发光钥匙坠

发光钥匙坠是一个适合青少年初学的简单小制作，通过这个小制作，我们将学到电阻器和发光二极管的有关知识，学会分析简单电路图，并自己动手装制出一件实用的电子小作品。有了发光钥匙坠，当你需要在黑暗中开门时，它将会照亮锁孔，使你很方便地开开屋门，相信青少年朋友一定会感兴趣。

首先我们来看图1，它是发光钥匙坠的电路图。从图中我们可以看到，这个电路中有电阻器和发光二极管两个主要元件。

电阻器通常简称为电阻，是一种最基本的电子元件。电阻器的文字符号为“R”，图形符号和外形见图2。由于制造材料和结构的不同，电阻器有许多种，常见的有：碳膜电阻器（RT型）、金属膜电阻器（RJ型）、有机实芯电阻器（RS型）、线绕电阻器（RX型）等。在业余电子制作中一般常用碳膜或金属膜电阻器。

1．电阻器的主要参数：

①电阻值，简称阻值，基本单位是欧姆，简称欧（Ω）。除欧姆外，常用单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。它们之间的换算关系是：

在电路图中标示电阻器的数值单位时，一般将兆欧简标为M，将千欧简标为k，欧姆则不标单位。例如1MΩ标作1M；1.5kΩ标作1.5k；30Ω标作30。电阻器上电阻值的表示方法有两种：一种是直接印出阻值，如1.5kΩ的电阻器上印有“1.5k”或“1k5”字样。另一种是用色环表示，在电阻器上印有三道色环（见图3），左起第1、第2环表示两位数的数值，第3环表示倍乘数。各道色环中不同颜色的意义列于附表。例如某电阻器上第1、2、3道色环分别为黄、紫、橙色，查表可知它的阻值是47×10\(^{3}\)（Ω）=47kΩ。有些电阻器上还有第4道色环，是用来表示误差的。

②额定功率。常用电阻器的功率有\(\frac{1}{8}\)W、1;4W、\(\frac{1}{2}\)W、1W、2W等等。应根据电路图选用额定功率等于或大于要求的电阻器，如果所用电阻器的额定功率小于要求值，电阻器将会被损坏。电路图中对电阻器功率的要求，有的直接标出数值，也有的用符号表示（见图4）。不作标示的表示该电阻器工作中消耗功率很小，可不必考虑，例如大部分业余电子制作中对电阻器功率都没有要求，这时可选用1;8W或14W电阻器。

2．电阻器的作用：

①电阻器的主要作用之一是限流。从欧姆定律I=U／R可知，当电压U一定时，流过电阻器的电流I与电阻值R成反比。选择适当阻值的电阻器，就可以将电流I限定在某一要求数值上，这就是电阻器的限流作用。例如在图1电路中，已知电源电压U\(_{GB}\)=3V，发光二极管VD的管压降UVD=2V，要使流过发光二极管的电流I=5mA，则限流电阻R=（U\(_{GB}\)-UVD）／I=（3－2）／（5×10\(^{-}\)3）=200（Ω）。

②电阻器的另一主要作用是降压。当电流流过电阻器时，必然会在电阻器上产生一定的压降，压降大小与电阻值R及电流I的乘积成正比，即：U=IR。利用电阻器的降压作用，可以使较高的电源电压适应电路工作电压的要求。例如某一电路工作电压为6V，工作电流2mA，而电源电压为9V，为使该电路正常工作，应在其供电回路中串联接入一降压电阻，其阻值R=U／I=（9－6）／（2×10\(^{－3}\)）=1500（Ω）=1.5kΩ，如图5所示。

3．电阻器的检测：

电阻器的好坏可用万用表的电阻档检测。检测时，首先根据电阻器阻值的大小，将万用表上的档位旋钮转到适当的档位，例如：50Ω以下的电阻用“R×1”档；50～1000Ω的电阻用“R×10”或“R×100”档；1～500kΩ的电阻用“R×1k”档；500kΩ以上的电阻用“R×10k”档。其次将两表笔相接，转动“调零”旋钮使表针指向电阻刻度的“0”位（满度）。然后将两表笔（不分正、负）分别与电阻器的两端引线相接，表针应指在相应的阻值刻度上。如表针不动或指示值与电阻器上标示值相差很大，则该电阻器已损坏。在测量几十千欧以上阻值的电阻器时，注意不可用手同时接触电阻器的两端引线，以免接入人体电阻带来测量误差。

发光二极管是一种会发光的具有一个PN结的半导体器件。发光二极管的文字符号为“VD”，图形符号是在普通二极管符号旁增加两个向外的小箭头，三角表示正极，短杠表示负极。符号及外形见图6。发光二极管也是多种多样：从光色上分有发红、绿、黄等多种颜色可见光的以及发红外光的；从形状上分有圆柱形、方形以及各种特殊形状的；从体积上分有大、中、小等多种规格。发光二极管一般用作各种显示指示等。

1．常用小型发光二极管的主要特性：

①发光二极管是一个单向导电器件，只允许电流从正极流向负极，只有正向接入时才导通并发光，反向接入则截止不通，当然也不发光（图7）。这一点与普通二极管相似。但发光二极管的管压降比普通二极管大，约为2V左右，电源电压必须大于管压降，发光二极管才能工作。

②发光二极管的亮度与其工作电流I\(_{F}\)有关，一般当IF=1mA时起辉，随着I\(_{F}\)的增加亮度不断增大，但当IF≥5mA后，亮度增加不显著。另外，发光二极管的最大工作电流一般为20～30mA，超过此值将损坏发光二极管。因此，工作电流I\(_{F}\)应在5～20mA范围内选择，为节省电能，一般选择IF=5mA。

③发光二极管的反向击穿电压一般在5V左右，使用中不应使发光二极管承受超过5V的反向电压（图7b中，相对发光二极管VD而言，电源GB就是一个反向电压），否则发光二极管将被击穿损坏。

2．发光二极管正、负极判断与检测：

①肉眼观察法。发光二极管是一个有正、负极之分的器件，使用前应先分清它的正、负极。由于发光二极管的管体一般都是用透明塑料制成，可以用肉眼观察来识别它的正、负极：将发光二极管拿起在明亮处，从侧面观察两条引出线在管体内的形状，较小的是正极，较大的是负极（见图6b）。也可以用万用表或简易电路在检测发光二极管好坏的同时，判断出它的正、负极。

②万用表检测法。用万用表检测发光二极管时，必须使用“R×10k”档。因为前面我们已经讲过，发光二极管的管压降为2V，而万用表处于“R×1k”及其以下各电阻档时，表内电池仅为1.5V，低于管压降，无论正、反向接入，发光二极管都不可能导通，也就无法检测。“R×1k”档时表内接有9V（或15V）高压电池，高于管压降，所以可以用来检测发光二极管。检测时，将两表笔分别与发光二极管的两条引线相接，如表针偏转过半，同时发光二极管中有一发亮光点，表示发光二极管是正向接入，这时与黑表笔（与表内电池正极相连）相接的是正极；与红表笔（与表内电池负极相连）相接的是负极（图8a）。再将两表笔对调后与发光二极管相接，这时为反向接入，表针应不动（图8b）。如果不论正向接入还是反向接入，表针都偏转到头或都不动，则该发光二极管已损坏。

③简易检测电路。如图9所示，我们还可以用两节电池和一个200Ω左右的限流电阻组成简易检测电路，当发光二极管亮时，通过电阻R与电池正极相连的引线是正极；与电池负极相连的引线是负极。反向接入时发光二极管不亮。如果不论怎样接发光二极管都不亮，说明该管已损坏。

上面讨论了电阻器和发光二极管的有关知识，现在我们再回过头来看图1，就很容易理解发光钥匙坠的电路原理了。当开关S接通时，电流I从3V电源GB正极出发，依次经过开关S、限流电阻R、发光二极管VD（正极进、负极出）后，回到3V电源负极，形成回路，电流I=（U\(_{GB}\)-UVD）／R=（3－2）／200=5×10\(^{-}\)3（A）=5mA，发光二极管亮。当开关S断开时，回路被切断，电流I=0，发光二极管不亮。

1．元器件选择。电阻R选用200Ω\(\frac{1}{8}\)W碳膜或金属膜电阻器。VD可用任何型号的小型发光二极管，颜色和形状可根据自己的爱好选择。为缩小体积，电源GB选用两节钮扣电池。开关S用弹性铜丝制成。图10是发光钥匙坠的实物连接图，大家可以把它与图1对照起来看。

2．焊接装制，可按以下步骤进行：

①将发光二极管正极引线向侧旁折弯、剪短，将电阻引线也剪短后，与发光二极管正极焊在一起。在电阻的另一端焊上一根约1.5厘米长的弹性铜丝（图11a）。

②用一小段比电阻稍粗的空心绝缘套管，将电阻套起来，只留出尾部约1厘长的弹性铜丝（图11b）。

③从带橡皮头铅笔上切下约0.5厘米厚的一截圆橡皮，用针在中间扎一孔，穿到发光二极管负极引线根部，留出3毫米后将多余引线剪掉，并将这3毫米引线折弯（图11c）。

④将露在套管外的弹性铜丝折弯，使弹性铜丝与负极引线之间的距离略大于两节钮扣电池的厚度（图11d）。

⑤找一个手指粗细、比图11d所示整个组件略长的软塑小瓶（例如小药瓶）做外壳，在其底部开一个小孔，将整个组件连同两节钮扣电池一起按图11e所示放入外壳，并使发光二极管前部从小孔中伸出。两节钮扣电池的极性应如图所示，不能搞错（钮扣电池的外壳是正极）。钮扣电池与弹性铜丝之间应留有一小间隙，这就是开关S。

⑥盖上后盖，并拴上一小段链子，一个漂亮的发光钥匙坠就做好了（图11f）。使用时，只要向前挤一下后盖，使里面的弹性铜丝紧贴电池外壳（相当于接通开关S），这个钥匙坠就会发出光来。（门宏）