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实验题目：一节5号电池能点亮多少颗串联LED？

课程简要信息

课程名称：专业认识实习

课程学时：22学时

项目学时：课内4学时，课外4学时

适用专业：电子类

学生年级：大一第二学期期末

实验内容与任务（限500字，可与“实验过程及要求”合并）

（1）实验内容

用一节5号电池点亮尽量多的串联LED

（2）基本实验任务

要求用一节5号电池做电源，通过自己设计的升压电路点亮24颗串联LED阵列，如图所示，阵列由红、绿、蓝色多串LED构成，每一串有8颗，相互之间为串联。

（3）拓展实验任务

1）能点亮更多的LED；

2）能实现LED亮度可调；

3）DC-DC电路要求用一个变压器、一个三极管、一个电阻组成。

注：（1）LED最低工作电压：红色LED：1.6V；绿色LED：1.7V；蓝色LED：2.7V。

实验过程及要求（限300字）

(1) 前导任务布置与实现

1)了解LED的导通和发光原理，了解三极管的基本知识，学会使用；

2)了解磁芯的用途、种类以及变压器绕制方法；

3)查阅“焦耳小偷”的相关资料，给出点亮LED电路的解决方案。

(2) 课堂任务实施与解决

1)小组讨论交流各自方案可行性，针对预习中遇到的问题讨论交流，课上老师协助解决问题;

2)教师根据学生的方案提供元器件；

3)绕制变压器，并用洞洞板搭建电路，完成24颗LED显示功能。

(3)课后任务拓展与提升

1)在课上实验的基础上，继续完善电路的性能，看看最多可点亮多少颗LED;

2)在LED点亮的基础上.能实现LED亮度可调;

3)有兴趣有余力的学生可以自己打PCB板，焊接;

4）撰写设计总结报告，并通过分组演讲，学习交流设计体会。

实验环境条件

项目实施需要实验资源，包括：

万用表、示波器，洞洞板、环形磁芯、漆包线、电阻，电池和LED等。

教学目标与目的（限150字）

“新工科”要求以能够培养出解决“跨界”的“复杂工程问题”工程型人才为目标。而在教学实践中普遍存在的一个误区：即提高“解决复杂工程问题能力”仅通过增加实验课、课程设计复杂度实现，用技术难度来解决“复杂工程问题”。这样会使学生“知难而退”，不利于激发学生专业学习的兴趣。本实验则使用最少的元件（3个），最简单电路实现了同学们认为“难以解决”的问题！从而提高学生“解决复杂工程问题”的能力和专业学习的兴趣。

1)知识目标:熟悉变压器的原理，学会用漆包线绕制变压器；了解发光二极管的特性，特别是不同颜色LED具有不同导通电压；学会使用三极管。

2)能力目标:通过这个项目的设计和制作，培养学生对新知识的自学能力，进一步了解本学期电路的相关知识点和下学期开设的模电相关内容；引导学生对项目设计流程和实现方法进行体验，从实施过程中提升学生的创新实践能力。

教学设计与实施进程

本实验的过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实现调试、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

(1) 课前预习环节设计

查阅资料，了解不同颜色的发光LED的最低导通电压和工作电流；熟悉高频变压器的原理，了解漆包线绕制变压器的方法，了解铁氧体磁芯的种类、功能和磁芯饱和的原因，参考焦耳小偷电路提出一种解决方案;

(2)课堂教学环节设计

1)讲解三极管的基本知识及使用方法，讲解焦耳小偷电路每个元件的作用和工作过程；

2)小组讨论交流各自方案可行性，针对预习中遇到的问题讨论交流(例如漆包线的粗细问题、铁氧体磁芯的选择问题，LED显示问题等)，课上教师协助学生解决问题;

3)用洞洞板套件焊接搭建电路，完成基本的功能;尽可能布局布线合理美观，运行稳定可靠;

(3) 布置课后任务

1)在课上实验的基础上，继续完善和提高电路的功能和性能(例如点亮更多的LED、实现LED亮度可调、选用导通电压更高的LED等) ;

2)给自己的作品设计一个工作情境或故事情境，能够生动展现作品的电路功能，可视频可论文、形式不限，题材不限;

3)总结在完成制作过程中遇到的问题及解决办法，期间最大的收获是什么。

（4）注意：在设计中，要注意学生设计的规范性：如磁芯大小和漆包线粗细的选择，三极管种类的选取等；在调试中，要注意元件（三极管、磁芯等）品质对指标的影响，电路工作的稳定性与可靠性。

实验原理及方案

（1）电路结构

如图所示，电路是由磁环上绕的两组线圈，电阻，三极管组成的振荡电路，其使三极管工作在持续导通和关断状态。电阻提供三极管基极偏置电流。LED阵列接在三极管的C、E脚之间，当三极管从导通状态关断时，磁环上的绕组会维持电流不变，从而产生高于电源电压1.5V的过冲电压，超过发光二极管LED的工作电压，使发光管LED发光。

（2）基本原理

上电之后，电流从三极管基极流入，使三极管轻微导通，使得集电极产生电流，集电极端的线圈产生磁通量，磁通量经过基极的线圈，使基极的线圈产生电动势，并正向加在基极上，从而基极的电流增大，使三极管更加导通，这个正反馈将会继续，直到三极管饱和。

三极管处在饱和状态时，基极电流的变化无法引起集电极电流的变化，由于集电极电流不再变化，所以基极的线圈电动势不再加大，基极上的电流开始减小，于是集电极的线圈上的电流随之开始减小，两边的线圈上都产生了一个与原来方向相反的电动势，三极管很快截止。这时在集电极线圈上存储的能量只能传到LED上。

集电极的线圈感应出的电压可以是电源电压的10倍到100倍甚至更多。一个个大电压的脉冲使得LED导通并闪烁，而由于视觉残留效应，最终LED看起来是常亮的。

（3）主要元器件

单面洞洞板，晶体三极管（2N3904、BC547B、2N2222、C9013等），美磁铁氧体磁环，22号漆包线1米，30号漆包线10米，2K电位器，AA电池，红、绿、蓝色LED。

实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

实验需求分析
实现方案论证
电路原理图与参数选择
电路测试方法
实验收获体会

考核要求与方法（限300字）

实物验收：功能与性能指标的完成程度（如LED点亮的个数、亮度），完成时间。
实验质量：电路方案的合理性，焊接质量、组装工艺。
自主创新：功能构思、电路设计的创新性，自主思考与独立实践能力。
实验成本：是否充分利用实验室已有条件，材料与元器件选择合理性，成本核算与损耗。
实验报告：上交电路原理图、实际电路、视频文件。

项目特色或创新（可空缺，限150字）

项目的特色在于：项目背景的工程性和趣味性，知识应用的综合性，实现性能的挑战性。

虽然许多电子爱好者都做过焦耳小偷电路，网上的资料和视频非常多，但他们的设计普遍为点亮一个或几个LED灯，本实验要求学生在点亮24颗的基础上点亮尽可能多的LED，并且对大一学生来讲三极管、LED等半导体器件也是第一次用到，具有一定的挑战性。但由于焦耳小偷电路结构简单，在讲完电路课程之后，基本原理对电子信息类专业的学生来讲也能掌握，所以开设几年来，参加本实验的学生们都把这个实验当做一项技术挑战赛，不断实现突破，从一开始点亮24颗到120颗，405颗，最高点亮到了666颗！极大提高了学生的专业学习热情和对专业知识的探索。

附件1：部分作品