LED燈在電路基礎實踐教學中的應用

幸敏　寧愛民

【摘 要】本文論述LED燈在電路基礎實踐教學中的應用，參照手電筒原理，利用LED燈在電路基礎實踐教學中進行一些小制作。從簡單的LED照明電路到形狀的變化，到顏色的變換，再到采用USB接口獲取電源的方法，又到可以充電的LED照明燈，每一次的微小變化都可以激發學生的想象力和創新能力，同時也使學生具備電路制作的基本技能，為后期的學習和動手及打下良好的基礎。

【關鍵詞】LED照明電路 電路基礎 實踐教學 橋式整流 故障排查

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）07C-0189-02

電路分析基礎課程是高校電子類專業的基礎課。該課程的實踐教學環節也是培養學生對電子電路制作產生興趣的關鍵環節。傳統電路實驗的內容呆板、不生動，無法滿足高校培養創新應用型人才的要求。

經過這幾年的教學改革，我們已經拋開了笨重的實驗箱的驗證性實驗，結合現代電子技術的發展，一方面，采用電路仿真軟件平臺（Multisim）來進行電路的設計與仿真，既可以完成以往所有驗證性的實驗，也可以根據自己的喜好設計簡單電路。另一方面，采用萬能板來進行實際電路的制作。制作中采用偏重于視覺效果的電路，這樣會非常直觀，一目了然，容易使初學者產生興趣。本文以手電筒電路原理為例，利用LED燈實現多種照明電路的設計。

一、手電筒電路原理

觀察實際手電筒，可以知道手電筒電路的主要由電池組、開關和燈泡三部分組成。原理圖如圖1所示。當開關閉合時，電路形成一個閉合回路，燈泡亮；開關打開時，電路斷開，燈泡滅。

二、基于手電筒電路原理的LED照明電路

LED即發光二極管，和普通二極管一樣具有單向導電性。它是一種能將電能轉化成光能的半導體，它有很多種顏色，紅的、綠的、黃的……這因為是采用了不同的發光材料。如果作為照明使用的話，一般采用白底白光LED。而如果是作為電源指示作用的話，比如電視機，待機狀態時是紅色，開機狀態時是綠色。LED燈幾乎包攬了所有指示燈的作用。

在實際電子電路制作中，根據上述手電筒電路原理對電路進行如下改進：用直流電源代替電池組，用LED燈代替小燈泡，電路圖如圖2所示。其中LED選擇白底白光，為了迎合照明電路的特點。在很多節能燈中，都是選擇白底白光、高亮的LED來代替原來的白熾燈泡。還有根據二極管的單向導電性和導通壓降，分壓電阻R1不可少。同時在負載端并聯上若干個LED燈，如圖3所示。可以激發學生的創造力，把這些燈排列成各種形狀，比如字母、數字和一些特殊形狀，等等。實踐證明，學生的想象力還是很豐富的。有些同學還通過添加多幾個開關，實現了一部分LED燈控制和整體控制。

三、具有USB接口的LED照明電路

為了能夠讓學生在課外之余，利用上自己的小作品，把它當作一個小夜燈來使用。根據學生現有的條件，手頭上獲取直流電源的最佳辦法就是充電寶了。所以，對圖3電路進行改進，將電源接口變換成USB接口。通過查詢資料，學生了解到USB接口一共有四條線，其中兩條是電源正負極，另外兩條是數據傳輸線。這里暫時不需要數據傳輸，那么只需要接上電源的正負極兩條線就可以了。電路圖如圖4所示。

有部分同學不滿足只限于照明的作用，將白光LED燈換成了其他顏色，做成各種形狀的工藝品。通過這樣的一個簡單電路的設計和改進，學生盡情地發揮想象，實現LED燈的多樣化。另外，有些同學又提出了新的問題：充電寶比較笨重，能不能讓LED照明燈回歸到手電筒的特點：輕巧，便攜。根據市面上手電筒電路的改進思路，又提出可充電的LED手電筒。

四、可充電的LED照明電路

可充電這部分知識在電路基礎教學中還沒涉及，它需要降壓、整流等環節。通過查詢資料和對學生的指導，我們采用了輕巧便攜的電容降壓，不用變壓器降壓。整流部分采用橋式全波整流電路。電路原理圖如圖5所示。

橋式整流電路是后期課程模擬電子技術中的一個內容，學生對這個知識點的電路提前應用可以為后期的學習打下良好的基礎。

五、電路故障排查

電路設計制作完成后往往會出現不成功的現象，如果不能幫助初學者盡快排除故障，很可能就會削弱他們的積極性，所以在學習制作電路的最初，就要學會一些基本故障的排除方法。下面我們以可充電的LED照明電路為例，分析故障存在哪些可能性。在該電路中，主要有四大部分：降壓、整流、電池組和照明部分。下面我們從最后一部分倒推回來，解釋故障存在的可能性：

第一，看看照明部分是個別燈不亮還是全部不亮。如果個別燈不亮，那很簡單，可能是該燈燒毀或極性接反。如果是一部分不亮，那除了看LED是否正常和接對外，還要檢查電路中可能存在的虛焊。如果是全部都不亮，那么我們要用萬用表測一下電池組的兩端是否供電。

第二，電池組不能正常供電。萬用表測其兩端，是否有電壓，如果沒有，那么插上交流電源為它充電。注意最好不要在充電的過程中進行照明功能。充電時，可以測量一下電池組兩端是否有電壓，確保正常充電。

第三，高壓降壓電容損壞或整流電路有問題。如果充電過程中發現電池組兩端電壓不足或沒有。那么說明前面部分的電路存在問題。電壓不足，那么橋式整流部分至少有一個二極管接錯。按照原理圖排查。電壓沒有，那么可以用萬用表從輸入端開始測量看看電壓輸送到哪個位置停止的，那么故障就在那里。這里有可能會出現降壓電容被損壞的現象。

第四，漏焊、虛焊排查。檢測過程中可能出現的問題而又不被學生發現的難點，就屬漏焊和虛焊的檢查了。漏焊排查方法除了仔細對照原理圖外，要看看有沒有獨立焊點的存在。虛焊則借助萬用表蜂鳴檔，每一條線進行逐一排查。

手電筒電路作為直流電路中的一個最簡單的應用電路，這個看似簡單的電路，轉換為以LED燈為照明工具的電路。在實際電路的制作過程中收獲很多：首先，簡單的電路原理圖讓初學者學會識圖連接電路，由單個的LED到多個，從單一的直線排列到各種幾何圖形的排列，讓學生知道百變不如其中的道理。其次，根據日常對電子產品的應用，對電路進行改進，提出很多想法。這一點可以看出學生勤于思考，追求創新創意的熱情。再次，對部分學生無法成功實現電路測試的，培養學生對電路故障排查的技能，進一步掌握電路各部分的功能原理，以及各個元器件的極性和特性的理解，同時在集體學習的環境中培養學生良好的團結協作能力。最后，通過教師灌輸一些具有自控控制或數字集成電路控制功能的流水燈電路制作想法，增強學生對后期課程的學習興趣，激發對電子電路的創新意識。

【參考文獻】

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[2]蔡永強.電路與電工技術[M].北京：中國水利水電出版社，2015

[3]楊建中.談LED照明應用[J].農機使用與維修，2012（3）

【作者簡介】幸 敏（1979— ），女，江西高安人，工程碩士，廣西水利電力職業技術學院講師，研究方向：電子技術；寧愛民（1967— ），廣西水利電力職業技術學院教授，研究方向：單片機技術。

（責編 黎 原）