關於基礎常識

學習程式邏輯並開啟動手做的觀念絕對是好的,一開始有些必要的「電路常識」要先建立,以免什麼東西都沒弄出來之前,就損壞了零件(通常是燒毀的…),觀念不對還可能造成危險!

短路造成的損壞

不論何時,是不是老經驗~在面對「電」的時候,都必須抱持謹慎專心的態度,以老師自己的例子來說:偶爾還是會犯「正負極接反了」的錯誤,說時遲那時快!在弄錯的那一瞬間,電子晶片就損壞了(燒毀),有時還能看到冒火花冒煙!不僅有點驚嚇,money也在那一瞬間飛了!

除了設計比較好一點的電子零件會標榜防錯接,但這樣的東西通常是貴一點的!

關於「電」的幾個基本概念

交流電與直流電

交流電:(Alternating Current,簡稱AC),電流方向、強度隨時間作週期性變化的稱為交流電。
直流電:(Direct Current,簡稱DC), 正負極性不變、電流方向不變的電流。

交流電:要是運用在一般家電,發電廠發電後先將電壓升高,之後在經過變電所時再降低電壓來供應給一般家庭,交流電因為容易透過變壓器改變電壓,跟直流電相比可省下不少成本,所以交流電是現今主流,這都要感謝偉大的發明家特斯拉呀~ 

直流電:較為平穩,方向不會變,像是電池電鍍等需要運用到有固定電流方向的正負極的原理的就很適合,我們現在使用的單晶片及電子零件就是使用直流電供電。 

電路:由金屬導線和電氣、電子元件組成的導電迴路,稱為電路。
電壓:指電路兩端的電位差。這個電位差引發電子的流動,產生電流。電壓的計量單位是伏特( V )
電流:電子在導體中流動,形成電流。電流的計量單位是安培(A), 1 A = 1000 mA (毫安培)
斷路:當電路沒有閉合或導線沒有連接好,或燒壞或沒安裝好時,即整個電路在某處斷開。處在這種狀態的電路叫做斷路(又叫開路)。

短路:在電路中,電流不流經電器,直接連接電源正負兩極,由於導線的電阻很小,短路時電路上電流會非常大。這樣大的電流,會造成電源損壞。導線的溫度升高,嚴重時有可能造成火災。  而我們在操作的電子零件都會標示正負極,如果接反了,零件就是燒毀!一定要注意!!!

電路板上的標示

圖片中這塊小小的晶片是離線語音辦識模組SU-03T(我們這次做夾子車會用到的),以性價比來說,它功能強大卻十分便宜,想也知道它並沒有對於反接電源的保護(老師自己就曾眼拙燒了一塊)

電路板上VCC就是正極GND就是負極(這是最重要的)在板子上你還看到3V3這也是正極(不使用),其他的都是訊號PIN,接錯大都不會損壞,只是你預想的事不會成功!

總之,最重要的就是接好線通電前,一定再確認!

關於電池的常識:「電」從何來?

為什麼會有電

很多用具需要有電才能運作,除了大自然界的閃電,人類還發明了預先充電的電池或乾電池,常見的電池材料都是用金屬造的,因為金屬能夠導電 ,你可以想像金屬裡有很多電子,金屬原本是不帶電荷的,因為它內部有相同數目的正電和負電荷粒子,彼此電荷會互相抵消,有些金屬的電子十分活躍,一旦情況許可,就會立即逃跑,這些金屬具有較強的放電傾向。

一個產生電的實驗

利用鹽水,可使金屬間產生電流。當把兩片浸在鹽水中的電極(不同的金屬片)連接電路,電子較活躍的一方便會放電。電子沿電線走向另一端電極,並為途經的裝置(例如馬達或燈泡)提供電力。 

鹽水能導電,因當中包含大量帶電荷的自由離子,例如由食鹽分解而來、帶負電荷的氯離子和帶正電荷的鈉離子。像鹽水這種以用自由離子來導電的物質,稱為「電解質」。 

圖文參考:www.hkedcity.net/funpost/science_ahead/page_58329cb8903443121b000000 

解構乾電池

電池與我們的生活息息相關,到底它的內部構造是怎樣的?它又是如何「發電」的?

日常使用的乾電池,其實原理與利用鹽水導電是相同的,電池的正極和負極是兩種具不同放電傾向的物質(不一定是金屬),放電傾向較強的會作為負極。兩極之間沒有直接接觸,以電解質溶液分隔。電解液的成分視乎電極物質而定。電池外側會以絕緣物質密封,以防電解液滲漏或乾涸。由於電池中的電解液已經過特製成為糊狀/粉狀而非液態,因此稱作「乾電池」。 

圖文參考:www.hkedcity.net/funpost/science_ahead/page_58329cb8903443121b000000 

一次性電池

我們平時在賣場買來用的電池多是一次性的,也就是用到沒電就得丟掉換新的,1號、2號、3號、4號…電池,號碼越大個頭越小,不過可以注意看一下電壓都是1.5V,有時我們需要3V就用電池盒接上二顆連在一起,還有一種鈕扣電池,上頭標的是3V,我們要能分辨哪一頭是正極,哪一頭是負極,這個部份小朋友可以自己注意看,上頭都有標示的…,還有一種方型的電池,它的電壓是9V的

可充電電池: 顧名思意就是可以不斷充電再用的電池

可充電電池的種類也是非常多的,常用的:鎳氫電池目前常見之充電電池,型態多為3號、4號規格,能量密度及容量均比鎳鎘電池大也較環保,除了幾乎沒有記憶效應之外,更大幅改善自放電問題,所以即使電池預先充滿電,存放一段時間仍可保持相當電力,需要時就能馬上使用

鋰離子電池為目前應用最廣泛且性能最好的充電電池種類,與其他充電電池相比,能量密度高、電壓穩定、充電速度最快、無記憶效應,不必等到沒電時才充電

鋰聚合物電池(與鋰離子電池特性相似,其電解質為膠狀,採鋁塑膜包裝型態,最大優勢在於外型可塑性高,可做成各種形狀

18650&14500鋰電池

平時我們在玩自造小車機構常用到的充電電池,名稱18650的意思是直徑18mm,長度65mm,如此可知14500是什麼意思了,這種充電電池的用壓都是一顆3.7V是大家必須知道的,我們這次使用的擴充板KSB048就附了一個放14500供電的電池盒在上頭。

電路板腳位及接線的習慣

為了儘量避免(正負極)接錯線的可能,一般在電路板上還會利用顏色來區分,比如上圖KSB048的中間一整排3PIN一組的插槽,黃色代表是接訊號的,紅色代表是正極+(5V),黑色代表是負極-(GND),雖然這並不是規定,但養成良好的習慣可以大大地減少出錯的機會…

接線時也會用顏色來提醒正負極

鋰聚合電池的線也可以用顏色來判斷

總要弄清楚怎麼接線的

以這張圖當例子來說:左邊有Micro:bit的板子上有14500電池,它會提供3.7V的電,而透過KSB048的轉換,畫上紅圈的地方的紅色pin會有5V的正電,我以白色的線接著,紫色的線則是接著負電,然後這二條線傳到右側的SU-03T晶片,白色就接晶片的VCC而紫色就接GND