们自己拥有知识。当然，我们必须将这一点与可用时间进行权衡，因此我们常常必须承认我们无法调查每一个细节，但我们会尽可能地学习。

让我们来看一系列图片，它们将帮助您了解这些电池盒的构造。

注意：示例中的电池盒实际上是用于稍大尺寸电池的，但它将帮助我们看到电池在电池盒中的样子，并且仍有空间看到连接和导线。

我使用一条黄线来显示电路的导通性，它从红线开始，进入并穿过电池。

现在，看看电池的负极端，我们看到它连接到卷起来的导线（弹簧）。

制造商Simply 将第一个电池仓中的弹簧向下延伸到第二个电池仓（将放置第二个电池的地方），以创建导通性。

在下一张图片中，我将第一个仓中的线圈拉了出来，这样您就可以看到导线最终终止在第二个仓中的小按钮上。这就是第二节电池的正极将连接到此处以继续电路的这一部分。

在这里，您可以看到我已经将第二节电池放入了第二个电池仓。

最后，第二节电池的负极端连接到另一根导线线圈（弹簧），该线圈连接到输出的黑线。

我还用字母 A 标记了上一张图片中的一个位置，以指示该字母右侧的空间，这是输出黑线连接到线圈的位置。

为什么每个仓里都有弹簧？

请记住，两边都有线圈的原因Simply 是为了创建一个机制，允许插入电池，然后通过弹簧的压力将其固定到位。它的简单性非常巧妙。

这是电池盒的完整电路。

如果移除任何一节电池，电路就不会完整，电流也不会流动。您还可以看到，如果Simply 拉直箭头，就是一个串联（直列）电路。

当然，我们的电池盒是这样设计的，以节省空间。否则，您将需要一个长而窄的管子，长度等于两节电池的总长，才能实现它们之间的串联连接。

这一切意味着，一旦我们将两节 AA 电池放入电池盒，从黑线到红线的电压将约为 3V。让我们在万用表上测量一下来证明这一点。

带鳄鱼夹的万用表

在下一张图片中，显示了这两节电池的电压。您会看到我在每个探头上都安装了一个鳄鱼夹，以便我将每个探头夹在每根导线上。

您可以看到，我们在电池上测量到的电压略高于 3V。在电路没有负载（电路中没有组件）的情况下测量电压有些奇怪，这会影响我们的测量，但这只是为了学习，所以没关系。

不正确地连接探头

如果探头接反了——黑探头接红线，红探头接黑线？这会损坏万用表，或导致某些东西过热或熔化吗？

不会，它不会。因为电压总是“相对于”某个东西而言的。所以会发生的是，您会看到一个负电压测量值，因为万用表将电压相对于地（零伏的约定——稍后会详细介绍）进行注册，并且由于电压被认为是反向的，您会看到一个负电压测量值。

您可以看到，我已将探头连接到相反颜色的导线上，现在电压表显示为负电压（测量值中带有负号）。

最后，3V 电源

现在我们有了 3V 电源，让我向您展示完整的电路将是什么样子，然后我们将看看面包板是什么以及它们如何工作。

这是我们的电路

这张 fritzing* 图显示了您将在面包板上构建的整个电路。

一旦您了解了面包板的工作原理（它们在塑料下方是如何连接的），它就会非常简单。

*Fritzing 是一个可以从 http://fritzing.org 免费获得的软件。它非常适合制作您的面包板电路图。它不太适合创建电路图。

这是我构建的同一个电路

我的真实电路与 Fritzing 版本有一些差异，但它们足够小，可以忽略不计。由于电阻腿的长度（我弯曲了电阻的导线），元件的间距略有不同，但这不会影响电路。

另一件不同的是，我 actually 使用了一个 220 欧姆的电阻，因为我找不到 180 欧姆的电阻。

所以，为了让您能够自己构建电路，您真的需要了解面包板的工作原理，让我们先来研究一下。

面包板如何工作？

首先，为什么叫面包板？过去，当元件尺寸较大时，业余爱好者会抓起他母亲的木制面包板和一些图钉，然后将导线缠绕在图钉上开始搭建他们的电路。这使得业余爱好者无需焊接即可尝试他们的电路。

您可以在 https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard 上阅读有关历史的更多信息，并查看一些被切开的现代面包板的图片。

面包板如何工作？

关于面包板，有三点主要需要理解。

  1. 面包板两侧各有一个电源轨（也称为总线），因此您可以轻松地通过导线连接到电源或地。
  2. 面包板上的每一列都已连接。这意味着插入同一列的任何导线都已连接。
  3. 面包板有两边，它们之间没有连接。

以下图片（来自 https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard）揭示了面包板的连接方式。如您所见，孔的列彼此连接，但连接不会延伸到板的两侧。换句话说，板中间有一条缝隙。水平行（轨）的孔，共有四行（顶部两行，底部两行），它们沿着板全部连接，但彼此之间没有任何连接。水平行也称为电源轨，因为通常您将电源连接到它们。一行将用于正极，第二行将用于负极或地。

请研究该图中的连接，然后我将向您展示如何进行一些导通性测试以证明哪些已连接，哪些未连接。

进行几次测试后，您将完全了解如何使用您的面包板来简化电路的构建。

侧边栏：电子学中使用的颜色

您经常会看到红色与电子学的正极（或热线）相关联。您经常会看到黑色（或蓝色，如在面包板上）与地（或中性线或零伏）相关联。

这些颜色是随着时间推移而形成的约定。然而，除此之外，在我们的面包板或导线上（无源元件）的颜色并不会使面包板或导线变为正极或负极。

例如，如果您将电池的正极插入蓝色电源轨，那么它就变成了正极轨。有源元件（在这种情况下是电池）决定了电荷的实际情况。导轨Simply 仅用颜色标记，以便您遵循约定，在构建电路时保持清晰。我强烈建议您遵循约定，以免意外损坏电路或伤害自己。然而，我也明白，您在构建电路时可能手边没有红色导线，所以您可能会选择使用黄色导线代替。

请记住，在通电前务必仔细检查一切，并确保自身安全。

这里有一篇非常棒的文章，供您参考更多关于使用面包板的信息：https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-use-a-breadboard

导通性测试：最基本的测试，也许是最重要的

在我们继续之前，请允许我向您展示一个非常简单的测试，它也应该能说服您必须购买万用表。此测试可让您确定电路是否具有导通性。什么是导通性测试？它是确保元件之间有连接并允许连续电路的一种方法。有时，您会给电路通电但没有任何反应。那时您应该

  1. 关闭电路的所有电源
  2. 测试导通性

面包板由非常小的夹子组成，可以抓住您的导线。有时那些夹子会弯曲到一边，您的导线在面包板孔中，但并未接触到下方的金属连接器。然而，由于您无法看到里面，所以您无从得知。这就是了解如何测试导通性变得一项宝贵技能的地方。

我最近有一个面包板电路，它一开始工作正常，然后间歇性出现故障。我无法弄清楚原因。然后我才想起我需要检查导通性。那时我发现我使用的一根跳线坏了，所以当它移动一点时，断裂处造成了一个电流无法流动的区域（造成了不完整的电路）。

导通性测试也是一个很好的测试，表明您了解面包板的工作原理，并且了解您的电路电气连接的位置。

将您的万用表设置为导通性模式

将您的万用表表盘旋至导通性测试选项。旋好后。将两个探头放在一起，您应该会听到一个蜂鸣声，持续时间与您将探头放在一起的时间相同。这个蜂鸣声证明两个探头在电气上是连接的。将一枚硬币放在桌子上，并将每个探头放在硬币的不同位置。当两个探头都接触到硬币时，您应该会听到蜂鸣声。万用表Simply 通过正极探头发送少量电流，当负极连接时，万用表就会发出蜂鸣声。

在这里，我正在测量面包板上连接的绿色和黄色导线之间的导通性。

您可以看到表盘已调至导通性模式，红探头连接到非电压端口。

另外（即使图片不是很清晰），您可以看到屏幕上还显示了声音符号，表明您正在测量导通性，这会通过蜂鸣声提醒您。

导通性实验：全部显示在一个图上

我将所有示例都显示在一个图上。在这种情况下，导线颜色不同Simply 是因为我可以参考它们来逐一讲解每个测试。您可以同时连接所有导线（如示意图所示），也可以像在每个测试中提到的那样，一次连接一个。

所有测试的答案都将在本章末尾。

以下是所有导线的设置方式，用于我们的测试

请牢记以下几点

  • 所有终止在板中间（仅有凹槽或沟槽）的导线，在那些端都不连接。
  • 伸出板外的导线末端，在那些端，与面包板未连接。
  • 插入孔中的导线末端，在那些端，与面包板连接。

对于测试，您可以猜测它们是否具有导通性，然后用万用表进行测试。我将裁剪上一张图片以专注于要测试的导线并节省空间。

导通性测试 1

绿色（较长的那根）和黑色导线有导通性吗？它们是连接的吗？

如果您将一个探头放在黑线上，另一个探头放在绿线上，万用表会蜂鸣（告知您两根导线已连接）吗？

导通性测试 2

如果您将一个探头放在黄线上，另一个探头放在蓝线上，万用表会蜂鸣吗？

导通性测试 3

如果您将一个探头放在灰线上，另一个探头放在粉线上，万用表会蜂鸣吗？

导通性测试 4

是否有任何两根伸出板外边缘的导线（红、橙、灰、粉、绿、黑）——除了我们已测试过的黑绿导线——您可以触摸并听到蜂鸣声？

导通性测试 5

如果您将一个探头放在黑线上，一个探头放在白线上，万用表会蜂鸣吗？

导通性测试 6

将一个探头连接到浅蓝色导线（在凹槽中）。现在，您需要触摸哪根其他导线才能听到蜂鸣声？红色、橙色还是都可以？

检查您的答案

请检查您的答案。最好的检查方法是拿出您的面包板、导线和万用表进行实际测试。但是，如果您无法做到这一点或在实际测试中遇到困难，只需查看下面的导通性测试答案部分。

现在您已经完成了测试并检查了答案，第一个电路对您来说将看起来像这样。

只有当电路完整时，电子才会流动

我们必须理解导通性的原因是因为它指示我们是否具有完整的电路。我们需要知道我们是否具有完整的电路，因为只有当电路完成（完全闭合）时，电子才会流动。换句话说，如果任何地方的导线松动或导致电路不完全闭合，那么电子就不会流动——电流也不会流动。

这一切都在为开关的概念打基础。我将稍后解释清楚。但首先，让我们来看看一旦我们有了完整的连通性（导通性），电子在电路中的流动方式。

电子路径是什么样的？

在我们的电路中，电子路径将沿着箭头指示的方向在电路中行进。

电子流

查看该图时，从最接近黑（负）线的箭头开始，向左行进直到到达黑连接导线，然后向上进入电阻，继续直到回到红（正）线。

是的，没错。电子从负高点（电池负极）流向负低点（电池负极）。这是因为实际上电子是负电荷。这种类型的流动称为电子流，是实际发生的情况。

传统电流流

然而，在发现电力和电气特性时，科学家们很难想到负电荷会包含某种东西。因此，当电力先驱们开始记录他们的电路时，他们会显示从正极到负极的流动。它成了一个至今仍在使用中的标准。这被称为传统电流，因为它是一种理解连通性的约定。

大多数时候，您会看到显示传统电流流动的图和电路图——从正极到负极。

这里有一张 XKCD 漫画，与这个原始研究人员搞反了的问题有关

https://xkcd.com/567/

此外，这里是纽芬兰海洋研究所对传统电流和电子流之间差异的简洁解释：https://www.mi.mun.ca/users/cchaulk/eltk1100/ivse/ivse.htm

是的，互联网上的信息真是包罗万象。 :)

一旦您了解了电路中的电流流动方式，其实也无关紧要。只要您保持正负极清晰，并且将极性元件连接到正确的一侧，您就不会有问题。

构建电路

如果您还没有构建电路，请继续进行。当您全部连接好后，您首先应该注意到的是 LED 点亮了。如果 LED 没有点亮，请参阅下面的“电路 1 故障排除”部分，获取一些修复建议。

我假设您现在已经让电路工作并且 LED 已点亮。您最可能首先注意到的是 LED 始终是亮的。没有简单的方法可以关闭 LED。嗯，我猜有一个简单的方法。它只是不太方便。要将其关闭，您应该Simply 将地线（从电池盒出来的黑线）从面包板上拔出。

当您拔出导线时，LED 将关闭，因为电路不完整。

*************************************************************************************************************

侧边栏：电路 1 故障排除

如果您在第一个电路中遇到问题，请不要气馁。从一个失败的电路中学习到的东西，比从第一次就成功的电路中学习到的要多。

  • 手动检查（摇晃、移除、重新连接）您与面包板的所有连接？它们看起来连接好了吗？
  • 检查您的电池。您确定它们都是新的或/和充满电的吗？
  • 检查您的电池是否已正确安装在电池盒中。提示是，通常电池的扁平侧（负极）会在电池盒的弹簧上，而电池的凸起侧（正极）会压在电池盒中的小扁平金属盘（或较小的导线/弹簧）上。
  • 尝试将 LED 的引脚颠倒过来，使每个引脚都位于与之前相反的孔中。它会点亮吗？如果是，那么您就知道 LED 的极性接反了（负极连接到正极，反之亦然）。
  • 尝试使用不同的 LED。也许这个已经损坏了。这是一个很好的例子，说明为什么您应该始终为您的电路准备备件。您也可以在大多数万用表中测试您的 LED。
  • 检查您的电阻。您确定它是 180 欧姆吗？如果它是 180K（180 千）欧姆——或其他大值——那么电流将太小，LED 将不会点亮。
  • 是时候测试导通性了。确保您拔掉电路中的一根电池线。

*************************************************************************************************************

那就是一个开关

开关就是这么做的。它Simply 创造了一种简单的方法来中断电路。

为了在实践中看到这一点，让我们来创建我们自己的非常简单的开关。

请将电池盒的地线插回面包板，以便电路再次点亮。

制作我们自己的开关

插回地线后，将短的黑线从地轨拔出，让它自由悬空——与电路断开。当您拔出导线时，电路将再次关闭。

现在，在电路关闭的情况下，请从您的零件供应中取一根另一根导线。将这根导线的一端插入我们用作地线的同一轨，让另一端自由悬空。电路仍然不会点亮。它看起来会像这样，我已经在底部添加了棕色导线。

测试您的第一个开关

Simply 将两根导线（棕色和黑色）接触在一起，当您将两端放在一起时，电路将点亮。

您刚刚创建了您的第一个正式开关。当然，它不是最实用的开关，但它是一种瞬时开关。它是一种瞬时开关，因为它仅在您将两根导线放在一起时才导通（电路闭合）。稍后，我们将看到另一类开关，称为保持开关。那些就像墙上的开关一样。当您将其向上（通常是向上）拨动以打开房间的灯时，它们会保持向上（开启）状态，直到有人将其向下拨动（关闭）。我们的小两线开关不太方便，因为您需要用手指握住导线。

让我们来看一下我们的第一个新元件，它是一个按钮，也起着瞬时开关的作用。这些小开关被用在很多地方，因为它们非常便宜且不占地方。

按钮瞬时开关

准备好按钮开关要做的第一件事是移除我们刚刚接触的两根导线（前一张图中的棕色和黑色）。我们不再需要它们了。

之后，取出您的按钮开关，正确放置它（我会告诉您如何放置），然后将其推入面包板的相应位置（我将解释这一点），如下图所示的 fritzing 图。

我决定在图表中添加红色方框以显示面包板下方的连接，以便更清楚地表明按钮现在从地轨连接到电阻一端连接的列。

当您插入按钮时，电路将不会点亮，直到您按下按钮。这是因为这是一个常开 (NO) 瞬时开关。开意味着不连接。开路是未连接的电路。开关闭合（不连接或未开启）。（也有常闭 (NC) 开关。）

在我们常开 (NO) 开关内部，两个插入面包板的引脚之间有一个间隙。当您按下开关时，它会连接这两个引脚，电路就会闭合，LED 就会点亮。

实际上，瞬时开关的电路图符号非常具有启发性，尽管它有点抽象了实际开关。让我们来看一下之前电路的电路图视图。

电路图视图

这是用电路图绘制的完全相同的电路。起初，您可能会觉得电路图令人困惑，Simply 是因为您不认识符号。但看过几个之后，我相信您会确信它们通常更简洁，而且通常比 fritzing 类型的图更容易看出如何接线。时间和经验会帮助您。不要被电路图压倒。

让我们从 BAT1 项目开始，您可能已经猜到这是我们正在使用的 3V 电池。您看，我们不必知道它们是 AA 电池。随着经验的增长，您就会知道如何构建满足您需求的电池。所以电路图不会告诉您使用 AA 或任何特定尺寸的电池。它确实告诉您需要 3V，当然，因为这是重要的。

LED：发光二极管

从电池的正极开始，我们沿着线条（导线）追踪到一个标记为 D1 LTL-307EE 的项目。

那个符号（）是二极管的符号。也有不发光的二极管。我们将在其他时间学习更多关于它们的内容。在我们的例子中，二极管符号还包含两个向上/远离二极管的箭头。那是 LED（发光二极管）的符号。所以在这个例子中，三角形较大的（扁平）一边是 LED 的正极，较小（尖锐）的一边是负极。

电阻

当我们沿着电路离开 LED 时，我们遇到了锯齿状符号，这是电阻的符号。它被标记为 R1（Simply 编号，以便我们在电路中有更多电阻时能够区分它们）。

您可以看到图上还标有 180 欧姆的电阻值，因为这是理解电路所有电气特性（E = IR，还记得吗？）的重要部分。

离开电阻后，我们遇到了按钮开关，这是我想在本图表中向您展示的主要元件。您可以看到我选择了一个常开 (NO) 开关——在未受到外部力作用时是断开的。该项目被绘制成电路中的一个空隙，上方有一个浮动的柱塞。即使您从未见过它，您可能也能猜出它的意思。

这个按钮只能在被按下时保持电路接通。有时，我们只需要这样做。但其他时候，我们希望电路在与它互动一次后保持通电。要做到这一点，我们需要一种不同类型的开关（非瞬时开关），它是一种保持开关。让我们在电路图中更换我们的按钮，换成一个保持开关。

保持开关：SPST（单刀单掷）

我已快速更改了图中的开关，改为一个保持 SPST（单刀单掷）开关。电路图将其绘制为打开状态（在被作用之前）。

这种开关可能是 a) **翘板开关**，b) **拨动开关** 或 c) **锁定按钮**，如下所示

a) b) c)

这两个开关代表了我们在电路图中看到的 SPST（单刀单掷）。您可以将“极”（pole）视为开关移动的铰链。在电路图中，您可以看到开关顶部已连接到电路。单掷（Single Throw）意味着开关仅朝一个方向移动。SPST 有两个位置：开（连接）和关（断开）。

开/关符号

您还可以看到有些开关标有符号，以告知您哪个方向是开/关。O 符号是关侧，但这不是因为它在“off”这个词中的第一个字母。关于这一点有一些来回的说法，但很多人认为它代表 0（零）和 1。零是假或未开启，1 是真或开启。这当然是二进制，这也是开关在二进制逻辑中的使用方式（1 是开启，0 是关闭）。这只是一些您现在需要记住的事情。当然，如果您不确定开关哪边是开启，那么可以拿出老式万用表进行测试。让我们现在就来做。

开关导通性测试

既然您知道如何测试导通性，您将经常使用它。我们可以用它来确保我们理解 SPST 开关的工作原理——何时开启，何时关闭。

要测试您的开关，请拿出一个开关，Simply 将一个探头连接到开关的一个柱（开关底部），另一个探头连接到相对的柱。如果您的万用表发出蜂鸣声，则表示有导通性，开关已开启。如果它不发出蜂鸣声，那么开关当然是关闭的。连接好探头后，打开和关闭开关，您应该在适当的时候听到蜂鸣声。如果您从未听到蜂鸣声，则开关已损坏。如果您一直听到蜂鸣声，则开关有问题，我建议您将该开关放在一边，换一个。

您可以在电路中使用 SPST 开关，只需打开和关闭电路。然而，有时您希望在两个不同的事物之间切换，使得当一个开启时另一个关闭，反之亦然。这时 SPDT（单刀双掷）开关就派上用场了。

仔细查看之前的三个开关，您会注意到它们都只有两个柱（进出导线将连接的地方）。

SPDT（单刀双掷）开关有三个柱。这是一个 SPDT 拨动开关的例子

三个柱允许您使用它为两个不同的电路供电，这两个电路将互斥——您永远无法同时开启它们。

让我们先看看这个开关如何放置在我们的电路中，然后再详细讨论它如何用于为两个不同的电路供电。

如您所见，仍然只有一个极（开关底部），然而，现在开关一次可以接触两个输出触点（右边一个，左边一个）。如果按照电路图中的绘制方式使用它，我们的电路将被关闭。

在此示例中，第二个触点未使用，因此起到关闭位置的作用。当杠杆向另一方向拨动时，它会接触第二个触点，我们的电路将闭合，电路将通电——开启。

关键在于，即使我们有一个双掷开关，我们仍然可以像 SPST 开关一样使用它，仅仅是为了开/关目的。然而，该开关允许我们做得更多。假设我们想在电路中再添加一个 LED，并让它在另一个 LED 关闭时开启，反之亦然。我们可以非常轻松地做到这一点，并且仍然只用一个电源供电。

我们的电路图现在看起来是这样的

现在，通过翻转一个开关，我们的双掷开关就变成了一种非常方便的方式，可以关闭左侧电路并开启右侧电路。它还提供了只有一个电源的便利。

让我们在我们的电路板上构建该电路。

您会注意到，在 Fritzing 图中，我在面包板上放置了另一种开关。那是一个滑动开关，我添加它是因为 Fritzing 的零件库中包含这种 SPDT 开关，所以我使用了它。您可以看到它仍然有三个柱，我将中间（共用的）柱连接到地。SPDT 拨动开关和这个开关唯一的区别在于它们机械切换的方式。换句话说，一个滑动，另一个翻转来改变其位置。它们都仍然会创造相同的解决方案，即通过一次位置变化来开启一个电路并关闭另一个电路。

事实上，我将进行一些 Photoshop 工作，向您展示我们之前的拨动开关如何完美地适应我们电路板上的同一个位置。

看起来还不错。关键是我们仍然有三个柱——只是开关类型不同。三个柱和一个拨动按钮。都有效。

这是一个很棒的电路，因为如果您来回翻转（或滑动）开关，LED 就会交替点亮，它可以作为某种类型的闪烁警告。

思考题

如果不是您手动来回移动开关，而是有一种方法可以自动交替给电路的每一侧供电呢？如果其他电子元件可以为您做到这一点呢？如果可以做到，您仍然只是将每一侧开启和关闭，但您将拥有自动化的东西。您应该这样开始思考这些实验：作为可以修改的事物。

在您继续阅读本书并构建测试电路时，请始终思考：

  • 我如何为自己使用这个？
  • 我如何修改它使其做得更好？
  • 我如何自动化这个电路或其中的一部分？

我们将学习作为开关的元件。我们还将学习如何让这些开关为我们远程执行任务，并且很久以后，我们将自动化我们所做的一些事情。

本章篇幅很长，但我尽量将我们学到的每一项内容分成单独的部分，以便您可以随时休息。我将把本章分成两部分，因为接下来我们要看的是自动化开关。它们将允许我们控制电路或另一个电路。很多时候，我们在电子学中所做的就是：我们创建一个控制电路，该控制电路控制另一个实际上执行我们想要的操作的电路。随着我们的前进，我们将更多地讨论这一点。

什么是电子自动化？

电子和计算机的神奇之处在于它们为我们自动化工作。我们创建软件的原因是为了让它为我们做事情——进行复杂的计算、绘制动画、计算/更新电子表格中的值，当我们更改一个单元格的值时。这实际上也是我们用电子学所做的。

例如，现代无线门铃是一个按钮（瞬时开关）和一个接收器。按钮和接收器一起自动化了旧版本，旧版本可能是一根系在铃铛上的绳子，有人必须拉绳子才能让铃铛响起。

另一个很好的例子是车库门开启器。天花板上安装了一个机械发动机。当有人按下墙上的按钮时，它就会接合。当按下按钮时，发动机接合，拉动链条或驱动电缆，将门打开或关闭。这比过去有人手动拉门打开或拉下门关闭要电子化得多。

当您考虑您可能想要构建的东西时，您会发现它们通常会为您自动化事物。自动化可以Simply 是为您开启或关闭一盏灯。例如，假设您希望您的户外灯在某个区域检测到运动时亮起。这是您可以在当地商店购买的包装解决方案。您只需安装包含电眼的特殊灯具，电眼可以识别运动。之后，任何时候当某物或某人移动到电眼所指向的区域时，灯就会亮起。

几乎一切都是开关

根据您迄今为止所做的工作，您可能已经了解到电眼不知何故Simply 翻转一个开关来打开灯。事实通常如此：电子自动化通常Simply 是自动开启某物，或者基本上导致开关被翻转，或者自动化按钮按下。

您的电视遥控器

您的电视遥控器是一个很好的例子。当您按下音量增加按钮时，您希望电视增加音量。然而，您离电视还有一段距离，而且您希望音量增加，而无需起身按下电视上的音量增加按钮。嗯，这在过去电视上仍然有控制按钮时更有意义。有些电视仍然有音量加/减按钮，所以这可能很有意义。重点是遥控器充当了物理电视上按钮按压的自动化方式。遥控器使用红外线（人眼看不见的灯光）向电视发送相当于摩尔斯电码的信号。电视会解释代码并执行相应的命令（调高音量、切换频道等）。

在下一章中，我们将了解红外线 (IR) 作为开关的基本工作原理。IR 传感器可以是一个很酷的东西，它允许您从远处控制您的电子设备。您为什么要在蓝牙之上使用 IR？因为 IR 相当简单，并且可能比蓝牙消耗的功率更少。这些是我们构建电路和设备时需要考虑的一些权衡，并且了解这些将使您的项目脱颖而出。

首先，我们将看看一些更容易用于自动化的开关。我们还将看到晶体管是如何在几乎所有事物中用作开关的。这一切都因为晶体管可以通过电压的存在来开启，在没有电压时关闭。

另一个在这些电路中有用的元件是电容器，它允许电路在一定时间间隔内存储和释放能量。所以，在下一章中，我们将首先从一个对电容器进行充电和放电的电路开始。然后，我们将构建几个带有多个自动化开关的电路。我相信看到这些元件的实际应用以及它们如何用于自动化，将激发您对自己的项目的无限想象。

导通性测试答案

  1. 是的，万用表会发出蜂鸣声，因为绿色和黑色导线是连接的。

    1. 整个轨道（请参见下一张图片中的红色轮廓）是连接的，因此既然黑色和绿色导线都连接到该轨道，它们也已连接。

  2. 是的，万用表会发出蜂鸣声，因为蓝色和黄色导线已连接。

    1. 整个列都已连接，正如面包板两侧的所有列一样。正如我用红色矩形框围绕列所示。我只跳过了一些列，以便您能更清楚地看到矩形。另外，请记住，这些列与凹槽（板中间）另一侧的列不连接，并且不与导轨连接。当然，所有其他相关的列都已连接，我只是没有为它们都画上框。

  3. 否，万用表不会发出蜂鸣声，因为粉色和灰色导线未连接。

    1. 那是因为列没有跨过板的中间部分连接。

  4. 否，其他所有外部导线都不以任何方式连接。

    1. 那是因为它们都在自己的轨道或列中。橙色和红色在单独的轨道上。灰色和粉色在自己的列中。

  5. 是的，万用表会发出蜂鸣声，因为黑色和白色导线已连接。

    1. 黑线位于自己的轨道上。白线位于自己的列中，两者通常不会连接。但是短的绿线将两者连接起来。

  6. 只有红色会引起蜂鸣声，因为只有它连接了。

    1. 橙色导线位于一个未连接任何东西的独立轨道上。短的浅蓝色导线将轨道（连接红线的地方）连接到列。

历史

  • 2018年1月11日：进行小更新，并添加了丢失的零件和自动量程万用表的链接
  • 2018年1月6日：首次发布
© . All rights reserved.