高英明 謝蓄芬 張云翠 鄒家寶 李萍 鄒念育

摘要：認(rèn)識實(shí)習(xí)是實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。面向光源與照明專業(yè)，設(shè)計了LED光電特性的認(rèn)識實(shí)習(xí)內(nèi)容，包括綜合使用萬用表和直流穩(wěn)壓電源測量不同光色LED伏安特性，不同光色LED導(dǎo)通特性比較。通過實(shí)習(xí)深化了學(xué)生對于LED特性的理解，提高了實(shí)踐能力，達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：光源與照明專業(yè)；認(rèn)識實(shí)習(xí)；伏安特性

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0085-02

一、相關(guān)背景

作為一門邊緣交叉學(xué)科，光源與照明專業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)體系的眾多領(lǐng)域都具有重要和特殊的作用[1]。大連工業(yè)大學(xué)1993年便開設(shè)了光源及照明工程專業(yè)。隨著LED新一代照明光源的出現(xiàn)，以國家大力發(fā)展、推廣LED照明為契機(jī)，大連工業(yè)大學(xué)在電子信息工程專業(yè)的基礎(chǔ)上，通過整合光子學(xué)研究所，電子信息工程專業(yè)，計算機(jī)工程專業(yè)成立了現(xiàn)在的光源與照明工程專業(yè)。目前，是遼寧省乃至東北地區(qū)唯一開設(shè)該專業(yè)的高校，有著良好的學(xué)科積累和行業(yè)聲譽(yù)[2]。認(rèn)識實(shí)習(xí)是實(shí)踐教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是后續(xù)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)[3]。大連工業(yè)大學(xué)光源與照明專業(yè)成立之初，認(rèn)識實(shí)習(xí)沿用了電子信息工程相關(guān)內(nèi)容，如萬用表與直流電源的認(rèn)識。以往實(shí)習(xí)內(nèi)容仍偏重于功能與原理的講解，涉及的具體操作甚少，學(xué)生大部分時間花在完成實(shí)習(xí)報告上。究其原因是缺少合適的測試對象，無法使這兩種設(shè)備結(jié)合使用。這不符合光源與照明專業(yè)的特點(diǎn)，也不符合專業(yè)轉(zhuǎn)型的要求，需要重新設(shè)計。

二、認(rèn)識實(shí)習(xí)內(nèi)容設(shè)計

認(rèn)識實(shí)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計，受到學(xué)生在實(shí)踐活動中所遇到的問題啟發(fā)。如本專業(yè)每年舉辦的“湖光魅影”[4]，需要參賽作品將不同光色LED并聯(lián)使用，簡單將它們并聯(lián)，結(jié)果某些LED不夠亮，甚至根本不亮，卻不知道原因?？梢酝ㄟ^分別為不同光色LED串聯(lián)電阻后再并聯(lián)解決該問題。說明學(xué)生對于二極管的鉗位特性及伏安特性理解不夠深入。因此，設(shè)計了LED光電特性認(rèn)識內(nèi)容，同時使學(xué)生掌握萬用表與直流穩(wěn)壓電源的使用。

（一）測試對象設(shè)計

測試對象分為三個基本單元，供電單元，LED伏安特性測試單元，不同光色LED導(dǎo)通特性比較單元。它們被制在一塊電路板上，測試對象所有LED為小功率草帽封裝，所有電阻為200Ω，電位器為100Ω。

供電單元采用線性穩(wěn)壓器7805，可在9V—12V輸入電壓情況下穩(wěn)定輸出5V電壓。認(rèn)識實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中，測試對象的輸入電壓由一臺可調(diào)直流穩(wěn)壓電源提供。

圖2中LED1、LED2和LED3分是紅、黃、綠色的LED。若跳線J1、J2和J3全部閉合，則LED1、LED2和LED3直接并聯(lián)。跳線J1、J2和J3全部斷開，則LED1、LED2和LED3分別串聯(lián)電阻后再并聯(lián)。R6在LED1、LED2和LED3直接并聯(lián)時保護(hù)它們。

調(diào)整圖3中電位器R1的旋鈕可使得LED獲得0V—5V電壓，為了保護(hù)LED，跳線J4是常開的。R1滑動端2與3重合時，LED電壓為0V，與1重合時，LED電壓最大。LED的電流可由R2的電壓除以R2的電阻得到，如式（1）所示。LED的電流亦可直接由萬用表測量得到，在電流測量模式下將兩表筆分別接在跳線J4的兩端進(jìn)行測量。

（二）操作過程

1.不同LED的比較。（1）跳線J1、J2和J3全部閉合，觀察LED1、LED2和LED3的亮度。相當(dāng)于LED1、LED2和LED3直接并聯(lián)，觀察到紅色LED明顯亮，黃色的部分亮，綠色的不亮。說明紅色LED導(dǎo)通電壓最低，綠色LED導(dǎo)通電壓最高，黃色LED導(dǎo)通電壓與紅色LED接近。因?yàn)槎O管并聯(lián)后電壓由導(dǎo)通電壓最小的二極管決定，否則會得到電路中某點(diǎn)電位不唯一的錯誤結(jié)論。（2）跳線J1、J2和J3全部斷開，觀察LED1、LED2和LED3的亮度。相當(dāng)于LED1、LED2和LED3分別串聯(lián)電阻后再并聯(lián)，觀察到紅、黃、綠LED均明顯亮。這是由于分別受到電阻R3、R4和R5的調(diào)節(jié)作用。

2.LED伏安特性測試。測試LED伏安特性的步驟如下。（1）連接穩(wěn)壓電源與測試對象，調(diào)整穩(wěn)壓電源輸出9V電壓為其供電。（2）選擇萬用表的直流電壓測量功能，量程為20V。（3）調(diào)節(jié)電位器R1的旋鈕，使LED的初始電壓為0V之后測量R2的電壓VR2。（4）調(diào)節(jié)電位器R1，LED電壓增加0.4V后測量電阻R2的電壓VR2。（5）根據(jù)式1，計算LED電流ILED。（6）返回（4），重復(fù)測量與計算過程，直至完成所有測量。

完成了紅光LED的伏安特性之后，測量黃光與綠光LED的伏安特性，把它們繪在同一坐標(biāo)系下。

三、實(shí)踐效果

本文設(shè)計的認(rèn)識實(shí)習(xí)內(nèi)容，已經(jīng)用于大連工業(yè)大學(xué)光源與照明專業(yè)2016級學(xué)生的認(rèn)識實(shí)習(xí)中，取得了預(yù)期的效果。學(xué)生反映實(shí)習(xí)過程很充實(shí)，通過LED伏安特性的測量，直觀感受到了LED發(fā)光與電壓的關(guān)系，加深了對于LED特性的理解。以大量實(shí)際操作取代原來理論講解，提高了學(xué)生的興趣，伏安特性的測量培養(yǎng)了耐心。培養(yǎng)、鍛煉了同學(xué)們之間的合作能力，伏安特性曲線的獲得需要邊調(diào)節(jié)電位器旋鈕邊測量，兩個學(xué)生合作完成效率更高。學(xué)到理論課沒有涉及的內(nèi)容，如可調(diào)直流電源、萬用表、跳線的使用等，提高了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

四、總結(jié)

大連工業(yè)大學(xué)光源與照明專業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)包括：軟件認(rèn)識、燈具認(rèn)識、設(shè)備認(rèn)識、光源光電特性認(rèn)識，本文設(shè)計LED光電特性認(rèn)識的內(nèi)容只是其中之一。經(jīng)實(shí)際使用，實(shí)習(xí)內(nèi)容達(dá)到了預(yù)期效果。通過進(jìn)行LED伏安特性的比較與測試，加深了學(xué)生對于LED光電特性的理解，同時掌握了萬用表，直流穩(wěn)壓電源的使用方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃海燕，陳亞江.應(yīng)用型新建地方本科院校光源與照明專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與改革對策[J].課程教育研究，2017，（21）：51-52.

[2]曹冠英，李萍，張云翠，房媛，曹帆，鄒念育.基于產(chǎn)學(xué)研合作的光源與照明專業(yè)人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2014，（42）：173-175.

[3]李雪娥，王黎，龔潔.環(huán)境工程專業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)的教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2016，（34）：94-95.

[4]湖光魅影—光源與照明專業(yè)第二屆光藝術(shù)作品展完美落幕[EB/OL].http：//rip.dlpu.edu.cn/html/9817532955.html.