青少年机器人等级考试电子电路基础(三级)

中级课程眼界.创新.兴趣.自信全国青少年机器人技术等级考试【三级】中级课程眼界.创新.兴趣.自信三级标准(一)知识1.掌握电流、电压、电阻、导体、半导体等概念2.掌握串联、并联的概念3.了解模拟量、数字量、I/O口输入输出等概念4.了解电子电路领域的相关理论及相关人物5.了解二极管的特性6.掌握程序的三种基本结构7.掌握程序流程图的绘制8.掌握图形化编程软件的使用9.掌握变量的概念和应用10.了解函数的定义中级课程眼界.创新.兴趣.自信三级标准(二)电子电路1.掌握简单的串联、并联电路的连接2.掌握搭建不同的LED显示效果电路的内容3.掌握处理按键类型的开关输入信号的内容4.掌握使用光敏电阻搭建环境光线检测感应电路的内容5.掌握通过可调电阻控制LED的亮度变化的内容6.掌握控制蜂鸣器发声的内容中级课程眼界.创新.兴趣.自信电子电路基础中级课程源于生活.臻至想象一、两种电荷•生活现象和实验中级课程眼界.创新.兴趣.自信•物体带电——吸引轻小物体•自然界中只存在两种电荷正电荷丝绸摩擦过的玻璃棒负电荷毛皮摩擦过的橡胶棒电荷量物体带电多少的物理量（单位库伦）•两种电荷的相互作用：同种电荷排斥，异种电荷吸引原因：电场：存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质．电荷间的作用总是通过电场进行的。电场：只要电荷存在它周围就存在电场，电场是客观存在的，它具有力和能的特性。中级课程源于生活.臻至想象•物质的组成中级课程眼界.创新.兴趣.自信•导体和绝缘体电荷在金属中可以定向移动，说明金属是可以导电的。有的物体容易导电，叫做导体（conductor）。金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等都是导体。有的物体不容易导电，叫做绝缘体（insulator）。橡胶、玻璃、塑料等都是绝缘体。在金属中，部分电子可以脱离原子核的束缚，而在金属内部自由移动，这种电子叫做自由电子。金属导电，靠的就是自由电子。中级课程源于生活.臻至想象二、电流和电路•电荷的定向移动形成电流•电流的方向是从电源正极经过用电器流向负极的。•金属导体中实际移动的是带负电的自由电子。相当于正电荷从正极向负极移动。•电流的大小叫做电流强度，是单位时间内通过导体横截面电量的多少来描述的。中级课程眼界.创新.兴趣.自信•电路:•将用电器、电源、开关用导线连接起来的组成了电流可以流过的路径──电路1.电源。电源是提供电能的装置。2.用电器。用电器又叫负载，是消耗电能的装置。3.导线。一般也叫作电线，它的作用是将电路各部分连接起来形成回路。4.开关。开关的作用就是控制整个电路连接还是中断。中级课程源于生活.臻至想象电路的表示——电路图电路图实物图过于麻烦，不清楚电路符号中级课程眼界.创新.兴趣.自信•电路的三种状态1.处处连通的电路叫通路也叫闭合电路,此时有电流通过；2.断开的电路叫断路也叫开路,此时电路中没有电流；3.用导线把电源两极直接连起来的电路叫短路.电源被短路，电路中会有很大的电流，可能把电源烧坏，这是不允许的。用电器两端如果用导线直接连接起来叫用电器短路，被短路的用电器也不会正常工作。中级课程源于生活.臻至想象三、简单电路实操4、开关（按键）电源导线2、导线（杜邦线）1、电源：3、用电器（发光二极管）中级课程眼界.创新.兴趣.自信面包板中级课程源于生活.臻至想象面包板的电源轨面包板的接线轨中级课程眼界.创新.兴趣.自信中级课程源于生活.臻至想象四、电路中的物理量电流1.定义电荷发生定向移动形成了电流。2.方向在电源外部的电路中：电源正极→用电器→电源负极电流方向是负电荷移动的方向相反3.强弱电流强度是指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量。电流通常用I表示。4.单位电流的基本单位是安培，简称安，符号是A。1A=1000mA，1A=1000000μA。5.产生条件必须具有能够自由移动的电荷。导体两端存在电压差。电路中必须有闭合回路，形成通路中级课程眼界.创新.兴趣.自信电压1.定义电压就好像水压一样，电压就是电的压力。电压一词一般只用于电路当中。在其他电现象中，常用“电势差”“电位差”来表示，电压用符号“U”来表示。2.单位电压的基本单位为伏特，简称伏，符号为V，1kV=1000V;1V=1000mV;1mV=1000μV。3.常见电压一节干电池电压为1.5V；纽扣电池电压为3V成年人安全电压为36V以下；中国家庭电路的电压为220V；高压电线电压为10000—50000V;地铁运行网络电压1500V；高铁运行网络电压2.5WV注：1000V一下的电压是低压；1000V以上的电压是高压。中级课程源于生活.臻至想象电阻1.定义电阻是指导体对电流的阻碍作用。不同的导体对电流的阻碍作用不同。电阻表示符号为“R”。2.单位电阻的基本单位是欧姆，简称欧，符号用Ω表示。常用单位千欧kΩ，兆欧MΩ。1kΩ=1000Ω；1MΩ=1000kΩ。3.常见电阻人的双手间（干燥）1000-5000Ω；人的双手间（潮湿）200-800Ω；照明灯泡（工作时）100-2000Ω；实验用小灯泡5-50Ω；实验用的导线（每根）0.01-0.1Ω。中级课程眼界.创新.兴趣.自信电阻旋钮电位器定值电阻光敏电阻可变电阻常见电阻器（元器件）碳膜电阻中级课程源于生活.臻至想象中级课程眼界.创新.兴趣.自信五、串联电路和并联电路特点串联电路并联电路1）串联电路只有一个回路，电流从电源正极出发，沿着导线经过开关，经过每一个用电器，回到电源负极。整个过程中，电流只有一条路径。2）串联电路电流处处相等3）串联电路总电压等于各元件两段电压之和4）串联电路总电阻等于各个部分电阻之和5）串联电路中各元件电压和电阻成正比6）开关在任何位置都可以控制整个电路1）电路有多个回路，每个回路都是电流从电源正极出发，经过用电器回到到电源负极。2）并联电路干路总电流等于各支路电流之和3）并联电路各支路两端电压都相等4）并联电路总电阻小于各支路电阻，总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和5）并联电路各支路电流与电阻成反比6）干路开关控制整个电路，支路开关只控制支路7）支路一处断开不影响其他支路正常工作中级课程源于生活.臻至想象五、串联电路和并联电路特点如何根据电路图判断电路是串联还是并联中级课程眼界.创新.兴趣.自信家庭中的电灯、电吹风机、电冰箱、电视机、电脑等用电器大多是并联在电路中的。用来装饰居室、烘托欢乐气氛的彩色小灯泡，有些则是串联和并联组合而成的。中级课程源于生活.臻至想象欧姆定律（Ohmlaw）导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。如果用U表示导体两端的电压，R表示导体的电阻，I表示导体中的电流，那么用公式表示就是中级课程源于生活.臻至想象六、认识二极管导体：电阻率小于10-3Ω.cm，很容易导电，称为导体.如铜、铝、银等金属材料；绝缘体：电阻率大于109Ω.cm，很难导电，称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等半导体材料；半导体材料具有热敏性、光敏性和掺杂性。PN结：在纯净的半导体中加入微量杂质，其导电性能也会显著的提升。根据掺入杂质材料性质不同，杂质半导体分为P（空穴）型半导体和N（电子）型半导体。P型半导体中有很多空穴（带正电）；而N型半导体中有很多电子（带负电）。把P型半导体和N型半导体在制作在同一块硅晶体上，在它们的交界处就出现了很多空穴和电子，空穴和电子都向另一侧扩散，破坏了交界处的电中性，P区失去空穴，只留下了负电杂质离子；N区失去了电子，只留下了正电杂质离子。这就形成了PN结。中级课程眼界.创新.兴趣.自信要想让PN结导通形成电流，必须消除其空间电荷区的内部电场的阻力。即P区接外加电源的正极，N区结负极，就可以抵消其内部自建电场，如果反向，则只会加宽PN结，无法导通。中级课程源于生活.臻至想象二极管：把PN结两端引出两个电极封装起来就形成了半导体二极管，二极管具有PN结的单向导电特性。二极管的结构示意图和电路符号如下图所示中级课程源于生活.臻至想象中级课程眼界.创新.兴趣.自信常用的二极管有：发光二极管、普通二极管、贴片式二极管中级课程眼界.创新.兴趣.自信红色发光二极管1.7-2.5V黄色发光二极管1.9-2.4V绿色发光二极管2.0-2.4V蓝/白色发光二极管3.0-3.8V硅管0.7V锗管0.2V正常发光时的额定电流约为20mA中级课程眼界.创新.兴趣.自信二极管正常工作有导通、截止和击穿三种状态。导通的基本条件是正向电压高于起始阈值电压（例如硅二极管是0.7V）截止的条件是正向电压低于起始阈值电压，或者外加反向电压不超过基击穿电压击穿的条件是反射电压等于略高于PN结的雪崩击穿电压值（稳压二极管就是工作在击穿状态的）中级课程源于生活.臻至想象二极管的应用1、发光二极管2、整流二极管3、开关二极管4、检波二极管5、限幅二极管6、稳压二极管中级课程眼界.创新.兴趣.自信七、实操：连接较为简单串、并联电路一：可根据电路图连接实际电路二：能够根据实物电路画出电路图中级课程眼界.创新.兴趣.自信连接串联电路，具体要求如下：任务一：二极管和电阻串联。任务二：二极管和二极管串联。连接并联电路，具体要求如下：任务一：二极管的并联。七、实操：连接较为简单串、并联电路红色发光二极管1.7-2.5V黄色发光二极管1.9-2.4V绿色发光二极管2.0-2.4V中级课程眼界.创新.兴趣.自信七、实操：连接串并联电路任务一：通过滑动变阻器调节灯的亮度，具体要求如下：1.开关控制绿灯的亮灭。2.手动调节绿灯的亮度，从暗到亮。中级课程源于生活.臻至想象任务二：连接电路使不同开关能控制不同的灯，要求如下：开关1控制绿灯开关2控制红灯总开关3控制整个电路中级课程眼界.创新.兴趣.自信任务三：一个滑动变阻器控制不同小灯的亮度，具体要求如下：1.一个滑动变阻器同时控制绿灯，红灯，黄的亮度2.每个小灯可以单独控制亮灭中级课程眼界.创新.兴趣.自信八、认识三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。中级课程源于生活.臻至想象三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种。cbecbe中级课程眼界.创新.兴趣.自信它仅仅起着一种控制作用，控制着电路里的电源，按确定的比例向三极管提供Ib、Ic和Ie这三个电流。电流的大小关系为：Ie=Ib+Ic三极管在电路中主要起到放大作用，此外还可以控制电路导通和断开。中级课程源于生活.臻至想象九、认识电容电容————容纳电荷的元器件1.符号：C2.单位法拉，简称法,符号为F，常用电容单位：mF，μF，nF，pF。1F=1000mF=1000000μF。1μF=1000nF=1000000pF。3.常用0.01μF,0.1μF,1μF，4.7μF,10μF,47μF,220μF4.作用储存电能：充电，放电中级课程眼界.创新.兴趣.自信十、模拟和数字人们在自然界中感知到许多物理量，如速度，压力，温度，声音，质量以及位置等都具有一个共同的特点：在时间上是连续变化的，大小也是连续取值的，这种连续变化的物理量叫做模拟量。表示模拟量的信号就叫做模拟信号。处理模拟信号的电子电路称之为模拟电路。一系列离散的时刻取值。而数值的大小和每次增减都是量化单位的整倍数，即一系列时间离散，数值也离散的信号就是数字信号。工作于数字信号的电子电路称之为数字电路中级课程源于生活.臻至想象数字信号表示方式可以用二值数字逻辑，以及由逻辑电平描述。在数字电路中，可以用0和1组成的二进制代表数量的大小。也可以用0和1表示两种不同的逻辑状态。1.当表示数量时，两个二进制数可以进行数值运算，叫做算术运算。2.当表示客观世界相互关联，相互对立事物时，比如