巧用LED促進(jìn)學(xué)生掌握專業(yè)知識

[摘 要] LED即發(fā)光二極管，顧名思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能具有二極管特性的電子器件?？梢愿鶕?jù)LED的特性、簡單應(yīng)用設(shè)計一些合適的項(xiàng)目引入課堂上來。

[關(guān) 鍵 詞] LED；測量；實(shí)驗(yàn)；壓降；電流

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）20-0083-01

LED即發(fā)光二極管，顧名思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能具有二極管特性的電子器件。它的V-I特性與普通的二極管十分相似，同樣具有正向?qū)ê头聪蚪刂沟奶匦?，所不同的是LED導(dǎo)通電壓要比二極管高得多，而反向擊穿電壓要比二極管小得多。我們可以根據(jù)LED的特性、簡單應(yīng)用設(shè)計一些合適的項(xiàng)目引入課堂上來。

一、LED的測量

在用萬用表測量普通二極管時，如果用機(jī)械表，通常要求是打在R×100或R×1K檔，但如果用這兩檔去測量發(fā)光二極管，所測得的正向反向電阻均為無窮大，這并不表明LED損壞了，而是由于機(jī)械表的這兩個檔位工作電池電壓只有1.5V，而LED的導(dǎo)通電壓通常要達(dá)到2V左右。所以要求測量LED時把檔位切換到R×10K檔。這樣通過普通二極管與LED的對比測量可以讓學(xué)生對導(dǎo)通（死區(qū)）電壓的概念有更深入的了解。

如果用數(shù)字式萬用表測量二極管時通常是選用“通斷”檔的，但是測量常規(guī)的紅、黃、綠的指示用LED時可以正常測量，LED在正向時也能點(diǎn)亮。但是對于高亮度LED中的藍(lán)色、白色和綠色就不行。這是因?yàn)檫@個檔位的輸出電壓最高值通常是2V，而這幾種顏色的LED導(dǎo)通電壓通常在3V左右。

用數(shù)字萬用表還可以有以下幾種方法：

1.使用三極管的HFE檔：將LED的管腳分別插入NPN區(qū)的C和E孔，正反各一次，如果其中一次LED能發(fā)光，則說明LED是好的，且插在C孔是LED的正極。

2.利用CX檔：將LED的管腳分別插入CX的+和-孔，正反各一次，如果其中一次LED能發(fā)光（閃爍），則說明LED是好的，且插在+孔是LED的正極。

以上兩種方法有一個明顯的優(yōu)點(diǎn)：LED點(diǎn)亮?xí)r的亮度非常高，要遠(yuǎn)比用“通斷”檔測量亮的多，非常直觀。

通過用萬用表測量普LED，不但能有助于學(xué)生掌握二極管的相關(guān)知識，又培養(yǎng)了學(xué)生的思考、學(xué)習(xí)能力，同時也增強(qiáng)了學(xué)生熟練使用萬用表的技能。

二、讓我們來做一個小手電筒

傳統(tǒng)的手電筒是用干電池供電給小電珠的，小電珠發(fā)光效率只有15lm/W，消耗的電能中有近80%是以熱的形式損耗的，所以白熾燈的電能利用率非常差，而且它的使用壽命只有數(shù)百小時。用高亮度白光LED作為光源的手電筒終身不用更換LED，且裝一次干電池就可以使用近半年之久。手電筒等效電路如下圖所示。

（一）知識準(zhǔn)備

白光LED的正向?qū)▔航捣秶s為3V～3.4V。小功率LED的額定正向工作電流為20 mA。普通干電池單節(jié)電動勢為1.5 V，鎳鉻和鎳氫充電電池的單節(jié)電動勢為1.2 V，鋰電池的單節(jié)電動勢為4.2 V。

（二）分析計算

◆電源選擇：我們?nèi)菀椎玫降碾娫从懈呻姵?、鎳鉻、鎳氫充電電池和鋰電池。如果用干電池或鎳鉻、鎳氫充電電池作為電源，必須采用三節(jié)以上的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，才能使LED正常發(fā)光，而鋰電池一節(jié)就可以滿足要求了。

◆LED選擇：一只高亮度白光LED發(fā)出的光線亮度用以近距離小范圍照明已經(jīng)足夠了，如果不夠，可以采用多只串聯(lián)或者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)來提高亮度。這里假設(shè)采用兩只LED，設(shè)單只LED的壓降為3.2 V，工作電流為20 mA。因?yàn)殇囯姵仉妷鹤罡邽?.2 V，如果LED采用串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，則至少需要電源3.2 V×2=6.4 V以上的電壓，所以選用LED并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如圖（a）所示。根據(jù)并聯(lián)的特點(diǎn)：LED并聯(lián)后正向壓降仍為3.2 V，但總的工作電流為20 mA×2=40 mA。

R1的耗散功率：PR=I2·R1=0.042×25=0.04 W

所以R1可以選擇25 Ω，1/4 W的電阻，若找不到25 Ω的也可以用27 Ω的或者用兩個51 Ω的并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。

（三）材料準(zhǔn)備

通過以上的分析計算，我們就可以去找相應(yīng)的材料：舊手機(jī)鋰電池一塊，微型開關(guān)一只，高亮度白光LED兩只，25 Ω、1/4 W電阻一只或者代換方案，合適外殼一只，導(dǎo)線若干，另加相應(yīng)的焊接、安裝工作材料若干。

從以上步驟可以看出，這其中利用到的知識還真不少：電池的常識、LED的特性、串并聯(lián)電路的特性、全電路歐姆定律、電阻元件地知識。所以通過這樣一個小小的制作把理論知識與實(shí)踐應(yīng)用完美地結(jié)合了起來，使學(xué)生在制作過程中鞏固了理論知識的同時也增強(qiáng)了分析、動手能力，更能體會到成功的樂趣。

小小的LED可以給電子技術(shù)的課堂增添如此多的色彩，那么，只要我們專業(yè)教師善于學(xué)習(xí)、善于應(yīng)用新技術(shù)，把更多的新知識、新技術(shù)帶到課堂里來，電子專業(yè)的課堂會越來越有樂趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫見明，吳林濤.巧用發(fā)光二極管 創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].物理教學(xué)，2014（7）.

[2]孫九林.巧用發(fā)光二極管 突破教學(xué)難點(diǎn)[J].物理教師，2015（5）.