<طريقة التعلم الاستكشافي للمشكلة>
سؤال استفسار
"كيف يمكنني جعل مصباح LED يومض من خلال الجمع بين مكثف واثنين من الترانزستورات؟"
المواضيع: "كيفية جعل مصباح LED يومض على فترات عدة ثوان باستخدام ترانزستور دارلينجتون المقلوب ومكثف"
<قياس الوقت المنقضي>
الغرض: 1. ضبط قيمة المقاومة التي تسبب التشغيل والإيقاف باستخدام إجراء التبديل لترانزستور NPN.
2. افهم أنه عند تشغيل المفتاح وتدفق التيار، يتم إيقاف تشغيل المفتاح.
3. فهم كيفية تشغيل المفتاح عند إيقاف تشغيله وتوقف التدفق.
خلفية معرفية):
1. اعتقدت أن سبب استخدام قيمة مقاومة كبيرة على الجانب R1 في هذه الدائرة هو أن قيمة مقاومة الجزء الذي يدخل E من الترانزستور PNP تبلغ حوالي 200 كيلو أوم.
2. يبلغ الجهد الأمامي لمصباح LED حوالي 0.6 فولت عند بداية التنشيط وحوالي 2.0 فولت عند التشغيل.
3. إذا لم يتم شحنه، فسوف يتدفق التيار عبر المكثف مثل الموصل، وسيرتفع الجهد بينما يكون جانب المدخل مشحونًا بشكل إيجابي، وعندما يصبح جهدًا متساويًا مع جانب مصدر الطاقة، لن يتدفق أي تيار.
(جعل المسألة ملموسة)
يتم وضع مكثف على الجانب R2 للحفاظ على الآلية التي يتدفق فيها التيار الأساسي لـ Tr1 حتى بعد إيقاف تشغيل LED2. فكر فيما يجب أن يحدث حتى يتم تشغيل LED2 مرة أخرى عند إيقاف تشغيله. عندما يضيء مؤشر LED2، فكر في الأفضل لإيقاف تشغيله.
(فرضية)
الحالة: الهدف من ذلك هو جلب مقاومة مكافئة لمقاومة ترانزستور PNP إلى الجانب الأساسي من NPN، بحيث تكون تأثيرات الجهد متماثلة تقريبًا.
الشروط: أدخل مؤشر LED على الجانب R2 واضبطه لإنشاء تقسيم جهد كافٍ لتشغيل وإيقاف تشغيل مفتاح الترانزستور NPN.
الشروط: استخدم تغيرات الجهد بسبب شحن وتفريغ المكثف لتشغيل وإيقاف مفتاح الترانزستور.
(التأكيد من خلال التجربة)
طريقة التحضير
مقياس رقمي متعدد، ترانزستور NPN (2SC1815)، ترانزستور PNP (2SA1015)، مكثف 470 ميكروفاراد، المقاوم R1 (51 كيلو أوم، 200 كيلو أوم)، R2 (120 أوم، 1 كيلو أوم)، LED (أخضر، أحمر)، ساعة توقيت، لوحة تجارب، سلك توصيل، بطاريتان AA ، غلاف البطارية
طريقة
1. قم بإنشاء دائرة 1LED (خضراء) باستخدام C (470μF) وR2 (120Ω)، وابحث عن R1 الذي يتسبب في وميض LED2 في فترة زمنية مناسبة.
2. باستخدام C (470μF)، وR2 (120Ω)، وLED (أخضر)، وLED (أحمر) على الجانب R1، ابحث عن R1 الذي يومض عنده LED2.
3. قم بقياس VBE عندما يكون LED2 قيد التشغيل وVBE عندما يكون LED2 متوقفًا.
4. فهم التدفق عندما يكون LED2 في وضع التشغيل والتدفق عندما يكون LED2 في وضع إيقاف التشغيل.
نتيجة
دائرة 1 LED كما هو موضح في الشكل.
كانت الفترات الوامضة عندما كان R1 1kΩ، 10kΩ، 51kΩ، 120kΩ، 200kΩ، و1MΩ كما يلي.
عندما تم استخدام 1kΩ، 10kΩ، 51kΩ، و120kΩ لـ R1، استمر LED2 في الإضاءة ولم ينطفئ.
عندما تم استخدام 200 كيلو أوم لـ R1، كان وقت الإضاءة 5-6 ثواني وكان وقت إطفاء الإضاءة 16-17 ثانية.
عندما تم استخدام 700 كيلو أوم لـ R1، كان وقت الإضاءة 5-6 ثوانٍ ووقت إطفاء الإضاءة 80-90 ثانية.
عندما تم إطفاء الأنوار، زاد VBE تدريجياً من -0.03 فولت إلى حوالي 0.3 فولت، ثم ارتفع إلى حوالي 0.7 فولت عند تشغيل الأضواء.
2. بعد ذلك، لمراقبة التدفق من الجانب R1 بصريًا، قمنا بإدخال LED2 (أحمر) بين R1 ومصدر الطاقة.
تظهر دائرة 2 LED في الشكل.
كانت الفترات الوامضة عندما كان R1 1kΩ، 10kΩ، 51kΩ، 120kΩ، 200kΩ، و1MΩ كما يلي.
عندما كان R1 1kΩ و10kΩ وتم استخدام LED (أحمر)، استمر LED2 في الإضاءة ولم ينطفئ.
عندما تم استخدام 51Ω لـ R1، تمت إضاءة LED2 لمدة 6 ثوانٍ تقريبًا وتم إيقاف تشغيلها لمدة 10 ثوانٍ تقريبًا.
عندما تم استخدام 120 كيلو أوم لـ R1، كان وقت إضاءة LED2 من 5 إلى 6 ثوانٍ، وكان وقت إطفاء الإضاءة من 25 إلى 26 ثانية.
عندما تم استخدام 200 كيلو أوم لـ R1، كان وقت إضاءة LED2 حوالي 4 ثوانٍ، وكان وقت إطفاء الإضاءة حوالي 40 ثانية.
عندما تم استخدام 700 كيلو أوم لـ R1، لم يضيء LED2.
كان VBE هو نفسه كما في حالة 1LED، وعندما تم إطفاء الضوء ارتفع تدريجياً من -0.03V إلى حوالي 0.3V، وعندما تم تشغيله ارتفع إلى حوالي 0.7V.
انخفض V1 من 1.18 فولت عندما كانت الأضواء مطفأة، وانخفض إلى حوالي 0.3 فولت عندما كانت الأضواء مضاءة.
كان جهد V2 حوالي 0.2 فولت عندما كانت الأضواء مضاءة، و0.002 فولت عندما كانت الأضواء مطفأة.
مفهوم الدائرة عندما يومض LED2
في البدايه
بما أن المكثف غير مشحون، يضيء مؤشر LED2. ومع ذلك، فإن التيار ليس كبيرًا لأنه يمر عبر R1. انها ليست مشرقة جدا. في هذا الوقت، كما هو موضح في الشكل 2، هناك أيضًا جزء يتدفق عبر B-E لـ Tr1. بعد ذلك، عندما يتدفق Ic الخاص بـ Tr1 ويتوقف التدفق على جانب المكثف، يزداد IB ويتم تشغيل مفتاح Tr2.
يتم تشغيل Tr2 ويكون جهد VCE حوالي 0.1 فولت. يتم تطبيق جهد مصدر الطاقة من C من Tr2 إلى كل من المكثف وR2، ويضيء LED2 بشكل ساطع. الشكل 4 هو مخطط الدائرة عندما يكون الضوء مضاءً بشكل ساطع.
في هذا الوقت، عند النظر إلى المكثف وجانب Tr1، يتدفق تيار أكثر ويزداد جهد المكثف C بشكل أكبر. بعد ذلك، يتناقص VBE لـ Tr1، لذلك عندما ينخفض هذا إلى أقل من 0.6V، يتم إيقاف تشغيل مفتاح Tr1، ويتم إيقاف تشغيل Tr2 أيضًا، ويتم إيقاف تشغيل LED2 أو يصبح داكنًا.
سيعود هذا إلى الشكل 2 ويكرر.
عند إضافة LED1، تكون العملية نفسها، ولكن بسبب تيار LED والجهد، تكون قيمة R1 أصغر من تلك بدون LED1.
خاتمة
1. يمكنك تحديد مجموعة قيم المقاومة R2 وR1 عند وميض مؤشر LED باستخدام اتصال Darlington المقلوب.
2. تم التأكيد على أن الفاصل الزمني الوامض يتم تحديده من خلال الجمع بين قيمة المقاومة والمكثف.
3. مع جهد مصدر الطاقة 3.0V، يمكن إضاءة LED واحد فقط على التوالي، لذلك أخذنا في الاعتبار الترتيب.
4. اتضح أن R1 يستخدم نفس المقاومة التي يستخدمها الاتصال بين مصدر الطاقة وترانزستور PNP.
5. وجد أنه يمكن استخدام اتصال دارلينجتون المقلوب في نظام يتم تشغيله عند إيقاف تشغيله وإيقاف تشغيله عند تشغيله.
مراجعة التعلم
○ النتائج والابتكارات
إذا كنت تستخدم 51 كيلو أوم لـ R1 وLED، يمكنك أن ترى أن الوميض يحدث، وعندما يضيء LED2، يصبح التيار المتدفق عبر R1 أصغر. مكثف 470μF
○ الفشل
نظرًا لأنه تم وضع LED2 على الجانب R2 وتشغيله، يتدفق التيار إلى C ويتم ضمان إضاءة LED2، لذلك عند توصيله بـ E لـ Tr2، لم يحدث أي وميض.
○اقتراح التحسين
إنها فكرة جيدة أن يكون لديك مشبك لدودة القز لتوفير الراحة أثناء القياس.
○ ما فهمته
من خلال دمج مكثف، يمكن أن يحدث تبديل الترانزستور.
○ المهمة التالية
هزاز متعدد
*****<طريقة تعلم الاستعلام عن المهمة>*************************************** ** **********
المواضيع [التكنولوجيا]
الموضوع <التحقيق والتخطيط> الغرض وجهة النظر: هدف التجربة/[التفكير]
الخلفية <المعرفة> المنظور: مسائل التعلم المسبق، والكتب المدرسية المرجعية، والمهام الملموسة، والفرضيات [المعرفة]
طريقة الإعداد <التحقيق والتخطيط> وجهات النظر: المخطط المفاهيمي، متغيرات القياس، خطة البحث [التكنولوجيا]
النتائج/المناقشة <المعالجة والتقييم> وجهة النظر: النتائج ورسومها البيانية/صلاحية الفرضية/الاستنتاج/المناقشة [التكنولوجيا]
التفكير في التعلم (وجهات النظر: الإنجازات والجهود، أسباب الفشل، خطط التحسين، ما تم فهمه، المهام التالية) [الموقف]
تقرير [التكنولوجيا]
*************************************************************************************
<Problem exploratory learning method>
inquiry question
”How can I make an LED blink by combining a capacitor and two transistors?”
Topics: “How to make an LED blink at intervals of several seconds using an inverted Darlington transistor and a capacitor”
<Measurement of time elapse>
Purpose: 1. Setting the resistance value that causes ON-OFF using the switching action of an NPN transistor.
2. Understand that when a switch is turned on and current flows, the switch is turned off.
3. Understand how the switch turns on when the switch is turned off and the flow stops.
Background (knowledge):
1. I thought that the reason why a large resistance value is used on the R1 side in this circuit is that the resistance value of the part that enters E of the PNP transistor is about 200kΩ.
2. The forward voltage of the LED is approximately 0.6V at the start of energization and approximately 2.0V when turned on.
3. If it is not charged, current will flow through the capacitor like a conductor, and the voltage will rise while the inlet side is positively charged, and when it becomes equal potential with the power supply side, no current will flow.
(Making the issue concrete)
A capacitor is placed on the R2 side to maintain the mechanism in which the base current of Tr1 flows even after LED2 is turned off. Think about what should happen in order for LED2 to turn on again when it is off. When LED2 is lit, think about what would be best to turn it off.
(hypothesis)
Condition: This is to bring a resistance equivalent to that of a PNP transistor to the base side of the NPN, so that the voltage effects are about the same.
Conditions: Insert an LED on the R2 side and set it to create a voltage division sufficient to turn the NPN transistor switch ON and OFF.
Conditions: Use voltage changes due to capacitor charging and discharging to turn the transistor switch ON and OFF.
(Confirmation through experiment)
Preparation/method
Digital multimeter, NPN transistor (2SC1815), PNP transistor (2SA1015), capacitor 470μF, resistor R1 (51kΩ, 200kΩ), R2 (120Ω, 1kΩ), LED (green, red), stopwatch, breadboard, jumper Wire, 2 AA batteries, battery case
Method
1. Create a 1LED (green) circuit with C (470μF) and R2 (120Ω), and find R1 that causes LED2 to blink at an appropriate time interval.
2. Using C (470μF), R2 (120Ω), LED (green) and LED (red) on the R1 side, find R1 at which LED2 blinks.
3. Measure VBE when LED2 is ON and VBE when LED2 is OFF.
4. Understand the flow when LED2 is ON and the flow when LED2 is OFF.
result
The circuit for 1 LED is as shown in the figure.
The blinking intervals when R1 was 1kΩ, 10kΩ, 51kΩ, 120kΩ, 200kΩ, and 1MΩ were as follows.
When 1kΩ, 10kΩ, 51kΩ, and 120kΩ were used for R1, LED2 continued to light up and did not turn off.
When 200kΩ was used for R1, the lighting time was 5-6 seconds and the light-off time was 16-17 seconds.
When 700kΩ was used for R1, the lighting time was 5-6 seconds and the light-off time was 80-90 seconds.
When the lights were turned off, VBE gradually increased from -0.03V to about 0.3V, and then rose to about 0.7V when the lights were turned on.
2. Next, to visually observe the flow from the R1 side, we inserted LED2 (red) between R1 and the power supply.
The circuit for 2 LEDs is shown in the figure.
The blinking intervals when R1 was 1kΩ, 10kΩ, 51kΩ, 120kΩ, 200kΩ, and 1MΩ were as follows.
When R1 was 1kΩ and 10kΩ and LED (red) was used, LED2 continued to light up and did not go out.
When 51Ω was used for R1, LED2 was lit for about 6 seconds and turned off for about 10 seconds.
When 120kΩ was used for R1, the lighting time of LED2 was 5 to 6 seconds, and the light-off time was 25 to 26 seconds.
When 200kΩ was used for R1, the lighting time of LED2 was about 4 seconds, and the light-off time was about 40 seconds.
When 700kΩ was used for R1, LED2 did not light up.
VBE was the same as in the case of 1LED, and when the light was turned off, it gradually increased from -0.03V to about 0.3V, and when it was turned on, it rose to about 0.7V.
V1 decreased from 1.18V when the lights were off, and decreased to about 0.3V when the lights were on.
V2 was about 0.2V when the lights were on, and 0.002V when the lights were off.
Concept of circuit when LED2 blinks
At first
Since the capacitor is not charged, LED2 lights up. However, the current is not large because it passes through R1. It's not very bright. At this time, as shown in fig2, there is also a part flowing through B-E of Tr1. Then, when Ic of Tr1 flows and the flow on the capacitor side stops, IB increases and the switch of Tr2 turns ON.
Tr2 is turned on and VCE is about 0.1V. Power supply voltage is applied from C of Tr2 to both the capacitor and R2, and LED2 lights up brightly. Fig.4 is the circuit diagram when the light is brightly lit.
At this time, when looking at the capacitor and Tr1 side, more current flows in and the voltage of capacitor C further increases. Then, the VBE of Tr1 decreases, so when this drops below 0.6V, the switch of Tr1 is turned off, Tr2 is also turned off, and LED2 turns off or becomes dark.
This will return to fig.2 and repeat.
When LED1 is added, the operation is the same, but due to the LED current and voltage, the value of R1 is smaller than that without LED1.
conclusion
1. You can select the combination of resistance values of R2 and R1 when blinking an LED using an inverted Darlington connection.
2. It was confirmed that the blinking time interval is determined by the combination of resistance value and capacitor.
3. With a power supply voltage of 3.0V, only one LED can be lit in series, so we considered the arrangement.
4. It turns out that R1 uses the same resistance as the connection between the power supply and the PNP transistor.
5. It was found that the inverted Darlington connection can be used in a system that turns on when it is off and turns off when it is on.
Review of learning
○Results and innovations
If you use 51kΩ for R1 and an LED, you can see that blinking occurs, and when LED2 is lit, the current flowing through R1 becomes smaller. Capacitor 470μF
○Failure
Since LED2 is placed on the R2 side and turned on, current flows into C and lighting of LED2 is ensured, so when connected to E of Tr2, no blinking occurred.
○Improvement proposal
It is a good idea to have a bagworm clip for convenience during measurement.
○What I understood
By incorporating a capacitor, switching of the transistor can be caused.
○Next task
Multi vibrator
*****<Task inquiry learning method>************************************* ************
Topics [Technology]
Theme <Investigation and Planning> Purpose Viewpoint: Aim of the experiment/[Thinking]
Background <Knowledge> Perspective: Prior learning matters, reference textbooks, concrete assignments, hypotheses [Knowledge]
Preparation/Method <Investigation and Planning> Viewpoints: Conceptual Diagram, Measurement Variables, Research Plan [Technology]
Results/Discussion <Processing and Evaluation> Viewpoint: Results and their graphing/Validity of hypothesis/Conclusion/Discussion [Technology]
Reflection on learning (perspectives: achievements and efforts, causes of failure, improvement plans, what was understood, next tasks) [Attitude]
Report [Technology]
************************************************** ********************
<課題探究的学習手法>
探究の問い
『コンデンサーとトランジスタ2個を組み合わせてLEDを点滅させるにはどうすればよいだろうか？』
トピックス『インバーティッドダーリントントランジスタとコンデンサー用いて数秒間隔でLED点滅をさせるには』
<時間経過の測定>
目的: 1. NPN型トランジスタのスイッチング作用を利用してON-OFFを起こす抵抗値の設定。
2. スイッチが入って電流が流れると, スイッチを切る働きの理解をする。
3. スイッチが切れて, 流れなくなると, スイッチが入る仕組みの理解をする。
背景（知識）:
1. この回路でR1側に大きな抵抗値を使っているのは,PNP型トランジスタのEに入る部分の抵抗値が200kΩ程度であるためと考えた。
2. LEDの順方向電圧は通電開始が, 0.6V程度, 点灯時が2.0V程度である。
3. 帯電していないと, コンデンサーは, 導線のように電流が流れ, 入口側は+に帯電しながら電圧が上がって行き, 電源側と等電位になれば, 電流は流れなくなる。
（課題の具体化）
コンデンサーをR2側に配置し, LED2の点灯が終わってもTr1のベース電流が流れる仕組みを維持する。LED2が消灯しているときに再びスイッチが入るためにはどうなっていれば良いか考える。LED2が点灯しているとき, スイッチを切るにはどうなっていると良いか考える。
(仮説)
条件: PNPトランジスタと同等の抵抗をNPNのベース側に持ってきて, 互いの電圧効果が同等程度にするためである。
条件:R2側にLEDを入れて, NPN型トランジスタのスイッチをONOFFできる程度の分圧ができるように設定する。
条件: コンデンサーの充放電による電圧変化を利用してトランジスタスイッチのONOFFを起こす。
(実験での確認)
準備・方法
デジタルマルチメータ, NPN型トランジスタ(2SC1815), PNP型トランジスタ(2SA1015), コンデンサー 470μF, 抵抗R1(51kΩ, 200kΩ), R2(120Ω, 1kΩ), LED(緑, 赤), ストップウォッチ,ブレッドボード, ジャンパー線, 単３乾電池２本, 乾電池ケース
方法
1. C(470μF), R2(120Ω)で1LED(緑)回路を作り, 適当な時間間隔でLED2が点滅するR1を求める。
2. C(470μF), R2(120Ω), LED(緑)とR1側にLED(赤)を使い, LED2が点滅するR1を求める。
3. LED2がONのときのVBE, OFFのときのVBEを測定する。
4. LED2がONのときの流れ, OFFのときの流れを理解する。
結果
1LEDのときの回路は図のようである。
R1に1kΩ, 10kΩ, 51kΩ, 120kΩ, 200kΩ,1MΩを用いたときの点滅間隔は次のようであった。
R1に1kΩ, 10kΩ, 51kΩ, 120kΩを用いたときは, LED2は点灯し続けて消灯しなかった。
R1に200kΩを用いた時は, 点灯時間5〜6sec, 消灯時間16〜17secであった。
R1に700kΩを用いた時は, 点灯時間5〜6sec, 消灯時間80〜90secであった。
VBEは消灯時, -0.03Vから次第に増えて0.3Vぐらいまで少しずつ増えていき点灯と同時に0.7V程度に上昇していた。
2. 次にR1側からの流れを目視するため, R1と電源の間にLED2(赤)を入れて観察した。
2LEDのときの回路は図のようである。
R1に1kΩ, 10kΩ, 51kΩ, 120kΩ, 200kΩ,1MΩを用いたときの点滅間隔は次のようであった。
R1に1kΩ, 10kΩとLED(赤)を用いた時は, LED2は点灯し続け, 消灯しなかった。
R1に51Ωを用いた時は, LED2は点灯時間6sec, 消灯時間10sec程度であった。
R1に120kΩを用いた時は, LED2の点灯時間5〜6sec, 消灯時間25〜26secであった。
R1に200kΩを用いた時は, LED2の点灯時間4sec程度, 消灯時間40sec程度であった。
R1に700kΩを用いた時は, LED2は点灯しなかった。
VBEは1LEDの場合と同様で, 消灯時, -0.03Vから次第に増えて0.3Vぐらいまで少しずつ増えていき点灯と同時に0.7V程度に上昇していた。
V1は消灯時に1.18Vで減少していき, 点灯時には0.3V程度になった。
V2は点灯時に0.2V程度, 消灯時は0.002Vとなった。
LED2点滅時の回路の考え方
初めは
コンデンサーは充電されていないので, LED2は点灯する。ただし, R1を通ってくるので電流は大きくない。あまり明るくない。この時, fig2のようにTr1のB-Eを通って流れている部分もあります。そこで, Tr1のIBがダイオードのように流れる。コンデンサー側の電圧が上がりVBEが0.6Vを超えると, Tr2のスイッチがONになります。
Tr2がONになり, Tr2のVCEは0.1Vぐらい。Tr2のCからコンデンサーとR2, LEDの両方に電源電圧近くの値がかかり, LED2は明るく点灯します。Fig.4 が明るく点灯している時の回路図です。
この時, コンデンサーとTr1側についてみると, 電流は初めと逆向きに流れ込み, コンデンサーCの電圧は下がっていきます。するとTr1のVBEも下がってくるので, これが0.6V以下になるとTr1のスイッチがOFFになりTr2もOFFになりLED2は消灯または暗くなります。
これでfig.2に戻ってきて繰り返されます。
LED1を加えたときも, 動作は同じですが, LEDの電圧降下があるためにR1の値がLED1無しの場合より小さい抵抗を使いました。
結論
1. インバーティッドダーリントン接続を使ってLEDを点滅させる時の, R2とR1の抵抗値の組み合わせが選択できた。
2. 点滅の時間間隔は, 抵抗値とコンデンサーの組み合わせで決まることが確かめられた。
3. 電源電圧3.0VだとLEDは直列では1個しか点灯できないので, 配置を考えた。
4. 電源とPNPトランジスタの接続と同程度の抵抗をR1に使っていることが分かった。
5. インバーティッドダーリントン接続が, OFFになるとONにし, ONになるとOFFになるような仕組みに活用できることが分かった。
学習の振り返り
○成果と工夫
R1に51kΩとLEDを使うと, 点滅が起き, なおかつ, LED2の点灯時にはR1を流れる電流が小さくなるのが見てわかる。コンデンサー470μF
○失敗
LED2をR2側に置き点灯させているため, Cへの電流の流入とLED2の点灯が確保されるので, Tr2のEと接続すると点滅が起きなかった。
○改善案
測定時の便宜のためにミノムシクリップがあると良い。
○理解できたこと
コンデンサーを組み込むことで, トランジスタのスイッチングを起こすことができる。
○次の課題
マルチバイブレータ
*****<課題探究的学習手法>**************************************************
トッピクス[技術]
テーマ＜探究と計画＞目的 観点:実験のねらい・[思考]
背景＜知識＞観点:先行学習事項・参考教科書・課題の具体化・仮説[知識]
準備・方法＜探究と計画＞観点：概念図・測定変数・探究計画[技術]
結果・考察＜処理と評価＞観点：結果とそのグラフ化・仮説の妥当性・結論・考察[技術]
学習の振り返り(観点：成果と工夫、失敗の原因、改善案、理解できたこと、次の課題)[態度]
報告[技術]
**********************************************************************