黃海波
【摘 要】汽車電路的教學,一直都是汽車電氣設備教學中的難點,電流在電路中的以光速流動、元件的導通、截止(斷開)等,老師難以描述、學生更是難以想象,特別是在講解相對復雜的電路時,更是很難把電路原理講清楚,課堂中講解電氣電路特別是電子電路時,教與學都有相當?shù)碾y度。采用逆推法講解晶體管點火電路,并用特定助記符來描述電路的工作過程,教師便于教學、學生便于學習和理解、記憶,可以收到事半功倍的教學效果。
【關鍵詞】汽車電路;電路分析;教學方法
電路的教學,從來都是教師教學、學生學習的難點。其難處就在于電路工作過程抽象教師難以描述,電路中的電流不可見學生難以想象,能量轉換及傳遞過程難以可視化,致使學習電路比學習機械類知識的難度大,老師不容易教,學生也不容易學,造成學習效果差。汽車電器是汽車的重要組成部分,且汽車電子化程度越來越高,學會電路分析就顯得越來越重要。圖1和圖2所示的電路是汽車電子電路中的典型電路,教學生學會分析電路的方法,對今后類似電路的教學起事半功倍的作用。
圖1是汽車點火電路。汽油發(fā)動機是點燃式發(fā)動機,必須依靠點火系統(tǒng)來點燃發(fā)動機中的可燃混合氣,它是汽油發(fā)動機能否正常的重要保證。點火系統(tǒng)的作用是將汽車電源供給的低壓電轉變?yōu)楦邏弘?,并按照發(fā)動機的做功順序與點火時間的要求適時、準確地配送給各缸的火花塞,在火花塞間隙處產(chǎn)生點火花,點燃氣缸內(nèi)的可燃混合氣。圖2是汽車發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)器電路,發(fā)電機的電壓會隨發(fā)動機的轉速變化而變化,通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的大小,可以調(diào)節(jié)磁場的強度,從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓,把發(fā)電機的電壓控制在某一數(shù)值上。兩個電路的原理雖然簡單,但由于學生對電路、特別是電子元件組成的電路的恐懼,不知從何看起、從哪學起,造成學習困難,成為教學的難點。汽車電路中,有很多利用三極管的開關特性做成的電路,講通了這樣電路,其它類似的電路也就容易講解、容易學習了。怎么才能突破難點,讓教與學變得容易呢?本人在教學中采取合適的方法,讓此類電路不再為難學生,讓教與學變得容易。
1 采用仿真實驗,演示三極管的開關特性
用仿真實驗演示三極管的開關特性。在圖3所示的電路中,三極管的c、e電極間接正向電壓,即c接正極e接負極(如圖2所示),b不接正向電壓,三極管不導通,燈不亮,相當于開關打開;當c、e間接正向電壓,b接正電壓(高電位),三極管c、e間的電路才會導通,此時流進b極的電流比較小,流過b、e間的電流比較大(小電流控制大電流),三極管導通,相當于開關閉合,燈亮。然而就是這樣簡單的特性,學生很難想像和理解。三極管具有這樣的電路特性,是由三極管內(nèi)部結構決定的,對于中職學生來講,不容易跟他們講透徹,但可以用實驗的方法讓他們明白三極管的原理。
實驗方法有兩種,一是用實體的元件來演示給學生看,這樣的實驗雖然具有較強的說服力,但不利于學生今后自主學習,因為用實體元件來驗證電路原理,需要很多的實驗器材來配合,不能方便地實現(xiàn)。方法二是用仿真實驗來證明給學生看,仿真軟件EWB可以很方便地實現(xiàn)這樣的實驗。在仿真平臺上構建圖3所示的電路,分別把Eb的電壓設置為0V(或-3V)和3V,運行軟件可以發(fā)現(xiàn),當Eb為0V(或-3V)時,Ic為0,ce間沒電流;當Eb為3V(高電位)時,ce間有電流通過,這樣由Ib來控制ce的通斷,三極管相當于一個開關。晶體管點火電路,正是利用三極管的開關特性來實現(xiàn)的。
用仿真軟件來驗證電路工作,方便且效果明顯,任何一臺安裝了仿真軟件的電腦,都可以實現(xiàn)電路的構建與研究,上課時用仿真軟件做實驗,也是在教會學生一種研究方法,讓學生在遇到相似的問題時,要以方便地找到解決問題的辦法。
2 逆向分析電路,找出符合電路工作的條件
學生最常說的一句話,就是電路難學難懂,老師上課的任務,不是讓學生看懂書上的電路就好了,而是要讓學生學會看電路的方法,以利于學生在工作中遇到問題能自己解決??炊娐酚泻芏喾椒?,其中之一是采用逆推法,即從結果往前推,找出電路導通、得電、運行所需要具備的條件,最后再順著讀電路,就能完整地讀懂整個電路圖。這種方法邏輯簡單,方便實用,易學易懂,加以訓練可以解決很多電路問題。
以圖1為例,發(fā)動機工作時,由火花塞產(chǎn)生火花,點燃氣缸中的可燃混合氣?;鸹ㄈ墚a(chǎn)生火花,點火線圈二次側繞組N2要能產(chǎn)生高壓電;N2要產(chǎn)生高壓電,點火線圈一次側繞組N1要先通電后斷電;N1要能通電后斷電,三極管VT5要先導通后截止;VT5的通斷由電路中E點電位決定,E點電位高VT5導通、低電位VT5截止。再往前推,VT4的通斷由D點電位控制,D點電位由VT3控制,VT3通斷由C點電位控制,C點電位由VT2控制,VT2通斷由B點電位控制,B點電位由A點電位控制,而A點的電位由信號發(fā)生器中感應線圈產(chǎn)生的信號控制。上課中,老師與學生推理、分析電路到這里,就可以按順序來講解電路原理了。
3 使用簡單符號,講解電路原理
學生看不懂電路,還跟課本和教師的描述有關,書上對電路原理的分析經(jīng)常是一大段文字,學生自己看書時,一會兒就看暈了頭,再也看不下去了;老師講課時也是一段接一段,不利于學生理解、記憶,也是造成學生看不懂電路的原因之一,不利于今后學生應用知識解決問題。有沒有什么簡單有較的方法來描述電路原理,讓學生易學易懂呢?答案是肯定的,可以采用簡單的符號法來簡化文字描述,教師容易教,學生也容易學。我的做法是,用上標的“+”表示電路元件“得電、高電位、有信號、運行、動作、開關閉合”,上標的“-”表示電路元件“失電、低電位、無信號、停止、復位、開關斷開”,用“→”表示前因后果的關系。做這樣的規(guī)定后,就可以很簡單地描述圖1、圖2這兩個電路的工作原理了:
3.1 晶體管點火電路原理分析
3.1.1 點火開關S閉合,發(fā)動機不轉動,信號轉子無信號輸出
由于發(fā)動機不轉動,信號發(fā)生器中的信號轉子也不轉動,感應線圈不產(chǎn)生感應電信號。由于VT1的基極接B點,得到高電位而導通,在穩(wěn)壓管VD1、VD2作用下,確保B點的初始電位為一固定值(高電位)。電路分析如下:
S+→B+、C+→VT2+→C-→VT3-→D+→VT4+→E+→VT5+→N1+→電能轉變?yōu)榇艌瞿軆Υ嬖贜1中。
3.1.2 點火開關S閉合,發(fā)動機轉動,信號轉子輸出高電位
發(fā)動機轉動時,信號轉子也隨之轉動,由于轉子上齒輪與線圈不斷靠近與離開,使線圈中的磁通發(fā)生變化,在線圈中產(chǎn)生交變的感應電動勢,促使A點的電位發(fā)生高低變化。當感應電動勢使A點電位升高時:
A+→B+、C+→VT2+→C-→VT3-→D+→VT4+→E+→VT5+→N1+→N1保持通電
3.1.3 點火開關S閉合,發(fā)動機轉動,信號轉子輸出低電位
當感應電動勢使A點電位降低時:
A-→B-、C-→VT2-→C+→VT3+→D-→VT4-→E-→VT5-→N1-→N2+→火花塞+
此時磁場能轉變?yōu)殡娔?,從線圈N2釋放,產(chǎn)生高壓電,并送到需要點火的火花塞,產(chǎn)生電火花,點燃氣缸中的可燃混合氣。
3.2 發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器原理分析
3.2.1 發(fā)電機轉速低
發(fā)動機轉速低時,勵磁電流要大,磁場要強,才能產(chǎn)生足夠高的電壓,即:
轉速-→發(fā)電機電壓-→a點電位-→VS-→b1電位-→VT1-→b2+→VT2+→勵磁線圈+→發(fā)電機電壓升高
3.2.2 發(fā)電機轉速高
發(fā)動機轉速高時,勵磁電流要小,磁場要弱,才能把發(fā)電機的電壓降低,即:
轉速+→發(fā)電機電壓+→a點電位+→VS+→b1電位+→VT1+→b2-→VT2-→勵磁線圈-→發(fā)電機電壓降低
這樣,通過不斷調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的大小,把發(fā)電機的電壓控制在某一數(shù)值上。
采用這種方式教學,可以把長長的文字描述,壓縮成簡單的符號表述,就可以把電路的工作過程描述得清清楚楚,大大簡化了描述的過程,使文字簡練,易教易學。這樣的描述方式,也適用于各種電路的講解,可以把長句壓縮為短句,把文字描述變?yōu)榫哂兄浶问降姆柋硎?,大大方便教師的教學,也方便學生的學習,使電路的教與學變得簡單,使教學效果大大提高。
[責任編輯:王楠]