技理相融 做評同程 學以致用
——以“調(diào)光燈電路的應用”教學為例

聶從輝

(華東石油技師學院，江蘇 揚州 225000)

1 引言

調(diào)光燈電路或常用照明電路常常會出現(xiàn)在電力電子技術、電工電子技術、中學物理教材所創(chuàng)設的情景中，家用臺燈就用到了調(diào)光燈電路。從白熾燈到節(jié)能燈再到現(xiàn)在的LED燈，不論使用什么光源，臺燈的調(diào)光原理基本相同，筆者制作了以白熾燈為光源的調(diào)光電路，電路原理易懂、成本低廉，演示效果較好，其中使用的電子元件均是學生在通用技術課程或物理課中學習過的，使用該裝置進行教學，可以揭開調(diào)光燈電路的“神秘面紗”，既能讓學生掌握調(diào)光燈電路的工作原理，又能激發(fā)學生動手操作的興趣和欲望，激活學生頭腦中的理論知識，進而達到學以致用的目的。

調(diào)光燈電路主要用在臺燈中，臺燈的光照范圍比較集中，便于閱讀、工作、節(jié)省能源。臺燈一般分為兩種，一種是立柱式，一種是夾置式，臺燈所用燈泡是白熾燈、節(jié)能燈泡等。隨著生活品質(zhì)的提升以及需求的不同，市面上還出現(xiàn)了護眼臺燈、自帶備用電源的應急臺燈等。由生活話題引入學習的課題：調(diào)光燈電路是如何工作的？你知道燈光的亮度是怎樣調(diào)節(jié)的嗎？讓我們動手做一個調(diào)光臺燈吧。

2 技理相融，介紹調(diào)光燈電路原理

先讓學生領取完成這項工作所需的工具、儀器儀表、元器件和材料，學習查閱元器件手冊的方法。學習正確識別、篩選、檢測元器件的方法，為調(diào)光原理的分析奠定基礎。制作“調(diào)光燈電路”所需元器件的型號、參數(shù)、數(shù)量等如表1。

表1

圖1為調(diào)光燈電路，也是晶閘管觸發(fā)電路的典型應用，整個電路由4個部分組成：整流電路、穩(wěn)壓電路、觸發(fā)電路和主電路。可以對每部分電路的工作原理進行介紹，學生探討、分析整個電路的工作原理。

圖1

2.1 整流電路

學生學過二極管的工作原理，調(diào)光燈采用的是橋式整流電路。整流電路如圖2所示，當電壓U0為正時，二極管V1和V3承受正向電壓而導通，V2和V4承受反向電壓而截止，形成上正下負的直流電。當電壓U0為負時，二極管V2和V4承受正向電壓而導通，V1和V3承受反向電壓而截止，形成上正下負的直流電，波形圖如圖3所示。

圖2

圖3

2.2 穩(wěn)壓電路

在一個電路中我們總是希望電路的電壓是穩(wěn)定的，穩(wěn)壓電路如圖4所示，穩(wěn)壓管是工作在反向擊穿區(qū)，電路中電流在很大范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓管兩端的電壓卻基本穩(wěn)定在擊穿區(qū)附近，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓功能。

圖4

2.3 觸發(fā)電路

如圖5所示，觸發(fā)電路是整個電路最重要環(huán)節(jié)，[3]穩(wěn)恒電壓U2加在單結晶體管觸發(fā)電路上，U2經(jīng)R4和RP對電容C充電，當U3電壓上升到大于單結晶體管V7的峰點電壓時e-b1導通，電容C通過e-b1和R3放電，在R3上形成一脈沖電壓加到主電路中的晶閘管的門極，使處于承受正向電壓的晶體管導通。電容C放電后，U3下降，下降到低于谷點電壓時，單結晶體管截止。

圖5

改變RP的大小可以改變電容C充電的快慢，即改變了加在晶閘管門極上第一個觸發(fā)脈沖的時刻，也就改變了可控整流輸出電壓的高低，實現(xiàn)可控整流。

2.4 主電路

如圖6所示，燈泡和晶閘管串聯(lián)組成了主電路，當晶閘管導通時燈泡就會亮。當晶閘管兩端的電壓增加時，燈泡兩端的電壓就低，燈泡就暗，反之燈泡就亮，而調(diào)節(jié)晶閘管的導通角就可以改變燈泡兩端的電壓，起到調(diào)光的作用。

圖6

3 做評同程，抓好電路安裝與調(diào)試關鍵環(huán)節(jié)

3.1 電路的安裝

認識元器件及工作原理后，先由老師對部分元器件的安裝進行示范，講解操作步驟及要注意的問題，如元件焊接的順序、焊點的要求、導線的焊接等。學生分組根據(jù)電路圖和提供的元件、工具進行安裝，老師做巡回指導。

3.2 電路的調(diào)試

要讓學生養(yǎng)成良好的習慣，電路焊接完畢必須檢查，確定無誤后再接通電源進行調(diào)試、檢查。具體檢查步驟如下：(1) 調(diào)節(jié)好示波器；(2) 用示波器檢查輸入電壓是否正常；(3) 調(diào)試觸發(fā)電路。觀察輸出端、穩(wěn)壓管兩端、電容器兩端、R3兩端、晶閘管陽極和陰極兩端的電壓和波形，調(diào)光燈電路板如圖7所示。

圖7

學生安裝好電路后，由老師引導學生進行通電試驗，在老師指導下，各小組集中對本小組成員制作的作品質(zhì)量及表現(xiàn)情況作出評價，將評價結果分別填入表2、表3中， 最后由老師填寫專業(yè)技能評價表(表4)。

表2

表3 小組成員互評

表4 專業(yè)技能考核

續(xù) 表考核內(nèi)容考核要求評分標準分值自我評價小組互評教師評價專業(yè)技能故障分析及排除分析故障原因,思路正確,能正確查找故障并予以排除。1. 實際排除故障中思路不清晰,每個故障點扣3分。2. 每少查出一個故障點扣5分。3. 每少排除一個故障點扣3分。4. 排除故障方法不正確,每處扣5分。30備注合計100指導教師簽字

4 學以致用，在故障分析和排除中鍛煉能力

完成安裝以后對電路進行通電試驗，在通電過程中不可避免會出現(xiàn)一些問題，而出現(xiàn)故障并不可怕，弄懂故障的原因并且排除故障，也是一種收獲、進步。對于學生不能夠獨立排除的故障，教師應該把故障現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因、故障點詳細地告知學生，并協(xié)助學生改正，直到安裝正確。在通電試驗時主要出現(xiàn)的問題如下：(1) 用手輕輕一拽就會把元件的腳給拽下來；(2) 電路板敲敲燈泡就亮，一會兒又不亮；(3) 整流電路中的一只二極管燒壞；(4) 穩(wěn)壓管V8發(fā)燙、冒煙；(5) 燈光亮度不可調(diào)節(jié)；(6) 燈光亮度調(diào)節(jié)的范圍較小；(7) 燈泡不亮；(8) 電阻焊錯，電阻的阻值和原理圖不同。

每一種故障出現(xiàn)的原因不相同，所以在分析的時候要詳細。比如“燈泡不亮”，這個原因就有很多種，如沒有接通電源、燈泡損壞、電路存在斷路、元件損壞、元件焊接錯誤等，對于上述故障一般采用示波器查波形的方法來找到故障點。“調(diào)光燈電路”可用于物理電路部分的教學，也可以結合電工電子技術的教學，讓學生親自安裝，通過該裝置的安裝與調(diào)試，讓學生能完整體驗實際問題的解決過程，學會故障分析，并能根據(jù)故障現(xiàn)象找出故障點，加深對理論知識的理解，同時提升學生的物理建模和抽象思維能力、電子電路的設計應用能力、實踐創(chuàng)新能力。