自制教具驗證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性

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自制教具驗證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性

摘 要：在教學中我們可利用學校已有的簡陋的設備盡可能開設更多的演示實驗，在文中介紹了利用從廢棄的X線機中拆下的穩(wěn)壓器進行驗證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性的演示實驗．

關鍵詞：實驗自制教具穩(wěn)壓器

實驗是物理學的基礎，作為一名物理教師一方面我們應呼吁所有的人都來重視學生能力的培養(yǎng)，改變教學理念，改變實驗條件．但更重要的是我們應怎樣利用學校已有簡陋的設備盡可能開設更多的演示實驗，這是我們應探索的．我們在教學中應做到：只要能動手解決的問題，并且理論得以解釋，教師就應盡量想方設法，采用簡單器材開展實驗，使物理學習與日常生活或者學生的動手操作相聯(lián)系，并鼓勵學生采用不同的儀器和方法開展實驗，而不是用語言傳遞給學生．

諧振式磁飽和穩(wěn)壓器在次級飽和鐵芯上繞制一個由線圈L和電容C組成的諧振單元，調節(jié)諧振單元的頻率，使該頻率與供電電源頻率相等，則振蕩單元發(fā)生諧振，由于諧振電流很大，使次級鐵芯很快達到飽和點，降低了磁化電流，減少了電源能耗，提高了穩(wěn)壓器的工作效率．諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓性能較好，當電源電壓發(fā)生 ±20%變化時，輸出電壓的波動不超過 ±l%．

當諧振條件不滿足時，即供電電源頻率f和諧振頻率f0不相等時(可通過改變線圈匝數(shù)或電容器的電容值，從而改變諧振頻率f0)，穩(wěn)壓器不僅失去了穩(wěn)壓的功能并且電源能耗增大．

以下是筆者在實驗教學中利用從廢棄的X線機中拆下的穩(wěn)壓器進行驗證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性的演示實驗．

實驗器材準備如下：保護開關1個，諧振式磁飽和穩(wěn)壓器1臺，諧振電容C1，非諧振電容C2，自耦調壓器1臺，220 V/60 W燈泡1個，萬用表2個．

實驗步驟如下：

(1)按圖1連接電路，電源插頭(連線)連接短路保護開關，再連接自耦調壓器輸入端．自耦調壓器的輸出端連接到諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的輸入端，并在此處并聯(lián)上萬用表V1，在穩(wěn)壓器的輸出端并聯(lián)上萬用表V2和燈泡．把萬用表的測量范圍都扳到交流電壓250 V擋位，實物圖如圖2所示．

圖1　電路圖

圖2　實物圖

(2)調節(jié)自耦調壓器，改變U1，使其分別為20 V，40 V，60 V，80 V，100 V，120 V，140 V，160 V，180 V，200 V，220 V，讀取并記錄穩(wěn)壓器輸出端對應的負載電壓值U2，觀察穩(wěn)壓器輸出電壓怎樣變化．

(3)把諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的電容器C1調換成C2(其電容值改變)，重復以上2和3步驟，觀察穩(wěn)壓器輸出電壓怎樣變化．

實驗數(shù)據(jù)記錄在表1中.

表1　實驗數(shù)據(jù)記錄

通過以上數(shù)據(jù)可看出：

(1)當滿足諧振條件時，輸入電壓U1≥100 V時，穩(wěn)壓器的輸出電壓U2就保持不變了，達到了穩(wěn)壓的目的．并且輸出電壓U2始終大于輸入電壓U1，說明諧振時電源能耗?。?/p>

(2)當諧振條件破壞時(通過改變并聯(lián)電容器的電容值)，輸出電壓U2始終都在變化，不能穩(wěn)壓．并且輸出電壓U2始終小于輸入電壓U1，說明非諧振時電源能耗大．

總之，在實驗教學中教師應盡可能地利用學校已有簡陋的設備開設更多的演示實驗，同時在演示中還應設計各種啟發(fā)式問題，使學生邊觀察邊思考問題，從而激發(fā)學生學習興趣．

(收稿日期：2015-08-06)

作者簡介：李 燕*李燕(1970-)，女，碩士，副教授，主要從事物理學教學研究．
(雅安職業(yè)技術學院四川 雅安625000)