光源與照明專業認識實習內容設計與實踐

高英明 謝蓄芬 張云翠 鄒家寶 李萍 鄒念育

摘要：認識實習是實踐教學的重要環節。面向光源與照明專業，設計了LED光電特性的認識實習內容，包括綜合使用萬用表和直流穩壓電源測量不同光色LED伏安特性，不同光色LED導通特性比較。通過實習深化了學生對于LED特性的理解，提高了實踐能力，達到了預期效果。

關鍵詞：光源與照明專業；認識實習；伏安特性

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0085-02

一、相關背景

作為一門邊緣交叉學科，光源與照明專業在國民經濟體系的眾多領域都具有重要和特殊的作用[1]。大連工業大學1993年便開設了光源及照明工程專業。隨著LED新一代照明光源的出現，以國家大力發展、推廣LED照明為契機，大連工業大學在電子信息工程專業的基礎上，通過整合光子學研究所，電子信息工程專業，計算機工程專業成立了現在的光源與照明工程專業。目前，是遼寧省乃至東北地區唯一開設該專業的高校，有著良好的學科積累和行業聲譽[2]。認識實習是實踐教學中的重要環節，是后續實踐活動的基礎[3]。大連工業大學光源與照明專業成立之初，認識實習沿用了電子信息工程相關內容，如萬用表與直流電源的認識。以往實習內容仍偏重于功能與原理的講解，涉及的具體操作甚少，學生大部分時間花在完成實習報告上。究其原因是缺少合適的測試對象，無法使這兩種設備結合使用。這不符合光源與照明專業的特點，也不符合專業轉型的要求，需要重新設計。

二、認識實習內容設計

認識實習內容的設計，受到學生在實踐活動中所遇到的問題啟發。如本專業每年舉辦的“湖光魅影”[4]，需要參賽作品將不同光色LED并聯使用，簡單將它們并聯，結果某些LED不夠亮，甚至根本不亮，卻不知道原因。可以通過分別為不同光色LED串聯電阻后再并聯解決該問題。說明學生對于二極管的鉗位特性及伏安特性理解不夠深入。因此，設計了LED光電特性認識內容，同時使學生掌握萬用表與直流穩壓電源的使用。

（一）測試對象設計

測試對象分為三個基本單元，供電單元，LED伏安特性測試單元，不同光色LED導通特性比較單元。它們被制在一塊電路板上，測試對象所有LED為小功率草帽封裝，所有電阻為200Ω，電位器為100Ω。

供電單元采用線性穩壓器7805，可在9V—12V輸入電壓情況下穩定輸出5V電壓。認識實習環節中，測試對象的輸入電壓由一臺可調直流穩壓電源提供。

圖2中LED1、LED2和LED3分是紅、黃、綠色的LED。若跳線J1、J2和J3全部閉合，則LED1、LED2和LED3直接并聯。跳線J1、J2和J3全部斷開，則LED1、LED2和LED3分別串聯電阻后再并聯。R6在LED1、LED2和LED3直接并聯時保護它們。

調整圖3中電位器R1的旋鈕可使得LED獲得0V—5V電壓，為了保護LED，跳線J4是常開的。R1滑動端2與3重合時，LED電壓為0V，與1重合時，LED電壓最大。LED的電流可由R2的電壓除以R2的電阻得到，如式（1）所示。LED的電流亦可直接由萬用表測量得到，在電流測量模式下將兩表筆分別接在跳線J4的兩端進行測量。

（二）操作過程

1.不同LED的比較。（1）跳線J1、J2和J3全部閉合，觀察LED1、LED2和LED3的亮度。相當于LED1、LED2和LED3直接并聯，觀察到紅色LED明顯亮，黃色的部分亮，綠色的不亮。說明紅色LED導通電壓最低，綠色LED導通電壓最高，黃色LED導通電壓與紅色LED接近。因為二極管并聯后電壓由導通電壓最小的二極管決定，否則會得到電路中某點電位不唯一的錯誤結論。（2）跳線J1、J2和J3全部斷開，觀察LED1、LED2和LED3的亮度。相當于LED1、LED2和LED3分別串聯電阻后再并聯，觀察到紅、黃、綠LED均明顯亮。這是由于分別受到電阻R3、R4和R5的調節作用。

2.LED伏安特性測試。測試LED伏安特性的步驟如下。（1）連接穩壓電源與測試對象，調整穩壓電源輸出9V電壓為其供電。（2）選擇萬用表的直流電壓測量功能，量程為20V。（3）調節電位器R1的旋鈕，使LED的初始電壓為0V之后測量R2的電壓VR2。（4）調節電位器R1，LED電壓增加0.4V后測量電阻R2的電壓VR2。（5）根據式1，計算LED電流ILED。（6）返回（4），重復測量與計算過程，直至完成所有測量。

完成了紅光LED的伏安特性之后，測量黃光與綠光LED的伏安特性，把它們繪在同一坐標系下。

三、實踐效果

本文設計的認識實習內容，已經用于大連工業大學光源與照明專業2016級學生的認識實習中，取得了預期的效果。學生反映實習過程很充實，通過LED伏安特性的測量，直觀感受到了LED發光與電壓的關系，加深了對于LED特性的理解。以大量實際操作取代原來理論講解，提高了學生的興趣，伏安特性的測量培養了耐心。培養、鍛煉了同學們之間的合作能力，伏安特性曲線的獲得需要邊調節電位器旋鈕邊測量，兩個學生合作完成效率更高。學到理論課沒有涉及的內容，如可調直流電源、萬用表、跳線的使用等，提高了學生解決實際問題的能力。

四、總結

大連工業大學光源與照明專業認識實習包括：軟件認識、燈具認識、設備認識、光源光電特性認識，本文設計LED光電特性認識的內容只是其中之一。經實際使用，實習內容達到了預期效果。通過進行LED伏安特性的比較與測試，加深了學生對于LED光電特性的理解，同時掌握了萬用表，直流穩壓電源的使用方法。

參考文獻：

[1]黃海燕，陳亞江.應用型新建地方本科院校光源與照明專業人才培養現狀與改革對策[J].課程教育研究，2017，（21）：51-52.

[2]曹冠英，李萍，張云翠，房媛，曹帆，鄒念育.基于產學研合作的光源與照明專業人才培養的探索與實踐[J].教育教學論壇，2014，（42）：173-175.

[3]李雪娥，王黎，龔潔.環境工程專業認識實習的教學改革探討[J].教育教學論壇，2016，（34）：94-95.

[4]湖光魅影—光源與照明專業第二屆光藝術作品展完美落幕[EB/OL].http：//rip.dlpu.edu.cn/html/9817532955.html.