技理相融 做評同程 學以致用
——以“調光燈電路的應用”教學為例

聶從輝

(華東石油技師學院，江蘇 揚州 225000)

1 引言

調光燈電路或常用照明電路常常會出現在電力電子技術、電工電子技術、中學物理教材所創設的情景中，家用臺燈就用到了調光燈電路。從白熾燈到節能燈再到現在的LED燈，不論使用什么光源，臺燈的調光原理基本相同，筆者制作了以白熾燈為光源的調光電路，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生在通用技術課程或物理課中學習過的，使用該裝置進行教學，可以揭開調光燈電路的“神秘面紗”，既能讓學生掌握調光燈電路的工作原理，又能激發學生動手操作的興趣和欲望，激活學生頭腦中的理論知識，進而達到學以致用的目的。

調光燈電路主要用在臺燈中，臺燈的光照范圍比較集中，便于閱讀、工作、節省能源。臺燈一般分為兩種，一種是立柱式，一種是夾置式，臺燈所用燈泡是白熾燈、節能燈泡等。隨著生活品質的提升以及需求的不同，市面上還出現了護眼臺燈、自帶備用電源的應急臺燈等。由生活話題引入學習的課題：調光燈電路是如何工作的？你知道燈光的亮度是怎樣調節的嗎？讓我們動手做一個調光臺燈吧。

2 技理相融，介紹調光燈電路原理

先讓學生領取完成這項工作所需的工具、儀器儀表、元器件和材料，學習查閱元器件手冊的方法。學習正確識別、篩選、檢測元器件的方法，為調光原理的分析奠定基礎。制作“調光燈電路”所需元器件的型號、參數、數量等如表1。

表1

圖1為調光燈電路，也是晶閘管觸發電路的典型應用，整個電路由4個部分組成：整流電路、穩壓電路、觸發電路和主電路。可以對每部分電路的工作原理進行介紹，學生探討、分析整個電路的工作原理。

圖1

2.1 整流電路

學生學過二極管的工作原理，調光燈采用的是橋式整流電路。整流電路如圖2所示，當電壓U0為正時，二極管V1和V3承受正向電壓而導通，V2和V4承受反向電壓而截止，形成上正下負的直流電。當電壓U0為負時，二極管V2和V4承受正向電壓而導通，V1和V3承受反向電壓而截止，形成上正下負的直流電，波形圖如圖3所示。

圖2

圖3

2.2 穩壓電路

在一個電路中我們總是希望電路的電壓是穩定的，穩壓電路如圖4所示，穩壓管是工作在反向擊穿區，電路中電流在很大范圍內變化時，穩壓管兩端的電壓卻基本穩定在擊穿區附近，從而實現穩壓功能。

圖4

2.3 觸發電路

如圖5所示，觸發電路是整個電路最重要環節，[3]穩恒電壓U2加在單結晶體管觸發電路上，U2經R4和RP對電容C充電，當U3電壓上升到大于單結晶體管V7的峰點電壓時e-b1導通，電容C通過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極，使處于承受正向電壓的晶體管導通。電容C放電后，U3下降，下降到低于谷點電壓時，單結晶體管截止。

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極上第一個觸發脈沖的時刻，也就改變了可控整流輸出電壓的高低，實現可控整流。

2.4 主電路

如圖6所示，燈泡和晶閘管串聯組成了主電路，當晶閘管導通時燈泡就會亮。當晶閘管兩端的電壓增加時，燈泡兩端的電壓就低，燈泡就暗，反之燈泡就亮，而調節晶閘管的導通角就可以改變燈泡兩端的電壓，起到調光的作用。

圖6

3 做評同程，抓好電路安裝與調試關鍵環節

3.1 電路的安裝

認識元器件及工作原理后，先由老師對部分元器件的安裝進行示范，講解操作步驟及要注意的問題，如元件焊接的順序、焊點的要求、導線的焊接等。學生分組根據電路圖和提供的元件、工具進行安裝，老師做巡回指導。

3.2 電路的調試

要讓學生養成良好的習慣，電路焊接完畢必須檢查，確定無誤后再接通電源進行調試、檢查。具體檢查步驟如下：(1) 調節好示波器；(2) 用示波器檢查輸入電壓是否正常；(3) 調試觸發電路。觀察輸出端、穩壓管兩端、電容器兩端、R3兩端、晶閘管陽極和陰極兩端的電壓和波形，調光燈電路板如圖7所示。

圖7

學生安裝好電路后，由老師引導學生進行通電試驗，在老師指導下，各小組集中對本小組成員制作的作品質量及表現情況作出評價，將評價結果分別填入表2、表3中， 最后由老師填寫專業技能評價表(表4)。

表2

表3 小組成員互評

表4 專業技能考核

續 表考核內容考核要求評分標準分值自我評價小組互評教師評價專業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. 實際排除故障中思路不清晰,每個故障點扣3分。2. 每少查出一個故障點扣5分。3. 每少排除一個故障點扣3分。4. 排除故障方法不正確,每處扣5分。30備注合計100指導教師簽字

4 學以致用，在故障分析和排除中鍛煉能力

完成安裝以后對電路進行通電試驗，在通電過程中不可避免會出現一些問題，而出現故障并不可怕，弄懂故障的原因并且排除故障，也是一種收獲、進步。對于學生不能夠獨立排除的故障，教師應該把故障現象、產生的原因、故障點詳細地告知學生，并協助學生改正，直到安裝正確。在通電試驗時主要出現的問題如下：(1) 用手輕輕一拽就會把元件的腳給拽下來；(2) 電路板敲敲燈泡就亮，一會兒又不亮；(3) 整流電路中的一只二極管燒壞；(4) 穩壓管V8發燙、冒煙；(5) 燈光亮度不可調節；(6) 燈光亮度調節的范圍較小；(7) 燈泡不亮；(8) 電阻焊錯，電阻的阻值和原理圖不同。

每一種故障出現的原因不相同，所以在分析的時候要詳細。比如“燈泡不亮”，這個原因就有很多種，如沒有接通電源、燈泡損壞、電路存在斷路、元件損壞、元件焊接錯誤等，對于上述故障一般采用示波器查波形的方法來找到故障點。“調光燈電路”可用于物理電路部分的教學，也可以結合電工電子技術的教學，讓學生親自安裝，通過該裝置的安裝與調試，讓學生能完整體驗實際問題的解決過程，學會故障分析，并能根據故障現象找出故障點，加深對理論知識的理解，同時提升學生的物理建模和抽象思維能力、電子電路的設計應用能力、實踐創新能力。