摘要系統(tǒng)介紹了光化學演示器光源的工作原理、保養(yǎng)注意事項，列出了常見

的故障現(xiàn)象及進行檢測和維修的方法。

關鍵詞 光化學演示器電路；原理；保養(yǎng)事項；故障現(xiàn)象；檢測；修理方法

中圖分類號：O644.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2007）09－0062-04

1 概述

光化學演示器是一種集電、光及光化學反應于一體的成套儀器，可用于中學光化學反應演示和學生分組實驗的教學，也用可于高等師范院校化學中教法實驗與科研，掌握其原理、保養(yǎng)及故障排除的方法很有必要。為便于有關院校實驗室及實驗教學人員管理和維護此類儀器，筆者根據(jù)浙江省杭州市三墩教學儀器廠生產的J2629型光化學演示器實物繪制出了其光源部分的電路圖（圖1）和印刷電路圖（圖2），并就其原理、保養(yǎng)及維修分述如下，供參考。

2 原理

從圖1可以看出該光源為最簡單的電子閃光燈，主要由振蕩升壓、整流充電、電壓指示、脈沖觸發(fā)四部分構成，其中：VT:2SC2500，VD:1N4007，R₁:3.3K，R₂:1M，R₃:2M，C₁:0.01μF，C₂:150μF /330V，C₃:47n/620V，T₁:升壓振蕩變壓器，T₂:觸發(fā)線圈，NL:氖泡（NHO-230），Xe:閃光燈管，K₁:電源開關，K₂:閃光觸發(fā)開關。

2.1 電源

該光源采用外接3 V干電池（或學生直流電源）做工作電源，由紅、黑色接線柱分別接電源的正負極，通過鈕子開關（控制正極）接入電路。

2.2 振蕩升壓電路

振蕩升壓電路由三極管VT、電阻R₁、電容C₁和振蕩變壓器T₁組成。它的作用是將電池組輸出的直流低電壓變換成交流高電壓。接通電源開關K₁后，電源通過3.3 K的電阻為三極管VT注入一基極電流，于是便產生了相應的集電極電流，這個電流通過變壓器的初級線圈L₁1-2便產生自感應電動勢，“2”端為負，“1”端為正。通過變壓器偶合在反饋線圈L₂3-4中，產生感應電動勢，其方向是“4”端為正，“3”端為負。此反饋電壓疊加在偏置電壓上，使三極管的基極、發(fā)射極上偏壓增大，從而使基極電流增大，集電極電流便增大，這樣使三極管迅速飽和，管壓降趨近于零（Uce≈0）。通過變壓器耦合，在次級線圈上產生一個高電壓。同時，通過變壓器耦合，使反饋線圈上的感應電動勢方向相反，即該線圈的“4”端為負。于是三極管基極電流便減小，集電極電流隨之減小，從而使原來變壓器次級線圈的高壓降低。這樣互相影響的結果，導致集電極電流je迅速截止，三極管突然關斷。這樣三極管又恢復到初始狀態(tài)，基極電流便又重新產生，因而又產生集電極電流，使三極管再度導通。這樣反復的結果，使變壓器的次級L₃便產生一個300 V以上的高頻正弦波的交流高壓，由于振蕩頻率處于音頻范圍（10 kHz），所以電路起振后可聽到由變壓器發(fā)出的微弱的“吱吱”叫聲。

三極管2SC2500為閃光燈專用管，體積小而功率高，Uces小、起振快，集電極工作電流大，又能承受高值脈沖電流沖擊，管腳排列見圖3。振蕩變壓器T1采用高導磁率的微型磁芯，繞組引線排列見圖4。

2.3 整流充電電路

整流充電電路由二極管VD和電容C₂組成。變壓器的次級L₃上的交流高壓經(jīng)半波整流后成為脈動直流，對主電容C₂充電。充電電壓按一定的時間指數(shù)上升，由低電壓漸漸上升至300 V以上的直流高壓。

二極管1N4007是快速恢復型高頻整流管，峰值反壓在千伏以上。主電容C₂是一個給閃光燈管提供能源的儲能元件，是體積小而容量大、耐高壓的電解電容器。

2.4 充電指示電路

充電指示電路包括氖燈和限流電阻R₂。主電容C₂的充電電壓達到氖燈NL起輝電壓時，NL導通起輝。根據(jù)電路設計，在主電路達到額定電壓的70%后，氖泡起輝。主電容的工作電壓為300-330 V，氖燈的起輝電壓應達到220-270 V。

2.5 脈沖觸發(fā)電路

脈沖觸發(fā)電路由觸發(fā)電容C₃、分壓電阻R₃、觸發(fā)線圈T₂以及觸發(fā)開關K₂和閃光管Xe組成。在整流管VD對C2充電的同時，也經(jīng)分壓電阻R3向C3充電至150 V以上，當化學反應需要光照射時，按下按鈕開關，K₂接通，C₃通過K₂和T₂的初級迅速放電，形成短促的脈沖，則在T₂的次級感應出6000 V以上的高壓，觸發(fā)閃光管，使閃光管內的氙氣電離、導通，C₂中所儲存的能量迅速通過閃光管，形成大電流使氣體放電，發(fā)出耀眼的白光。閃光時，在開關的觸點上產生火花，燈管發(fā)出“噗”聲均屬正?，F(xiàn)象。

觸發(fā)電容C₃耐壓應達400V，觸發(fā)線圈T₂也采用高導磁率的微型磁芯，繞組引線排列見圖5。

3光源使用注意事項

使用光源時應注意：光化學演示器擱置一段時間后重新使用，需空閃幾次，使光源內的電器元件功能得以恢復；光源用畢，若殘留剩電（充電指示氖燈仍亮時）可直接卸下外接電源擦凈后存放，不必閃光放電，這樣對保養(yǎng)有利；由于教學內容及進度的關系，該光化學演示器使用不頻繁而間歇待用周期長，為延長使用壽命，應勤充電。即使在不使用期間，最好每一個月左右充電一次；精心保管，防潮、防摔、防腐，使用時注意防止水及酸、堿等溶液的滲入引起短路和腐蝕，用后一定要擦拭干凈、晾干；接電源時要注意正、負極，用過后一定要關閉開關，斷開電源；除進行教學所需的光化學反應演示及學生分組實驗外，應避免在有易燃、易爆氣體產生的場所使用。

4光化學演示器的故障與排除

修理光化學演示器，與檢修其他電子產品一樣，要有明確的檢修思路，并按若干基本原則與順序去檢查，這樣才能迅速、準確地排除故障。

在修理光源時，首先利用光源固有的聲、光、電現(xiàn)象，作細致的分析。振蕩電路正常工作時有“吱吱”叫聲，閃光瞬間有“噗”聲。氖泡和氙燈均屬發(fā)光器件，易從外部判斷故障。此外，機殼上的開關，閃光按鈕，電源正、負極接線柱的接點，電源連接線等外部明顯故障都可為分析、判斷提供方便。

在動手檢修電氣部分時，首先查電源，包括電池本身的故障及電池盒、連接導線，還有演示器的電源接線柱有無松動、接點有無氧化和化學腐蝕，這些問題雖然簡單，但容易忽視。

維修時應首先熟悉前述的原理、電路，運用電路參數(shù)和萬用表，結合故障表現(xiàn)，把故障范圍壓縮到最小。沒有找到故障原因，不要輕易更換元、器件；未弄清故障情況，切忌盲目動手，以免擴大故障，造成不必要的損失。底座打開前先切斷電源，打開后切記無論之前是否充、放電或是否閃光，首先用一個功率大于5 W的1 K的電阻對主電容C₂正、負極間充分放電，因為主電容帶高壓，稍不注意就會造成其他元件損壞或萬用表的損壞，從而使故障擴大，加大維修難度，同時也可能對人體產生電擊。雖該電擊無關生命，但人在突然遭受電擊時，出于防護本能會快速抬手，這又可能將儀器摔到地上造成不必要的損失和新的故障。也不要用導線對主電容直接短路放電，這樣既不安全又可能使電容器內部短路損壞。

盡管該儀器的元、器件不多，但故障可能各種各樣，處理的順序應是先易后難，先查明顯，后查隱蔽的故障。把那些因處在化學實驗室特定環(huán)境及化學實驗而易被腐蝕、氧化所引起的斷線、開路、短路、接觸不良、線路板不潔等情形以及虛焊等常見問題先排除掉，然后看一下電路板上有無明顯的打火和燒焦的痕跡，如有，則應用無水乙醇進行針對性處理，最后集中處理幾項疑難的、隱蔽的故障。

4.1 故障現(xiàn)象：閃光燈不充電

故障分析和修理 在閃光燈正常的情況下，接通電源及開關，應能聽到“吱吱”的高頻振蕩聲。這時如果把指針式萬用表（撥到最大電流擋）串到電路中，萬用表首先顯示2 A左右，隨后逐漸減少到100 mA，這時指示氖燈應點亮，若用萬用表直流電壓擋測主電容器，其兩端應有310-330 V的電壓。若沒有這些現(xiàn)象，可判斷為閃光燈不充電，如果直流變換器無充電的振蕩“咝咝”聲，應檢查閃光燈的工作電流，（萬用表串到電路中）有幾種情況：

（1）電源輸出電流為零，應檢查開關K1是否良好，外接電源是否正常。

（2）電流指示為2 A，且不衰減，這時應立即切斷電源開關進行檢查。如果發(fā)現(xiàn)三極管的殼體發(fā)熱，則應將它焊下，用萬用表R×1 K擋進行檢查。把黑表筆（相當于正電壓）接到三極管基極b，紅表筆（相當于負電壓）接到集電極c或發(fā)射極e，這時be、bc兩個PN結的正向電阻為幾百或幾千歐。然后把紅表筆接基極b，黑表筆接集電極c或發(fā)射極e，這時be、bc兩個PN結的反向電阻為幾十或幾百千歐，這說明三極管是好的。反之，如果其中有2個極無阻值，說明三極管已燒毀；如果其中有2個極不通，說明三極管內部斷路，均需調換新的三極管。若三極管完好，可能偏置電阻R1短路，應用萬用表測量其阻值，如果已損壞，可選同參數(shù)的好電阻換上。一般該電阻損壞的情況非常少，三極管2SC2500若一時找不到，用2SC2270或2SD965都可代替，管腳相同。

（3）輸出電流小于10 mA，應檢查R1、C1、T1有無內部斷路或焊接不良的現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)元件失效應調換新的元件，如屬焊接不良應重新焊好。

（4）如果主電容器兩端無電壓，而三極管和線路都完好，那么說明變壓器T1內部斷路已損壞或引線開焊。

（5）如果輸出電流在100mA-1A之間且不衰減，有非常微弱的“吱吱”聲，主電容器兩端有低于100 V的電壓，則說明變壓器T1 次級內部短路，這種情況下氖燈不亮。

檢查變壓器是否損壞，可焊下變壓器，用萬用表測量各腳之間的阻值（參見圖4）。變壓器T1各腳之間的正常阻值見表1。遇到4與5間斷路時，可借助放大鏡仔細觀察公共端4腳處有無次級線圈在接頭處斷開的情況，若有則可輕輕刮開固定膠，并用萬用表確認次級線圈阻值正常時，可將其接通焊好后繼續(xù)使用，否則阻值不正常的都必須更換。有種情況需要指出：有時變壓器各腳間阻值正常，但仍不起振，這是因為變壓器線圈內部有輕微擊穿現(xiàn)象，必須更換新的變壓器。

4.2 故障現(xiàn)象：有充電的“咝咝”聲，但氖泡指示燈不亮

故障分析和修理 有充電的“咝咝”聲，說明VT工作正常，振蕩升壓電路完好。這種故障有3種情況：

（1）用萬用表測量電源輸出電流大于1 A，主 電容器兩端有100-200 V的電壓充不上去，并伴有BG1很快發(fā)熱，應立即切斷電源。有可能是電容器C₂漏電。這時如斷開C₂再接通電源，氖泡啟亮，說明C₂擊穿，用萬用表（歐姆擋）的黑表筆接到電容的正極，紅表筆接到電容的負極，這時若萬用表指針向低阻值偏轉，然后指針慢慢返回到無窮大，則表明此電容是好的；若萬用表指針偏轉向低阻值后返回不到無窮大，則表明此電容已漏電；若指針不動或擺動很小，則說明電容失效，需選相同參數(shù)的電解電容換上。這里提及一種特殊情況：一接通電源，氖燈就亮，關閉電源開關，氖燈就滅，卻不能閃光，往往是主電容C₂開路或其中電解液干涸，電容失效造成的。

（2）二極管擊穿短路，使整流電路失效。可將二極管VD拆下，用萬用表R×1K擋測量。正常的二極管正向電阻為幾百歐，反向電阻為幾百千歐，若管子擊穿，則正、反向電阻均為零；如果正、反向電阻無窮大，則斷路。

（3）電阻R2斷路或氖泡漏氣失效、假焊，這時仍可閃光，可調換同阻值的電阻或氖泡及處理假焊。

4.3 故障現(xiàn)象：有充電的“咝咝”聲，氖泡指示燈可亮，但不能閃光

故障分析和修理有充電的“咝咝”聲，幾十秒鐘后氖泡指示燈點亮，說明直流變換部分、儲能部分、指示部分工作都正常，只是觸發(fā)閃光部分有故障需要排除。首先應用萬用表檢查閃光按鈕開關K₂按下時是否導通和接觸良好，如接觸不良，則應處理其觸點或更換按鈕開關，可用導線直接短路電路板連接按鈕開關的兩點，如不閃光，接觸點也無火花，則可能是電容C₃擊穿短路或斷路，應更換同參數(shù)的電容器；如以導線直接短路電路板連接按鈕開關的兩端，不閃光但在接觸處有火花，這說明：

（1）參見圖5，有可能觸發(fā)線圈T2損壞，觸發(fā)線圈T2各腳間正常阻值見表2。T₂次級線圈短路和斷路的情況較多，斷路時無高壓，短路時高壓不足，均不能使閃光管內的氙氣電離、導通而閃光，應更換新的觸發(fā)線圈。

（2）C₃性能下降，容量不足會導致有時閃有時不閃的情形發(fā)生。

（3）閃光燈管Xe性能不良，發(fā)生慢性漏氣使觸發(fā)電壓增高，也會有時閃時不閃的情形發(fā)生，一般調換閃光燈管后即可閃光。如手頭一時沒有閃光燈管可換，可采取下面的應急辦法：①適當增大C3的電容量；②從多股銅導線中抽出一根細銅絲，繞在氙燈管外的引發(fā)極邊上，使引發(fā)極增寬約1-2 mm，并與引發(fā)極焊在一起，以增加引發(fā)面積。