巧用LED促進學生掌握專業知識

[摘 要] LED即發光二極管，顧名思義發光二極管是一種可以將電能轉化為光能具有二極管特性的電子器件。可以根據LED的特性、簡單應用設計一些合適的項目引入課堂上來。

[關 鍵 詞] LED；測量；實驗；壓降；電流

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

LED即發光二極管，顧名思義發光二極管是一種可以將電能轉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，同樣具有正向導通和反向截止的特性，所不同的是LED導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LED的特性、簡單應用設計一些合適的項目引入課堂上來。

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，而是由于機械表的這兩個檔位工作電池電壓只有1.5V，而LED的導通電壓通常要達到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生對導通（死區）電壓的概念有更深入的了解。

如果用數字式萬用表測量二極管時通常是選用“通斷”檔的，但是測量常規的紅、黃、綠的指示用LED時可以正常測量，LED在正向時也能點亮。但是對于高亮度LED中的藍色、白色和綠色就不行。這是因為這個檔位的輸出電壓最高值通常是2V，而這幾種顏色的LED導通電壓通常在3V左右。

用數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區的C和E孔，正反各一次，如果其中一次LED能發光，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點：LED點亮時的亮度非常高，要遠比用“通斷”檔測量亮的多，非常直觀。

通過用萬用表測量普LED，不但能有助于學生掌握二極管的相關知識，又培養了學生的思考、學習能力，同時也增強了學生熟練使用萬用表的技能。

二、讓我們來做一個小手電筒

傳統的手電筒是用干電池供電給小電珠的，小電珠發光效率只有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）知識準備

白光LED的正向導通壓降范圍約為3V～3.4V。小功率LED的額定正向工作電流為20 mA。普通干電池單節電動勢為1.5 V，鎳鉻和鎳氫充電電池的單節電動勢為1.2 V，鋰電池的單節電動勢為4.2 V。

（二）分析計算

◆電源選擇：我們容易得到的電源有干電池、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，必須采用三節以上的串聯結構，才能使LED正常發光，而鋰電池一節就可以滿足要求了。

◆LED選擇：一只高亮度白光LED發出的光線亮度用以近距離小范圍照明已經足夠了，如果不夠，可以采用多只串聯或者并聯的結構來提高亮度。這里假設采用兩只LED，設單只LED的壓降為3.2 V，工作電流為20 mA。因為鋰電池電壓最高為4.2 V，如果LED采用串聯的結構，則至少需要電源3.2 V×2=6.4 V以上的電壓，所以選用LED并聯的結構，如圖（a）所示。根據并聯的特點：LED并聯后正向壓降仍為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的并聯來實現。

（三）材料準備

通過以上的分析計算，我們就可以去找相應的材料：舊手機鋰電池一塊，微型開關一只，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，導線若干，另加相應的焊接、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踐應用完美地結合了起來，使學生在制作過程中鞏固了理論知識的同時也增強了分析、動手能力，更能體會到成功的樂趣。

小小的LED可以給電子技術的課堂增添如此多的色彩，那么，只要我們專業教師善于學習、善于應用新技術，把更多的新知識、新技術帶到課堂里來，電子專業的課堂會越來越有樂趣。

參考文獻：

[1]溫見明，吳林濤.巧用發光二極管 創新物理實驗教學[J].物理教學，2014（7）.

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