LED灯在电路基础实践教学中的应用

幸敏　宁爱民

【摘 要】本文论述LED灯在电路基础实践教学中的应用，参照手电筒原理，利用LED灯在电路基础实践教学中进行一些小制作。从简单的LED照明电路到形状的变化，到颜色的变换，再到采用USB接口获取电源的方法，又到可以充电的LED照明灯，每一次的微小变化都可以激发学生的想象力和创新能力，同时也使学生具备电路制作的基本技能，为后期的学习和动手及打下良好的基础。

【关键词】LED照明电路 电路基础 实践教学 桥式整流 故障排查

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）07C-0189-02

电路分析基础课程是高校电子类专业的基础课。该课程的实践教学环节也是培养学生对电子电路制作产生兴趣的关键环节。传统电路实验的内容呆板、不生动，无法满足高校培养创新应用型人才的要求。

经过这几年的教学改革，我们已经抛开了笨重的实验箱的验证性实验，结合现代电子技术的发展，一方面，采用电路仿真软件平台（Multisim）来进行电路的设计与仿真，既可以完成以往所有验证性的实验，也可以根据自己的喜好设计简单电路。另一方面，采用万能板来进行实际电路的制作。制作中采用偏重于视觉效果的电路，这样会非常直观，一目了然，容易使初学者产生兴趣。本文以手电筒电路原理为例，利用LED灯实现多种照明电路的设计。

一、手电筒电路原理

观察实际手电筒，可以知道手电筒电路的主要由电池组、开关和灯泡三部分组成。原理图如图1所示。当开关闭合时，电路形成一个闭合回路，灯泡亮；开关打开时，电路断开，灯泡灭。

二、基于手电筒电路原理的LED照明电路

LED即发光二极管，和普通二极管一样具有单向导电性。它是一种能将电能转化成光能的半导体，它有很多种颜色，红的、绿的、黄的……这因为是采用了不同的发光材料。如果作为照明使用的话，一般采用白底白光LED。而如果是作为电源指示作用的话，比如电视机，待机状态时是红色，开机状态时是绿色。LED灯几乎包揽了所有指示燈的作用。

在实际电子电路制作中，根据上述手电筒电路原理对电路进行如下改进：用直流电源代替电池组，用LED灯代替小灯泡，电路图如图2所示。其中LED选择白底白光，为了迎合照明电路的特点。在很多节能灯中，都是选择白底白光、高亮的LED来代替原来的白炽灯泡。还有根据二极管的单向导电性和导通压降，分压电阻R1不可少。同时在负载端并联上若干个LED灯，如图3所示。可以激发学生的创造力，把这些灯排列成各种形状，比如字母、数字和一些特殊形状，等等。实践证明，学生的想象力还是很丰富的。有些同学还通过添加多几个开关，实现了一部分LED灯控制和整体控制。

三、具有USB接口的LED照明电路

为了能够让学生在课外之余，利用上自己的小作品，把它当作一个小夜灯来使用。根据学生现有的条件，手头上获取直流电源的最佳办法就是充电宝了。所以，对图3电路进行改进，将电源接口变换成USB接口。通过查询资料，学生了解到USB接口一共有四条线，其中两条是电源正负极，另外两条是数据传输线。这里暂时不需要数据传输，那么只需要接上电源的正负极两条线就可以了。电路图如图4所示。

有部分同学不满足只限于照明的作用，将白光LED灯换成了其他颜色，做成各种形状的工艺品。通过这样的一个简单电路的设计和改进，学生尽情地发挥想象，实现LED灯的多样化。另外，有些同学又提出了新的问题：充电宝比较笨重，能不能让LED照明灯回归到手电筒的特点：轻巧，便携。根据市面上手电筒电路的改进思路，又提出可充电的LED手电筒。

四、可充电的LED照明电路

可充电这部分知识在电路基础教学中还没涉及，它需要降压、整流等环节。通过查询资料和对学生的指导，我们采用了轻巧便携的电容降压，不用变压器降压。整流部分采用桥式全波整流电路。电路原理图如图5所示。

桥式整流电路是后期课程模拟电子技术中的一个内容，学生对这个知识点的电路提前应用可以为后期的学习打下良好的基础。

五、电路故障排查

电路设计制作完成后往往会出现不成功的现象，如果不能帮助初学者尽快排除故障，很可能就会削弱他们的积极性，所以在学习制作电路的最初，就要学会一些基本故障的排除方法。下面我们以可充电的LED照明电路为例，分析故障存在哪些可能性。在该电路中，主要有四大部分：降压、整流、电池组和照明部分。下面我们从最后一部分倒推回来，解释故障存在的可能性：

第一，看看照明部分是个别灯不亮还是全部不亮。如果个别灯不亮，那很简单，可能是该灯烧毁或极性接反。如果是一部分不亮，那除了看LED是否正常和接对外，还要检查电路中可能存在的虚焊。如果是全部都不亮，那么我们要用万用表测一下电池组的两端是否供电。

第二，电池组不能正常供电。万用表测其两端，是否有电压，如果没有，那么插上交流电源为它充电。注意最好不要在充电的过程中进行照明功能。充电时，可以测量一下电池组两端是否有电压，确保正常充电。

第三，高压降压电容损坏或整流电路有问题。如果充电过程中发现电池组两端电压不足或没有。那么说明前面部分的电路存在问题。电压不足，那么桥式整流部分至少有一个二极管接错。按照原理图排查。电压没有，那么可以用万用表从输入端开始测量看看电压输送到哪个位置停止的，那么故障就在那里。这里有可能会出现降压电容被损坏的现象。

第四，漏焊、虚焊排查。检测过程中可能出现的问题而又不被学生发现的难点，就属漏焊和虚焊的检查了。漏焊排查方法除了仔细对照原理图外，要看看有没有独立焊点的存在。虚焊则借助万用表蜂鸣档，每一条线进行逐一排查。

手电筒电路作为直流电路中的一个最简单的应用电路，这个看似简单的电路，转换为以LED灯为照明工具的电路。在实际电路的制作过程中收获很多：首先，简单的电路原理图让初学者学会识图连接电路，由单个的LED到多个，从单一的直线排列到各种几何图形的排列，让学生知道百变不如其中的道理。其次，根据日常对电子产品的应用，对电路进行改进，提出很多想法。这一点可以看出学生勤于思考，追求创新创意的热情。再次，对部分学生无法成功实现电路测试的，培养学生对电路故障排查的技能，进一步掌握电路各部分的功能原理，以及各个元器件的极性和特性的理解，同时在集体学习的环境中培养学生良好的团结协作能力。最后，通过教师灌输一些具有自控控制或数字集成电路控制功能的流水灯电路制作想法，增强学生对后期课程的学习兴趣，激发对电子电路的创新意识。

【参考文献】

[1]曾飞.电子技术实验课程教学模式改革[J].南昌教育学院学报，2011（3）

[2]蔡永强.电路与电工技术[M].北京：中国水利水电出版社，2015

[3]杨建中.谈LED照明应用[J].农机使用与维修，2012（3）

【作者简介】幸 敏（1979— ），女，江西高安人，工程硕士，广西水利电力职业技术学院讲师，研究方向：电子技术；宁爱民（1967— ），广西水利电力职业技术学院教授，研究方向：单片机技术。

（责编 黎 原）