高校電工學RC移相電路設計實驗的開發與實踐

摘 要:電工學是一門實踐性很強的課程，其中的實驗教學是該課程教學體系的重要組成部分。本文以高校電工學中的RC移相電路原理為基礎，利用DZX-1型電子學綜合實驗裝置，開發了一個設計性實驗——亮度穩定的調光臺燈實驗，并在實驗教學中進行了實踐，取得了良好效果。

關鍵詞:電工學RC移相電路設計實驗實驗教學

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2011)05(a)-0046-01

電工學是高等學校本科非電類專業學生的一門重要的必修課[1]。該課程應用性強，其中RC移相電路在電子技術中有廣泛應用。但是對于理論教學中的RC移相電路，學生感覺抽象，不理解問題的實質。為了提高教學效果，讓抽象的知識生動化、趣味化，筆者利用實驗室現有DZX-1型電子學綜合實驗裝置，開發了一個基于RC移相原理的設計性實驗——亮度穩定的調光臺燈實驗，并在實驗教學實踐中取得了良好效果。

1#8201;RC電路的移相原理

在圖1(a)RC串聯電路中。若輸入電壓是正弦波，其頻率為f，設其相量式為，則電路中各處的電壓、電流都是同一頻率的正弦波[2]。

由KVL定理得到:(1)

這里和分別為電容、電阻兩端電壓。由串聯電路分壓公式可得: (2)

電阻兩端電壓與輸入電壓的相位差為:

(3)

同理可得:(4)

則電容兩端電壓與輸入電壓的相位差可寫為:

(5)

由式(3)和(5)可看出:如果輸入電壓大小不變，則當改變電源頻率f或電路參數R或C時，相位角和都發生改變[3]。這時，無論從R端或C端輸出，其輸出電壓相對輸入電壓都有移相作用，RC電路相量圖如圖1(b)所示。

2#8201;設計實驗——亮度穩定的調光臺燈實驗

根據RC電路移相原理，設計調光臺燈實驗電路如圖2(a)。由RP和C組成的移相電路決定雙向可控硅VS的導通角。當C兩端電壓經RP充電上升到雙向觸發管KS的導通電壓時，VS被觸發導通[4]。當RP值增大，C充放電時間變長，即VS的導通角減小，燈就變暗;當RP值減小，C充放電時間變短，即VS的導通角增加，燈就變亮。所以可以通過調節電阻RP的大小來改變電容的充放電時間，進而通過觸發管KS控制雙向可控硅VS的導通時間調節臺燈亮度。

圖2(a)實現基本調光臺燈實驗，但當電網電壓波動時，臺燈亮度也會隨著電壓波動而變化。為了使臺燈亮度穩定，改進實驗電路如圖2(b)，增加一個光敏電阻R和電阻R1。當電網電壓波動時，R和R1串聯支路電流大小由光敏電阻R決定。當電網電壓波動時，比如電網電壓上升，圖2(b)中臺燈光亮度增加，光敏電阻R受到的光照度增加，阻值減小，電流分流增大，導致電容C充放電時間變長，雙向可控硅的導通角減小，臺燈就變暗;反之亦然，從而實現穩定臺燈燈光的亮度。

3#8201;教學實踐

讓學生根據RC電路的移相原理進行實驗設計。指導學生使用Multisim軟件對所設計實驗電路進行仿真、調試，直至得到正確的仿真結果。指導學生根據仿真結果選擇所用的元件型號，進行電路焊接。將焊接好電路板連接到DZX-1型綜合實驗裝置上調試，從普通調光臺燈設計實驗開始，逐步引導學生完成亮度穩定的調光臺燈設計。通過該實驗設計和Multisim仿真，學生的動手能力和思維能力也得到很大提高。

4#8201;結語

通過該設計實驗讓抽象的知識生動化，趣味化，讓學生將所學的知識應用到日常生活中，從而激發學生的學習興趣。學生通過親自實踐，觀察和思考問題，最終提高了分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

[1] 張立文，等.高校電工電子技術實驗教學的改革與實踐[J].科技創新導報，2010(7).

[2] 秦曾煌.電工學(上冊)(第6版)[M].北京:高等教育出版社，2004.

[3] 唐介.電工學[M].北京:高等教育出版社，2005.

[4] 毛興武.使用傳統可控硅調光器的發光二極管驅動器[J].光源與照明，2009(4).