技理相融 做評(píng)同程 學(xué)以致用
——以“調(diào)光燈電路的應(yīng)用”教學(xué)為例

聶從輝

(華東石油技師學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000)

1 引言

調(diào)光燈電路或常用照明電路常常會(huì)出現(xiàn)在電力電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、中學(xué)物理教材所創(chuàng)設(shè)的情景中，家用臺(tái)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(tái)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(xué)生在通用技術(shù)課程或物理課中學(xué)習(xí)過(guò)的，使用該裝置進(jìn)行教學(xué)，可以揭開(kāi)調(diào)光燈電路的“神秘面紗”，既能讓學(xué)生掌握調(diào)光燈電路的工作原理，又能激發(fā)學(xué)生動(dòng)手操作的興趣和欲望，激活學(xué)生頭腦中的理論知識(shí)，進(jìn)而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

調(diào)光燈電路主要用在臺(tái)燈中，臺(tái)燈的光照范圍比較集中，便于閱讀、工作、節(jié)省能源。臺(tái)燈一般分為兩種，一種是立柱式，一種是夾置式，臺(tái)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(hù)眼臺(tái)燈、自帶備用電源的應(yīng)急臺(tái)燈等。由生活話題引入學(xué)習(xí)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(dòng)手做一個(gè)調(diào)光臺(tái)燈吧。

2 技理相融，介紹調(diào)光燈電路原理

先讓學(xué)生領(lǐng)取完成這項(xiàng)工作所需的工具、儀器儀表、元器件和材料，學(xué)習(xí)查閱元器件手冊(cè)的方法。學(xué)習(xí)正確識(shí)別、篩選、檢測(cè)元器件的方法，為調(diào)光原理的分析奠定基礎(chǔ)。制作“調(diào)光燈電路”所需元器件的型號(hào)、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(yīng)用，整個(gè)電路由4個(gè)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(duì)每部分電路的工作原理進(jìn)行介紹，學(xué)生探討、分析整個(gè)電路的工作原理。

圖1

2.1 整流電路

學(xué)生學(xué)過(guò)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(dāng)電壓U0為正時(shí)，二極管V1和V3承受正向電壓而導(dǎo)通，V2和V4承受反向電壓而截止，形成上正下負(fù)的直流電。當(dāng)電壓U0為負(fù)時(shí)，二極管V2和V4承受正向電壓而導(dǎo)通，V1和V3承受反向電壓而截止，形成上正下負(fù)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(gè)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(shí)，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(shí)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(gè)電路最重要環(huán)節(jié)，[3]穩(wěn)恒電壓U2加在單結(jié)晶體管觸發(fā)電路上，U2經(jīng)R4和RP對(duì)電容C充電，當(dāng)U3電壓上升到大于單結(jié)晶體管V7的峰點(diǎn)電壓時(shí)e-b1導(dǎo)通，電容C通過(guò)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(mén)極，使處于承受正向電壓的晶體管導(dǎo)通。電容C放電后，U3下降，下降到低于谷點(diǎn)電壓時(shí)，單結(jié)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(mén)極上第一個(gè)觸發(fā)脈沖的時(shí)刻，也就改變了可控整流輸出電壓的高低，實(shí)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(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)燈泡就會(huì)亮。當(dāng)晶閘管兩端的電壓增加時(shí)，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(dǎo)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(píng)同程，抓好電路安裝與調(diào)試關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 電路的安裝

認(rèn)識(shí)元器件及工作原理后，先由老師對(duì)部分元器件的安裝進(jìn)行示范，講解操作步驟及要注意的問(wèn)題，如元件焊接的順序、焊點(diǎn)的要求、導(dǎo)線的焊接等。學(xué)生分組根據(jù)電路圖和提供的元件、工具進(jìn)行安裝，老師做巡回指導(dǎo)。

3.2 電路的調(diào)試

要讓學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，電路焊接完畢必須檢查，確定無(wú)誤后再接通電源進(jìn)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(yáng)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(xué)生安裝好電路后，由老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行通電試驗(yàn)，在老師指導(dǎo)下，各小組集中對(duì)本小組成員制作的作品質(zhì)量及表現(xiàn)情況作出評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)結(jié)果分別填入表2、表3中， 最后由老師填寫(xiě)專(zhuān)業(yè)技能評(píng)價(jià)表(表4)。

表2

表3 小組成員互評(píng)

表4 專(zhuān)業(yè)技能考核

續(xù) 表考核內(nèi)容考核要求評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分值自我評(píng)價(jià)小組互評(píng)教師評(píng)價(jià)專(zhuān)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(shí)際排除故障中思路不清晰,每個(gè)故障點(diǎn)扣3分。2. 每少查出一個(gè)故障點(diǎn)扣5分。3. 每少排除一個(gè)故障點(diǎn)扣3分。4. 排除故障方法不正確,每處扣5分。30備注合計(jì)100指導(dǎo)教師簽字

4 學(xué)以致用，在故障分析和排除中鍛煉能力

完成安裝以后對(duì)電路進(jìn)行通電試驗(yàn)，在通電過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)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(jìn)步。對(duì)于學(xué)生不能夠獨(dú)立排除的故障，教師應(yīng)該把故障現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因、故障點(diǎn)詳細(xì)地告知學(xué)生，并協(xié)助學(xué)生改正，直到安裝正確。在通電試驗(yàn)時(shí)主要出現(xiàn)的問(wèn)題如下：(1) 用手輕輕一拽就會(huì)把元件的腳給拽下來(lái)；(2) 電路板敲敲燈泡就亮，一會(huì)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??；(7) 燈泡不亮；(8) 電阻焊錯(cuò)，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(shí)候要詳細(xì)。比如“燈泡不亮”，這個(gè)原因就有很多種，如沒(méi)有接通電源、燈泡損壞、電路存在斷路、元件損壞、元件焊接錯(cuò)誤等，對(duì)于上述故障一般采用示波器查波形的方法來(lái)找到故障點(diǎn)?！罢{(diào)光燈電路”可用于物理電路部分的教學(xué)，也可以結(jié)合電工電子技術(shù)的教學(xué)，讓學(xué)生親自安裝，通過(guò)該裝置的安裝與調(diào)試，讓學(xué)生能完整體驗(yàn)實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程，學(xué)會(huì)故障分析，并能根據(jù)故障現(xiàn)象找出故障點(diǎn)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)提升學(xué)生的物理建模和抽象思維能力、電子電路的設(shè)計(jì)應(yīng)用能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力。