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自制教具驗(yàn)證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性

摘 要：在教學(xué)中我們可利用學(xué)校已有的簡陋的設(shè)備盡可能開設(shè)更多的演示實(shí)驗(yàn)，在文中介紹了利用從廢棄的X線機(jī)中拆下的穩(wěn)壓器進(jìn)行驗(yàn)證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性的演示實(shí)驗(yàn)．

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)自制教具穩(wěn)壓器

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，作為一名物理教師一方面我們應(yīng)呼吁所有的人都來重視學(xué)生能力的培養(yǎng)，改變教學(xué)理念，改變實(shí)驗(yàn)條件．但更重要的是我們應(yīng)怎樣利用學(xué)校已有簡陋的設(shè)備盡可能開設(shè)更多的演示實(shí)驗(yàn)，這是我們應(yīng)探索的．我們在教學(xué)中應(yīng)做到：只要能動(dòng)手解決的問題，并且理論得以解釋，教師就應(yīng)盡量想方設(shè)法，采用簡單器材開展實(shí)驗(yàn)，使物理學(xué)習(xí)與日常生活或者學(xué)生的動(dòng)手操作相聯(lián)系，并鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的儀器和方法開展實(shí)驗(yàn)，而不是用語言傳遞給學(xué)生．

諧振式磁飽和穩(wěn)壓器在次級(jí)飽和鐵芯上繞制一個(gè)由線圈L和電容C組成的諧振單元，調(diào)節(jié)諧振單元的頻率，使該頻率與供電電源頻率相等，則振蕩單元發(fā)生諧振，由于諧振電流很大，使次級(jí)鐵芯很快達(dá)到飽和點(diǎn)，降低了磁化電流，減少了電源能耗，提高了穩(wěn)壓器的工作效率．諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓性能較好，當(dāng)電源電壓發(fā)生 ±20%變化時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)不超過 ±l%．

當(dāng)諧振條件不滿足時(shí)，即供電電源頻率f和諧振頻率f0不相等時(shí)(可通過改變線圈匝數(shù)或電容器的電容值，從而改變諧振頻率f0)，穩(wěn)壓器不僅失去了穩(wěn)壓的功能并且電源能耗增大．

以下是筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中利用從廢棄的X線機(jī)中拆下的穩(wěn)壓器進(jìn)行驗(yàn)證諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的特性的演示實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備如下：保護(hù)開關(guān)1個(gè)，諧振式磁飽和穩(wěn)壓器1臺(tái)，諧振電容C1，非諧振電容C2，自耦調(diào)壓器1臺(tái)，220 V/60 W燈泡1個(gè)，萬用表2個(gè)．

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)按圖1連接電路，電源插頭(連線)連接短路保護(hù)開關(guān)，再連接自耦調(diào)壓器輸入端．自耦調(diào)壓器的輸出端連接到諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的輸入端，并在此處并聯(lián)上萬用表V1，在穩(wěn)壓器的輸出端并聯(lián)上萬用表V2和燈泡．把萬用表的測量范圍都扳到交流電壓250 V擋位，實(shí)物圖如圖2所示．

圖1　電路圖

圖2　實(shí)物圖

(2)調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器，改變U1，使其分別為20 V，40 V，60 V，80 V，100 V，120 V，140 V，160 V，180 V，200 V，220 V，讀取并記錄穩(wěn)壓器輸出端對(duì)應(yīng)的負(fù)載電壓值U2，觀察穩(wěn)壓器輸出電壓怎樣變化．

(3)把諧振式磁飽和穩(wěn)壓器的電容器C1調(diào)換成C2(其電容值改變)，重復(fù)以上2和3步驟，觀察穩(wěn)壓器輸出電壓怎樣變化．

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表1中.

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

通過以上數(shù)據(jù)可看出：

(1)當(dāng)滿足諧振條件時(shí)，輸入電壓U1≥100 V時(shí)，穩(wěn)壓器的輸出電壓U2就保持不變了，達(dá)到了穩(wěn)壓的目的．并且輸出電壓U2始終大于輸入電壓U1，說明諧振時(shí)電源能耗?。?/p>

(2)當(dāng)諧振條件破壞時(shí)(通過改變并聯(lián)電容器的電容值)，輸出電壓U2始終都在變化，不能穩(wěn)壓．并且輸出電壓U2始終小于輸入電壓U1，說明非諧振時(shí)電源能耗大．

總之，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師應(yīng)盡可能地利用學(xué)校已有簡陋的設(shè)備開設(shè)更多的演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在演示中還應(yīng)設(shè)計(jì)各種啟發(fā)式問題，使學(xué)生邊觀察邊思考問題，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣．

(收稿日期：2015-08-06)

作者簡介：李 燕*李燕(1970-)，女，碩士，副教授，主要從事物理學(xué)教學(xué)研究．
(雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川 雅安625000)