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生活科技課堂實用小儀器─萬用LED三用電表

策展人: 雲林縣斗六國中王富昌老師
策展單位: 教育大市集執行團隊
活動時間: 2023-06-21
活動地點: 雲林縣斗六國中
適用領域: 自然科學領域-自然科學、自然科學領域-探究與實作
上傳日期: 2024-03-25
萬用LED三用電表研發製作緣由

  生活科技課堂中常常利用光源(LED作品來吸引學生學習興趣,進而誘發學生的創作力用以完成階段性的作品(電與控制課程,而在作品的製作過程中常常需要測試作品LED是否有能發亮、焊接是否成功,但是LED較其他電子元件脆弱,若測試時用錯電壓LED容易燒毀,會讓學生辛苦製作的作品毀於一旦,因此製作LED三用電表的念頭因而產生,期能將此小儀器推行至教學現場,方便學生在安全無虞下測試LED,使生活科技課程更加方便進行。

萬用LED三用電表電路圖及各部零件說明

萬用LED三用電表主要組成零件說明

  1. TP4056充電版:有過充(電池爆炸及過放(過度放電工程,能延長18650電池壽命。

  2. USB升壓電源模塊:不論是輸入電壓0.9V~5V,能穩定輸出5V電壓,可充當行動電源,不傷手機(此晶片特別挑過。用以測試USB供電的作品,如雷雕小夜燈的燈條及IQLight。

  3. XL6009升壓模塊:製作萬用LED三用電表主模塊(其功能強大有興趣自行研究。

  4. 電壓表:此電壓表有特別挑過,只要3.7V便能工作顯示,能顯示出當前LED的工作電壓。

  5. 2.2K電阻:充當假附載,可利用分壓原理,推算出欲測的LED工作電壓。

 

  組裝說明:將圖上電子零件,依上面電路圖焊接,外殼可用繪圖軟體繪製用雷雕機產出,或用木工盒子方式製作外殼。將各部零件焊接完成後,需拿一字起子調整XL6009模塊上的可調電組,將電壓調製38V以上(代表此裝置可以測量38V以下的LED燈泡。

 

  備註: XL6009模塊有防呆功能,雖然上圖電表上顯示38V,但是若將正負極直接相接,他會顯示0V,不會短路、不會燒毀、安全性十足。

萬用LED三用電表主要組成零件說明
各部電子零件相接配置說明
組裝成萬用LED三用電表
教學上的衍生

  1.  在進行認識發光二極體課程時,可讓學生經由測量發現不同顏色LED所需的工作電壓是不同的,用以加深學習的興趣與印象,進一步了解不同顏色LED的組成材料不同及讓學生了解LED內部構造。可配合(教育大市集教案 發光二極體-單元總結)單元。

  2.  可利用此電表夾住全彩漸變慢變LED,觀察LED在不同顏色時電表電壓的跳動,藉以說明不同顏色的LED其所需的電壓不同,亦可將全彩漸變LED投影至白紙上介紹色彩三原色RGB。可配合(教育大市集教案 色光與顏色)學習單。

  3. 利用所側得的LED工作電壓,可解釋為何在連接Arduino板時,LED前端要串接一個電阻,進而算出個顏色LED該連接幾歐姆電阻。例如:藍燈LED工作電壓約3V,前工作電流20ma,Arduino供電5V,所以5V-3V=2V,我們要用電組把這2V吸收掉,所以要串接2V/0.02A=100Ω。可配合(教育大市集Arduino初階-電路設計與LED燈光控制) 教材。

  4. 若拿三極體過來量測,可驗證三極體導通條件:BE極的電位差約0.7伏特。

{進一步相關資料可上網搜尋小夜燈工作原理,分壓理論及光敏電阻} 可參考 迷你魔法車講義 實驗11。

計算出顏色LED該連接幾歐姆電阻
總結

  教育現場將理論與實務結合,才能將知識最大化,在指導學生探究某一事物時,一定要追究及背後的原因,如同理化課實驗一般,利用此一生活科技課堂實用小儀器─萬用LED三用電表,不僅可以測試學生作品,亦可了解許多小原件運作所需的電壓,進而深入探究將理論與實務結合,上述【教學衍生的事例三】】便是最佳例子。當然不同的學校、不同的老師會有不同的教法,其學生創作的作品會有所不同,期待此一小工具製作能為教學現場帶來不同火花,讓學生學得更多,老師教得更容易。