资源简介

项目三 搭建可调光手电筒电路
学习项目名称 搭建可调光手电筒电路
情境应用 调光手电筒
基础知识点 1.电阻的串联 2.电位的概念与计算方法
认知技能点 1.认识直流稳压电源 2.认识色环电阻 3.认识拨动开关 4.认识电位器
操作技能点 1.电路的搭建 2.使用万用表测量电路的相关参数
课程场地 《电工技术基础与技能》课程教室
设计课时 7
一、项目应用
可调光手电筒如图3-1所示，电源采用直流稳压电源，加入了色环电阻和可调电阻（电位器）。接通电路后，调节可调电阻（电位器）可调节小灯珠亮度。本项目主要学习认识相关元器件，完成电路的搭建，并学会使用数字万用表测量电路中的主要参数电压、电流和电位。
二、项目原理
（一）电阻的串联
如图3-2所示，将两个或两个以上电阻依次连接的电路称为电阻的串联。
(
图3-
2
电阻的串联
)
串联电路的特点：
电阻特点：总电阻为各串联电阻之和。
电流特点：串联电路中电流处处相等。
电压特点：串联电路的总电压等于各串联电阻电压降之和。
功率特点：串联电路的总功率等于各串联电阻的功率之和
例题3-1：若有两个电阻串联，其中R1=2KΩ，R2=3KΩ，如图3-3所示，总电阻为多少？若将它们连接到5V电源上，电路中的电流及R1、R2两端的电压分别是多少？R1上消耗的功率是多少？
(
图3-
3
例题3-1图
)解：
从上述例题可知串联电路有分压的作用，两个电阻串联时的分压公式为：
（二）认识电位
电路中某点的电位是指该点与电位参考点之间的电压。电位参考点又称零电位点，规定该点的电位为零。在电力工程中规定大地为零电位的参考点，在电子线路中，通常以与机壳连接的公共导线为参考点，并用接机壳的符号“┷”表示，称之为“地”，如图3-4所示。电位通常用大写字母V加下标表示，如图3-4中a点的电位，用“Va”表示。
各点电位计算的一般步骤为：
确定电路中的零电位点；
标出电路中的电流方向，确定电路各元件两端电压的正、负极性；
从待求点通过一定的路径绕到零电位点，则该点的电位等于此路径上全部电压降的代数和。
(
图
3-
4
电位的计算
)
图3-4所示电路中选择了e点作为电位参考点，电路中的电流为
则电路中各点的电位为：
注意：电路中参考点选择不同，各点的电位也会不同；但是无论电路中的参考点如何选择，电路中两点之间的电压始终保持不变。
三、项目认知
（一）直流稳压电源
直流稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的电子装置，直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。如图3-5所示即为直流稳压电源实物。
（二）色环电阻
目前，普通的电阻器大多采用色环来标注电阻器的阻值，即在电阻器表面印制不同颜色的色环来表示电阻器标称阻值的大小，因此这种电阻器一般称之为色环电阻，如图3-6所示。电阻器色环颜色符号规定如表3-1。
表3-1 电阻器色环颜色对照表
颜色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝
有效数字 0 1 2 3 4 5 6
倍率 100 101 102 103 104 105 106
允许误差 — ±1% ±2% — — ±0.5% ±0.25%
颜色 紫 灰 白 金 银 无色
有效数字 7 8 9 — — —
倍率 107 108 109 10-1 10-2 —
允许误差 ±0.1% ±0.05% — ±5% ±10% ±20%
常用的色环电阻有四色环电阻和五色环电阻。图3-6（a）所示为四色环电阻，其色环识读方法为：其第一、第二色环表示一个两位数，第三色环表示倍率，第四色环则表示误差，如图3-7所示。图3-6（b）所示为五色环电阻，其识读方法与四色环电阻类似：前面三个色环表示一个三位数，第四色环表示倍率，第五色环表示误差，如图3-8所示。
(
图3-
7
四色环电阻识读
)
(
图3-
8
五色环电阻识读
)
若某五色环电阻的色环颜色为“红红黑橙棕”，其中“红红黑”表示有效数字“220”，“橙”表示倍率为“103”，“棕”表示允许误差为“±1%”，则该电阻的标称电阻值应为“220×103Ω±1%”。
将数字万用表打到电阻档，把万用表的两个表笔搭在电阻的两个管脚上即可测出其电阻值。若万用表上显示为“.OL”或“1 .”则表示超过量程，只需改变万用表量程重新测量即可。
（三）拨动开关
拨动开关是通过拨动开关柄使电路接通或断开，从而达到切换电路的目的的。拨动开关常用的品种有单极双位、单极三位、双极双位以及双极三位等，它一般用于低压电路，具有滑块动作灵活、性能稳定可靠的特点，拨动开关主要广泛用于各种仪器仪表设备，各种电动玩具，传真机，音响设备，医疗设备，美容设备，等其它电子产品领域。
(
图3-9
拨动开关
)
如图3-9就是一个小型拨动开关，当其开关柄放在如图3-9所示位置时，使用万用表蜂鸣器档检测拨动开关，可发现1与2管脚之间断开，而2与3管脚之间是接通的；拨动开关柄使其位于1、2号管脚之间，重复上述检测，则发现1与2管脚之间接通，而2与3管脚之间断开。
（四）电位器
阻值可变的电阻器称为可变电阻或电位器，如图3-10所示。电位器的电路符号如图3-11所示。
(
图3-10电位器
)
(
图3-11电位器电路
符号
)
使用数字万用表检测电位器，首先将万用表的转换开关打到相应的电阻档位，将红黑表笔分别放在1和3号管脚，万用表应显示该电位器的标称阻值。然后分别测量R12和R23的值，R12和R23的和应等于R13。转动电位器的转轴，可改变的R12和R23电阻值。
四、项目实施
（一）项目概述
本项目的任务是使用直流稳压电源、导线、开关、色环电阻、电位器和发光二极管搭接一个调光手电筒电路，如图3-12所示，根据要求测出相应的电阻、电压、电流、电位，并计算出电路消耗的功率。
(
图3-1
2
调光手电筒电路原理图
)
（二）工艺设计
1、核对元件清单
表3-2 调光手电筒电路元器件清单
序号 名称 规格 数量
1 拨动开关 MSK-12D19 1个
2 色环电阻 2.2Ω 1个
3 电位器 2kΩ 1个
4 小灯珠 2.5V,0.3A 1个
5 排针 两联 2个
6 杜邦线 公头 3根
7 面包板 SYB-120 1块
2、电路元件布局图
把电路元器件按照图 3-13 所示的位置在面包板上进行布局。
3、装配并调试电路
将所有元件安装完成后，将直流稳压电源正负极接入电路中，将直流稳压电源电压调至+5V进行电路调试及相关参数测试。拨动开关接通电路，调节电位器旋钮观察小灯珠的亮暗情况
（三）任务执行
在所给的参考时间内，按表3-3 项目任务执行表中的执行步骤，对照执行标准完成执行内容中的各项任务，任务完成后在执行结果中打√，如有疑问请立即咨询指导老师。
表3-3项目任务执行表
序号 执行步骤 执行内容 执行标准 参考时间 执行结果
1 核对元器件清单并检测 色环电阻检测 判断质量好坏 10分钟
电位器的检测
拨动开关的检测
小灯珠的检测
2 元件布局安装 根据电路元件布局图在面包板上插装元件 布局合理 5分钟
3 导线安装 将两联排针P1插装在面包板上，连接色环电阻R和电位器RL 按照电路图检测线路连接是否正确 使用万用表电阻档检测连接是否可靠 5分钟
将两联排针P2插装在面包板上，连接电位器RL和拨动开关S
用杜邦线将电位器的2号脚与3号脚相接
4 装配调试 将直流稳压电源开关打开，将其电压调至+5V，接入电路 用万用表直流电压20V档测量5V电源电压正常 40分钟
拨动开关柄接通电路，调节电位器的转轴 观察小灯珠的亮暗变化
转动电位器转轴，使用万用表直流电压20V档测量小灯珠两端的电压 测得小灯珠最亮时其两端的电压 U= V；小灯珠最暗时其两端的电压U= V。
转动电位器转轴，使小灯珠处于亮度最亮，拨动开关断开电路
拔下A点处排针的短路帽，将数字万用表红表笔插入20A级电流测量孔，按照电流的流向，红表笔接电流流入端，黑表笔接电流流出端，拨动开关小灯珠点亮 测得电路此处的电流为 I= A
盖上短路帽，拔下E27、E28处短路帽重复上述过程 测得电路此处的电流为 I= A
如图3-10,以e点为参考点测量电路各处的电位，将万用表打到直流电压20V档，将黑表笔放在参考点，红表笔放在待测点 电路中各处的电位分别为： Va= V； Vb= V； Vc= V； Vd= V； Ve= V。
若以a点作为参考点重复上述过程 电路中各处的电位分别为： Va= V； Vb= V； Vc= V； Vd= V； Ve= V。
总计：60分钟
项目评价
根据表3-4完成任务检测。
表3-4 任务检测标准
序号 检测内容 执行标准 自评 教师评
1 电路功能 1.电路功能完全实现 -A
2.实现部分功能 -B
3.不能实现功能 -C
2 工艺要求 1.电路布局美观合理 -A
2.布局欠美观 -B
3.布局杂乱无章 -C
3 安全文明 1.工具摆放整齐，仪表使用规范，无安全事故 -A
2.工具不齐，但无安全事故 -B
3.出现安全事故或损坏仪表 -C
六、项目拓展
（一）伏安法测电阻
由于使用万用表测量电阻时应在负载不通电的情况下进行，在实际使用中有时需要测量通电工作中的负载，此时就需要用到伏安法。所谓伏安法就是根据部分电路的欧姆定律，即用电压表测量负载两端的电压，用电流表测量流过负载的电流，再利用公式求出电阻。
使用伏安法测量电阻时，由于电压表和电流表本身都有内阻，把它们接入电路后，不可避免的会给测量结果带来误差。伏安法测量电阻有内接法和外接法两种。
1、内接法
内接法如图3-14所示，由于有电流表的分压电压表测得的电压就要比电阻器两端的实际电压要大，因此利用公式求出的电阻值比真实值偏大。当需要测量的电阻值越大时，因电流表分压引发的误差就会越小，因此在测量大电阻时应采用内接法。
(
图3-1
5
外接法
) (
图3-1
4
内接法
)
外接法
外接法如图3-15所示，由于有电压表的分流电流表测得的电流就要比流过电阻的实际电流要大，因此利用公式求出的电阻值比真实值偏小。当需要测量的电阻值越小时，因电流表分流引发的误差就会越小，因此在测量小电阻时应采用外接法。
七、项目练习
一、填空题
1．三个10Ω的串联后的总电阻为 。
2．某四色环电阻的色环颜色依次为“橙灰红金”，其标称电阻值为 ，误差为 。
3．某一10KΩ的五色环电阻，其误差允许范围为±2%，其五个色环的颜色依次为 。
4．电阻R1和R2串联后接入电路中，测得流过R1的电流为1A，R2两端的电压为5V，则R2的电阻值应为 。
5．测量电路中的电位时，应把万用表的 放在参考点， 放在待测点（填红表笔或黑表笔）。
二、判断题
（ ）1．参考点选择不同，电路中各点的电位也就不同。
（ ）2．使用万用表测量电阻时可以带电测量。
（ ）3．从能量的角度来说，电路可以实现能量的传输和转换。
（ ）4．串联电路中电压处处相等。
（ ）5．一般在使用伏安法测量小电阻时采用内接法。

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