晶体二极管教学设计

晶体二极管教学设计（共8篇）

晶体二极管教学设计 篇1

第三章《晶体结构与性质》《晶体的常识》教学设计

一、教学目标

1、知识与技能

（1）知道获得晶体的几种途径

（2）理解晶体的特点和性质及晶体与非晶体的本质区别

（3）初步学会确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法

2、过程与方法

（1）收集生活素材，结合已有知识和生活经验对晶体与非晶体进行分类

（2）学生通过观察、实验等方法获取信息

（3）学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工

3、情感态度与价值观

（1）培养学生科学探究的方法

（2）培养学生的动手能力、观察能力、自主学习的能力，保持对生活中化学的好奇心和探知欲，增强学生学习化学的兴趣。

二、教学重点

1、晶体的特点和性质及晶体与非晶体的本质区别

2、确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法

三、教学难点

1、确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法

四、教学用品

课前学生收集的各种固体物质、玛瑙耳坠和水晶项链、蜂巢、晶胞实物模型、乒乓球、铁架台、酒精灯、蒸发皿、圆底烧瓶、碘、水、多媒体等

五、教学过程

１．新课导入：

［学生汇报］：（我们讨论后觉得将粗盐、明矾、樟脑丸分为一类；塑料、玻璃片、橡胶分为另一类。教师追问：你们为什么会这样分呢？生：根据这些有规则的几何外形，而另一些没有。）

［教师总结］这组同学收集的物品很丰富，并通过组内讨论确定了分类依据，然后进行了恰当的分类。其实，同学们也许没有留心观察，我们身边还有许多美丽的固体，当然也有的可能是我们日常生活中不易接触到的。下面，我们就一起欣赏一下这些美丽的固体。

［视频投影］雪花放大后的形状、烟水晶、石膏、毒砂、绿柱石、云母等晶体实物（并配以相应的解说，给学生了解到这些固态物质都有规则的几何外形。）

［教师讲述］我们就将这些有规则几何外形的固体称之为晶体，而另一些没有规则几何外形的固体称之为非晶体。

［板书］

一、晶体与非晶体

设计意图：课前请同学收集身边的固态物质，然后在课堂上展示，并分组交流讨论，最后进行分类，并在课堂上汇报。这样从学生身边的固体入手，直观、简洁地引入课题，潜移默化地使学生融入课堂，同时激发了他们强烈的求知欲望。

2．探究活动一：探究晶体的特点，晶体与非晶体的区别。（1）晶体的特点之一：自范性

［过渡］晶体和非晶体在本质上到底有什么区别呢？下面我们一起来探究一下晶体与非晶体的本质区别。

［教师讲述］（展示实物）大家看我手上的两件美丽的饰品——玛瑙耳坠和水晶项链，从外表看，两种饰品材质一样吗？（不一样）但是大家知道吗，其实她们都取材于天然水晶球。（学生疑惑）大家一定觉得意外，不过大家看完下面一段短片后，一定就不会觉得意外了。

［视频投影］玛瑙和水晶的形成过程的录像（配以相应的解说）

［教师提问］我们了解到水晶的天然规则几何外形是怎样形成的？（自然形成的）

［教师讲述］化学上把这种自发地形成规则几何外形的性质称之为自范性。但我们也发现玛瑙没有像水晶那样形成规则的几何外形，这又是为什么呢？

（因为冷却速度不同）

［教师讲述］也就是说晶体的自范性是有条件的，是什么呢？

［幻灯投影］自范性的概念及自范性的条件

设计意图：通过视频材料，给学生以直观的视觉感知：紧扣视频设计问题，层层推进，让学生对晶体形成过程中的“自范性”和“自范性条件”这两个难以理解的概念，轻松地掌握。

（2）晶体的形成途径

［教师讲述］天然水晶球是由熔融态的二氧化硅凝固后得到的晶体，这是得到晶体的一种途径。

（3）晶体的其他特点 ［过渡］前面我们从宏观世界探究了晶体的本质，接下来我们再进入微观世界去探究一下晶体的微观结构。

自范性 微观结构 晶体 有

原子在三维空间里呈周期性有序排列

非晶体 没有

原子排列相对无序

［教师提问］正是因为晶体中原子在三维空间成有序排列，所以晶体才有自范性，能自发呈现多面体外形的特点，此外，晶体还有那些特点呢？

［幻灯投影］多媒体模拟一组有关晶体与非晶体导热性的比较实验。（从而引出“各向异性”的概念。）

［学生阅读］请同学阅读课本p64，总结晶体还有哪些特点? ［学生汇报］还有：强度、光学性质等。

［师生活动］根据晶体的这些特点，我们就可以区分哪些是晶体，哪些是非晶体。（请学生总结晶体的特点，同时举例说明如何用该特点来区别晶体和非晶体）

［幻灯投影］晶体的特点总结

［教师讲述］在区别晶体和非晶体的方法中，X——射线衍射实验是最科学的方法。

［

［思考交流］某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图如图所示，这张图说明玻璃是不是晶体？为什么？

（玻璃不是晶体，因为从结构上看是无序的，不满足晶体的微观结构特点）

3．探究活动二：晶胞、原子在晶胞中的位置及其对晶胞的贡献

［过渡］通过上面的学习，我们了解了晶体与非晶体的本质区别，那我们如何来描述晶体在微观空间里原子的排列呢？有必要画出千千万万个原子吗？当然不必，也是不可能的。

［教师讲述］我们只需在晶体微观空间里取出一个基本单元即可。

［实物展示］蜂巢

［教师讲述］这就好比我们要研究蜂巢，因为蜂巢是由无数多个蜂室构成的，所以我们只需研究一个个基本单元——蜂室就可以了。晶体和其基本单元的关系就和蜂巢与蜂室的关系一样。晶体也是由无数多个重复的基本单元“无隙并置”而成。这些基本单元我们称之为晶胞。

［板书］

二、晶胞

［教师讲述］“无隙”即无间隙，“并置”指晶胞都是平行排列，取向相同。设计意图：“晶胞”、“无隙并置”又是比较抽象、难以理解的概念，通过蜂巢实物展示，运用比喻的方式介绍“晶体和晶胞”的关系，化抽象为形象，让学生轻松掌握“晶胞”、“无隙并置”，并很好地理解晶胞和晶体的关系。

［幻灯投影］晶胞（一般都为平行六面体）

［师生活动］首先由老师展示晶胞实物模型——一个平行六面体和一只乒乓球。乒乓球好比是晶体中的某个原子，请同学分组讨论，这个原子在六面体上可以有几个不同的位置出现？（学生分组讨论，教师巡视指导

［幻灯投影］原子在晶胞的顶角、棱、面上及晶胞内时，一个晶胞平均拥有的原子情况。并对学生的讨论结果一一验证。

设计意图：有关晶胞中原子的位置及其对晶胞的贡献是一个抽象，难以理解的问题；用平行六面体和乒乓球作为实物模型，学生能很好地借助模型发挥空间想象；在学生讨论、分析、汇报以后，再结合动画加以验证，将抽象的事物具体化，使学生学得轻松而又能很好地掌握相关知识；整个过程均由学生完成，学生真正地“动”起来，课堂真正地“活”起来，真正培养了学生的空间想象能力，分析处理问题的能力。

表一：晶体和非晶体的区别

自范性 微观结构 性质 晶体 有

原子在三维空间里呈周期性有序排列

有固定的熔点,某些物理性质(如强度,导热性,光学性等)表现出各向异性

非晶体 没有

原子排列相对无序

无固定熔点,不具有物理性质各向异性 表二：晶体中不同位置的粒子对晶胞的贡献

晶胞内

微粒被一个晶胞占有,所以这个晶胞拥有这个微粒1

面上

微粒同时被两个晶胞占有,所以每个晶胞实际拥有这个微粒1/2

棱上

微粒同时被四个晶胞占有,所以每个晶胞实际拥有这个微粒1/4

顶角上

微粒同时被八个晶胞占有,所以每个晶胞实际拥有这个微粒1/8 《晶体的常识》这一节内容，比较抽象，其间出现了诸多抽象名词，如：“自范性、各向异性、无隙并置、晶胞、原子对晶胞的贡献等”，如何将这些抽象的内容具体化、形象化，并深入浅出地介绍给学生，成为本节课的难点。作为执教者运用身边事物，直观录象、图片，亲自动手操作实验等方法，利用多种教学手段，比较巧妙地使科学知识与学生的认识、学生的情感产生共鸣，通过主观感悟使学生轻松地掌握了本节内容。

晶体二极管教学设计 篇2

发光二极管(LED)光引擎是进入2010年后才出现的一个新概念,并且很快实现了产品化和商品化。随着大功率白光LED技术与产品的快速发展,LED光源的应用由传统显示和背光照明逐步进入到公共照明和普通照明领域。由于还有许多半导体照明的相关标准尚未制定,致使LED照明灯具设计各行其道,市场上的灯具结构和造型五花八门,不同厂商生产的产品没有兼容性和互换性[1]。事实上,许多LED照明灯具生产企业都希望能够购买到现成的LED模块及与其配套的驱动器或者控制装置,放入传统灯具壳体之中变为一款固态照明灯具,LED光引擎的问世则可以使之梦想成真,如愿以偿。LED光引擎是一种带有规定介面接口的LED光源(模块)及其驱动器的组合体,LED灯具生产厂家使用LED光引擎,可以大大缩短新产品开发的周期、加快从新产品设计到量产的进程。LED光引擎的诞生,无疑是半导体照明发展史上的一项重大技术创新,对于LED照明的广泛应用具有重要意义。

1 LED光引擎的概念及其组成

1.1 LED光引擎的定义

2010年6月,IEC TC34组织在芬兰赫尔辛基召开了LED研讨会,与会专家对LED灯和LED灯具给出了定义。LED光引擎是介于LED灯和LED灯具之间的一种LED组件,具体的定义是:LED光引擎是包含LED封装(元件)或LED阵列(模块)、LED驱动器以及其他光度、热学、机械和电气元件的整体组合。该装置要通过一个与LED灯具匹配的常规连接器直接连接到分支电路,该LED灯具设计成不使用标准灯座的形式。

1.2 Zhaga联盟推动的LED光引擎介面接口标准

为了统一规范各种LED光引擎接口的标准,促进LED照明产品的标准化,在2010年2月3日,由飞利浦、欧司朗、BJB、奥德堡、东芝、松下等9家照明行业巨头,宣布将发起成立一个行业内的合作组织——Zhaga联盟,目前该联盟会员已超过230家。Zhaga联盟旨在发展LED光引擎介面接口标准,使不同厂商生产的产品具有兼容性和互换性。Zhaga联盟推动的LED光引擎接口标准包含机械窗口、散热接口、电气接口和光学接口等方面的内容,而这些接口与光引擎内部使用的LED光源类型无关。Zhaga联盟通过规范LED光引擎的介面接口标准,为灯具制造企业定义一个稳定的设计平台,避免大量的重复设计,简化LED光引擎的使用;还可以避免大量不兼容的LED光引擎产品在市场上流通,使消费者可以安心选购市场上具有可互换性的LED产品,同时能够持续享受LED技术所提供的产品性能升级。从行业发展的角度而言,Zhaga联盟通过制定相关标准,能够促进LED照明应用的创新和竞争。满足Zhaga技术要求的产品可以在产品上粘贴或打印Zhaga的标记,让消费者进行识别,促进LED照明领域中所有LED光引擎的互换,增强用户对LED照明市场的信心。

目前,Zhaga联盟已经完成制定了规则通则等文件,包括LED光引擎介面通则、整合控制装置的灯座式筒灯光引擎、街灯照明光引擎和控制装置分离式的可插拔的LED光引擎、采用分离式控制器的灯座式光引擎、含电子控制装置的迷你插拔式灯座光引擎和具有分离式电子控制装置的办公室照明用LED照明光引擎等规格书。Zhaga联盟还将继续制定LED光引擎的相关标准,以推动LED光引擎的普及应用。

1.3 LED光引擎的组成与结构

根据LED光引擎的定义及Zhaga联盟推动的LED光引擎的介面接口标准,LED光引擎由LED驱动器、LED光源和光学、热学、机械与电气元件及接口组成,如图1所示。LED光源可以是一个或多个LED封装(元件);也可以是一个LED阵列或LED模块。LED驱动器是含有电源和LED控制电路的装置;LED驱动器可以与LED光源分开安装,也可以为集成方式;LED光引擎只是LED灯具中的一个子系统。

近两年中,许多LED照明厂商都推出了LED光引擎产品。就LED光引擎的外形结构来说,因用途不同,形状也并不是一样的。LED光引擎的结构造型要求与灯具造型相匹配,无论是什么形状的LED光引擎,机械接口、散热系统接口、驱动系统接口和光学系统的接口都应当实现标准化,否则就没有兼容性和互换性。图2示出的是欧司朗公司的Preva LED光引擎,用白光LED作光源,光输出为800~3 000 lm、色温为3000~4000K、显色指数>90、视觉宽度>130°、系统效能可达70 lm/w,在使用时安装十分简便。

图3所示为一种国产小眩目LED光引擎示意图。图3中的组件8为LED光源,如果是直流驱动的LED,可称为直流LED光引擎,适用于各种艺术造型的LED台灯;如果是高频交流驱动的LED,则称为交流LED光引擎。交流LED光引擎每组中的两个LED采用反向并联连接方式、用高频电流驱动。每个高频信号的半周期中,总是有一个LED被点亮,并且不会观察到LED闪烁现象。同一规格的LED路灯可以灵活适用于不同的杆高,通过微调图3中的组件4和组件6,就可以满足公路照明或隧道照明有关法规的要求。从图3可以看出,LED驱动器是置于光引擎组件之外的。

1:焊接固定金属软管的中空螺纹管;2:紧固到灯具固定孔的弹簧垫圈;3:把1紧固到灯具固定孔的螺母;4:金属软管;5:金属软管端部的LED光引擎内腔;6:可以微调LED光引擎狭窄投射立体角的镜头;7:与LED匹配的光学透镜;8:直流LED或交流LED发光体及其散热底座和灯电流导线;9:金属软管中空管道内有类电流导线及其接插端子。

2 LED光引擎特点及能源之星对LED光引擎的要求

2.1 LED光引擎特点

为了进一步加深对LED光引擎的理解,必须掌握LED光引擎的下述特点。

(1)LED光引擎是一个介于LED灯和LED灯具之间的组件。它与LED灯的区别是不含有标准灯头,而是含有一个与灯具匹配的连接器;与LED灯具的区别是它不能与分支电路直接连接,与LED灯具的相同点是可以具有设定的配光功能。

(2)LED光引擎中的LED灯,是非常规灯座的LED灯;

(3)LED光引擎的LED驱动器(LED控制电路与电源),可以为分体外置式,也可以是一体化内置式;

(4)除非人眼进入了LED光引擎的投光立体角,否则是没有眩光危害的。LED光引擎的技术含金量在于“小眩目”或“无眩目”。因此,LED光引擎尤其适用于路灯、隧道灯和桥梁灯,有效消除眩目问题;

(5)LED光引擎可以把传统LED灯散热器与灯具一体化,也可以利用热管把LED光引擎的热量引导至外置散热器;

(6)LED光引擎带有标准化的机械、电气、散热和光学接口,是可插拔更替的互换通用性系列标准产品。兼容性和互换性是LED光引擎的显著特征,因此在LED照明应用中具有强大的吸引力和竞争力。

2.2 能源之星对LED光引擎的要求

在能源之星有关住宅用照明设备认证计划中,对于灯具中使用的LED光引擎,具体要求见表1。

目前,投射灯、街灯、办公室照明等光引擎都有了规范要求。随着LED光引擎技术标准体系的不断完善,不同厂商之间生产的产品兼容性和互换性问题将会很快得到解决。

3 LED光引擎系统设计方案

3.1 蓝光LED光引擎设计方案

目前的LED光引擎产品大多采用白光LED作光源,蓝光LED光引擎架构设计是一种创新理念,完全不同于白光LED光引擎。蓝光LED光引擎将蓝光LED光源板、AC/DC恒流驱动电源板和黄磷荧光滤色镜集成为一体,其架构原理如图4所示。LED发出的蓝光经美国进口的黄磷滤色镜过滤,则发出白光或暖白光。

为了节省空间和生产成本,并满足相关规范要求,LED光引擎的驱动电器尽量采用基于专用IC的初级侧调节(PSR)单级PFC拓扑结构。图5为蓝光LED光引擎的实物照片。在一标准壳体内,底部铝基散热器板上紧密贴装蓝光LED光源板,恒流驱动器按放在环形PCB板上,电源线可直接连接AC线路。这种光引擎还内置温度传感器,提供内部温度智能控制功能。

3.2 高压LED光引擎设计

高压LED(HV LED)是近两年发展起来的一种LED家族的后起之秀,它实际上是一种LED模组,是芯片生产时在硅片上直接做成的片上系统(SOC),如图6所示[2]。一个HV LED含有很多LED,如HV45就含有16个LED组成的芯片组。由于HV LED是同一硅晶圆片上就近组成的SOC,因此LED管芯的参数完全一致。

HV LED可以利用线性恒流源来驱动,图7示出的是一种基于EXC 100的HV LED驱动电路。

常规的LED在低电压大电流下工作,而HV LED由高电压小电流来驱动,产生的热量大幅减小。利用线性恒流源驱动HV LED,无需电解电容器、也不需要变压器,从而大大提高了驱动电源的可靠性和使用寿命。

图8为HV LED光引擎实物图,HV LED光源置于中央位置,高压线性恒流源置于环形PCB板上。

3.3 隧道照明高频交流LED光引擎驱动方案

当使用图3所示的LED光引擎并且光源为高频LED时[3],可以采用图9所示的驱动方案。很多高频磁环(B1~Bn)通过隧道两侧墙壁上全程安装的恒流高频电缆穿套着。高频电缆本身,就是高频变流器的初级绕组,磁环的次级绕组仅1~3匝,为一对反向并联的交流LED供电。由于功率开关VT1和VT2是交替导通的,高频电缆(高频变流器初级绕组)中的电流是交变的,致使次级绕组中的两个反向并联的LED较流导通。高频磁环次级绕组上的电压不超过4 V,反向并联的一对LED配备狭窄立体角投射透镜,形成投光立体角5~15°可调的狭光束投射灯。LED光引擎安放在隧道两侧,从车流后上方投光射向车头侧向路面,从而消除了眩目问题。

3.4 LED路灯光引擎设计方案

LED光引擎具有无眩目或小眩目特征,尤其适用于LED路灯。LED路灯用光引擎,通常是狭光束投光型LED光引擎。LED光引擎的光学设计,是把两电杆之间的面积,分为不等分的小投射面积,该面积到路灯一边的立体角,就是LED光引擎的狭窄投射角。通过微调各个LED光引擎的投光轴线,可以满足路段均匀的照度。通过增加LED光引擎的数量,可以抵消投射过程中空气对LED的吸收与散射。

4 结语

LED光引擎,是LED灯具中的一个子系统;是介于LED灯和LED灯具之间的一个子系统;是带有机械、电气、散热和光学标准接口的LED组件;其核心是LED驱动器加LED光源。LED光引擎的价值主要是解决了不同厂商之间产品的兼容性和互换性问题,对于推进半导体照明的普及应用具有重要意义。

参考文献

[1]陈超中,施晓红,李为军,王晔.LED灯具特性及其标准解析[J].中国照明电器,2010(11).

[2]颜重光.一种高压LED光引擎的系统设计方案[J].电子产品世界,2012(1).

晶体二极管教学设计 篇3

关键词：晶体二极管 电子技术 目标教学法 探究

晶体二极管内容是电路基础中最重要的部分之一。现将笔者在晶体二极管教学中采用目标教学法的实践探索介绍如下。

一、确定教学目标

根据教学大纲要求，结合学生掌握知识的现实情况，制定以下教学目标。

第一，理解二极管的结构和分类。

第二，掌握二极管的伏安特性和主要参数。

第三，会灵活应用二极管的单向导电性。

第四，通过本节教学实践，学生学会自主学习的方法，培养研究问题、解决问题的能力，培养勤学求真、善于学习、积极实践的精神，提高操作技能。

第五，培养学生学习兴趣，使之养成勤学理论知识、勇于实践的好习惯，提高理论与实践相结合的技能，培养良好的学习研究问题方法。

二、教学重点、难点

重点是二极管的伏安特性。难点是二极管单向导电性的应用。

三、教学进程

1.温故知新，导入新课

（1）刚上课时，教师启发学生温习学过的知识，以PN结的导电特点提问。教师边听学生回答，边提纲挈领地将学生的回答写在黑板上。

（2）分发实验提纲，学生每人一份，安排学生先观察二极管，了解二极管的结构，然后做二极管伏安特性的探索性实验。主要探索研究如下问题：二极管外观如何；二极管加正向电压时，电压和电流的关系如何；二极管加反向电压时，电压和电流有什么关系。

（3）教师依次指导学生实验，引导学生讨论分析、小结，导入新课。以温习的知识提问和寻求性实验引入新课，创造环境，激发思考，创设悬念，让学生带着问题，怀着急于解疑的心情参与下列教学活动。

2.听课教学

（1）介绍二极管的结构和分类。

（2）教师画图并讲解：二极管的伏安特性的含义。

（3）教师逐一提出下列问题。

第一，二极管加正向电压时体现的正向特性：电压为零时，电流为多少；电压较小时，会出现什么现象；电压超过一定数值后，出现什么现象。对于以上问题，待学生回答后，教师再逐一解释原因，以加强学生理解。

第二，二极管加反向电压体现的反向特性：加上反向电压后，有没有电流。对于该问题，教师还应引导学生思考电流和温度的关系。

第三，当反向电压在一定范围内变化时，电流有什么变化；根据以上两点，再提问若反向电压继续增大到一定数值后，会出现什么现象。教师引导学生思考回答，并解释原因。

（4）画出特性曲线，总结特点。画线总结过程中，教师通过提问，分析讨论，同时将结论提纲挈领地写在黑板上。教学过程中，设疑引路、步步深入、条理清晰。教师通过演示、图示，紧扣学生求知心理，集中思维，引导学生分析疑难问题，讨论解疑良策，使本节教学重点、难点问题得以顺利解决。

（5）介绍晶体二极管的主要参数。

3.用归纳法、对比法小结

该节课结束后，根据黑板上的知识提纲，用归纳法小结，加深学生理解、记忆。教师概括以上教学内容：晶体二极管的正向特性、反向特性、反向击穿现象、二极管的非线性。

4.例题练习，加深理解、检验教学效果

为了使学生加深对教学内容的理解，在新课结束后，教师通过例题练习，检验教学效果，找出教学中的不足之处，以改进教学方法，同时培养学生学以致用、发现问题、解决问题的能力。

5.板书设计

为了把本节课的知识结构清晰地反映给学生，黑板最左边板书二极管的结构和分类，最右边板书二极管的主要参数，中间部分板书二极管的伏安特性及其特点，另附加一小黑板画出伏安特性曲线。这样将本节课的全部知识目标——二极管及其伏安特性全部展现在学生面前，内容简明扼要，对比性强，使学生容易把握知识点，深刻领会教学内容。

6.布置作业

根据所学内容，结合学生具体情况，要求通过做作业，着重培养学生严谨的审题能力、敏锐的判断力和正确的表达能力。本节课作业为课文后习题。

教学体会：本节课以“实践—理论—互动”的教学法，通过“实践—思考—互动—探索研究—归纳总结”的程序，配合例题的应用练习，使学生理解、掌握教学中的每一个知识点的知识，以全面达到教学目标。

教师精讲、讲练结合，既有利于学生获取新知识，又充分体现了学生的主体作用，激发他们的学习兴趣和求知欲。理论与实践相结合，把“实践—理论—探索研究—课外实验”一体化贯穿在整个教学实验中，有利于加强学生对所学知识的理解、掌握和实践运用，最终提高学生的知识应用能力。

高中化学离子晶体教案设计 篇4

学生具备了离子键、离子半径、离子化合物等基础知识，本节直接给出氯化钠、氯化铯晶胞，然后在科学探究的基础上介绍影响离子晶体结构的因 素，通过制作典型的离子晶体模型来进一步理解离子晶体结构特点，为学习晶格能作好知识的铺垫。

教学目标设定：

1.掌握离子晶体的概念， 能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。

2.学会离子晶体的性质与晶胞结构的关系。

3.通过探究知道离子晶体的配位数与离子半径比的 关系。

4、通过碳酸盐的热分解温度与阳离子半径的自学，拓展学生视野。

教学重点难点

1、离子晶体的物理性质的特点

2、离子晶体配位数及其影响因素

教学方法建议：分析、归纳、讨论、探究

教学过程设计：

[引入]1、什么是离子键?什么是离子化合物?

2、下列物质中哪些是离子化合物?哪些是只含离子键的离子化合物?

Na2O NH4Cl O2 Na2SO4 NaCl Cs Cl CaF2

3、我们已经学习过几种晶体?它们的结构微粒和微粒间的相互作用分别是什么?

[板书]一、离子晶体

[展示] NaCl 、CsCl晶体模型

[板书]阴、阳离子通过离子键形成离子晶体

离子晶体定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合 而成的晶体

注：(1)结构微粒：阴、阳离子

(2)相互作用：离子键

(3)种类繁多：含离子键的化合物晶体：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐

(4)理论上，结构粒子可向空间 无限扩展

[思考]下列物质的晶体，哪些属离子晶体?离子晶体与离子化合物之间的关系是什么?

干冰、NaOH、H2SO4 、K2SO4 、NH4Cl、CsCl

[投影]2、离子晶体的物理性质及解释

性质 解释 硬度( ) 熔沸点( ) 溶于水( ) 熔融( ) 离子晶体溶解性差异较大：NaCl、 KNO3、(NH4)2SO4_______

BaSO4 、CaCO3_______

晶体二极管教学设计 篇5

在教学中，我遇到了一个意料之外的问题，（当然也可以避免发生，但是我忽视了）。我让学生提取晶体，当年学生制成了糖水和盐水两种液体，我随口就说你们随便提取那种晶体吧！好了，有点学生提取盐的晶体，有的学生提取糖的晶体。当时我还暗自得意，这下子学生有收获了。但是事情并没有向着我预料的方向发展：提取盐晶体的小组没有问题，能够提取到白色的晶体，但是提取糖的晶体的小组就不对了，加热的玻璃片开始没有变化，但是随着时间的延长，加热的糖水开始变成咖啡色，慢慢的开始颜色变深，呈褐色了，还有一股香味，学生高兴极了，继续加热并没有出现糖的晶体，继续冒泡，我马上想到生活中的现象了，做红烧肉的时候把糖直接加热就可以溶化了，我犯了一个生活中的错误，这个可怎么办啊？当控制好学生后，我让学生讨论，为什么会出现这种现象的？学生说了很多，基本都是停留在推测的表面。具体什么原因，我也把握不准，解释说盐和糖的熔点不同，盐的熔点比较高，而糖的熔点比较低。我又问学生，对于今天的提取晶体的实验，有成功也有失败，你有什么想法？学生说了很多冠冕堂皇的理由，最让我高兴的是有一个学生说：一种提取晶体的方法不能适用于所有的物体，每个物体都应该有独特的提取晶体的方法。我很高兴，学生在科学方法方面有了自己独特的理解。

课后，我上网查阅了资料：盐的熔点：804摄氏度，糖的熔点185--186摄氏度。看来我还是解释对了，还好没有误人子第。

反思这节课：教学中出现了意料之外的事情，是由于没有认真细致的考虑到材料的特殊性（但有时确实不会考虑到），导致课堂上出现意料之外、情理之中的事情了，不过这样也有好处，可以把生成的意外当成一种教学资源来进行展开教学，一来让学生知道科学探究本来就不是一帆风顺、很多科学发现都是因为“意外”而被科学家引起重视的，二来也可以让学生探究、了解更多的科学知识，三来可以让学生以科学家的身份体验科学发现的过程，这样的“意外”有何不可？当然，不是所有的意外都是应该的、都是好的，这次，我只是合理的利用了这个“意外”，才没有搞的一团糟。所以平常让学生做的实验教师最好事先做一次，对可能发生的情况才会有个全面的把握。

晶体二极管教学设计 篇6

［引言］上一课我们学习了离子晶体。离子晶体由阴、阳离子通过离子键在空间规则排列而成。由于离子间存在着较强的离子键，使离子晶体表现出硬度较大，熔、沸点较高等性质特点，如NaCl和CsCl晶体，与之相比，请看下列晶体。

［多媒体展示］碘晶体、萘的晶体、二氧化碳的晶体、雪花晶体、冰晶。

［讲述］屏幕显示的碘的晶体，萘的晶体、二氧化碳的晶体均有易升华的特点，而雪花晶体、冰晶较易熔化，进而汽化。由此可知，这些晶体并无离子晶体较高的熔、沸点。它们是本节将要学习的另一类晶体。

［板书］

二、分子晶体 ［引导］请同学们参照离子晶体的分析方法，首先思考构成分子晶体的粒子及粒子间的作用力是什么？

［学生活动］ ［板书］

1.概念：分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。

［讲述］任何分子之间都存在分子间作用力。稀有气体，不少非金属单质（如H2、N2、O2、Cl2、I2等）和化合物（如H2O、HX、NH3、CH4、CO2等及大量有机分子）在常温下是气体、易挥发的液体或易熔化易升化的固体，处于气体和液体的分子在降温凝聚时可通过分子间作用力而聚集在一起，形成分子晶体。分子晶体的特点是分子依靠分子间作用力整齐地排列在晶体中。

［模型展示］干冰及其晶体结构模型。

［讲解］此为干冰晶体的一个晶胞，由此晶胞向空间规则、重复地排列即可形成二氧化碳的晶体，同学们仔细观察干冰晶胞的结构，分析分子的排列和取向。

［学生活动］观察、分析 ［小结］干冰晶胞呈立方面心结构，其中八个顶角上排列着取向相同的8个二氧化碳分子，三组平行面的面心上各有一个二氧化碳分子，而且每组相对的分子排列取向也相同。由此可知，晶体中分子排列有一定的取向。那么，与离子晶体相比，则有，离子晶体中离子有阴阳之分，而分子晶体中分子有取向之分。其实分子晶体比离子晶体更为复杂些。

［思考］

1.属于一个干冰晶胞中的二氧化碳分子有几个？（8×

11+6×=4个）822.在干冰晶体中，设立方体晶胞的棱长为a，则每个二氧化碳分子周围距离相等且最近的二氧化碳分子有几个？其距离为多少？

［解析］在熟悉干冰晶胞结构的基础上，想象晶体的结构，假若选定立方体顶点上的一个CO2分子，则与其等距离最近的CO2分子应在面心上，这样的分子共有12个（同层4个，上层4个，下层4个），且距离为

2a。2［板书］2.干冰晶体的结构： ［投影］

立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且再在6个面心各占据1个，在每个CO2周围等距离（2a/2，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。

［过渡］以上我们以干冰晶体为例，认识到分子晶体是分子间通过分子间作用力结合而成的一类晶体，那么分子间作用力的存在对其物理性质有何影响呢？

［板书］3.性质特点：

［三维动画］CO2由气态变为固态

［讲述］气态物质分子能缩短彼此间的距离，并由无规则运动转变为有规则排列，这说明物质的分子间存在着作用力——分子间作用力。

从常见由分子构成的物质的状态（如气体O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液体H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶体的熔、沸点较低，也就是说克服分子间引力使物质熔化和汽化所需能量较低，说明分子间作用力较弱，与化学键相比其差别是：

［板书］①分子间作用力与化学键 ［投影小结］

－①化学键存在于分子或物质内部相邻原子之间，键能约为100～600 kJ·mol1。

－②分子间作用力存在于分子之间，其大小一般在2～20 kJ·mol1之间。③分子间作用力很弱，不属于化学键。

［引述］正是由于分子间作用力很弱，所以分子晶体具以下性质特点： ［板书］较低的熔、沸点，较小的硬度。如：

［投影］

熔点

沸点

N2 －209.86℃

－195.8℃

CO －199℃

－191.5℃ ［讨论］有同学说，在一般分子晶体中存在共价键，使其熔化或汽化时就需较多的能量，因此熔、沸点也应较高，此说法有无道理？

［分析］分子晶体是由分子构成的，除稀有气体的晶体外，分子内部存在较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力聚集在一起。前者影响分子晶体的化学性质，而熔、沸点高低则取决于分子间作用力，即分子间作用力与物质的物理性质有密切关系。所以，该同学的说法没有道理。

［思考］1.食盐和蔗糖熔化所克服的粒子间的相互作用是否相同？ 2.碘和干冰的升华所克服的粒子间的相互作用是否相同？

［解析］食盐熔化克服的是离子键、蔗糖熔化克服的是分子间作用力，两者不同。碘和干冰都是分子晶体，升华时克服的都是分子间作用力。此类题目需要考虑晶体类型和粒子间的作用力。

［投影］卤素单质的熔沸点

I2，熔、沸点发生规律性变化的原因。请分析表中数据，推测使卤素单质从F2I2逐渐升高。另外，联系［引导］从表中数据不难看出卤素单质的熔、沸点从F2卤素单质常温下的状态（F2、Cl2呈气态，Br2为液体，I2为固体，也可得出与实验数据相同

I2逐渐升高的原因是何呢？这得从晶体类的结论。那么，导致卤素单质熔、沸点从F2型分析起。

［投影］

问题1：卤素单质属何晶体类型？ ［答曰］分子晶体

问题2：卤素单质分子的组成和结构有何特点？ ［答曰］卤素单质分子均是由卤原子通过共价单键结合成的双原子非极性分子。其结构式可用通式“X—X”表示。因此卤素单质分子具有组成和结构相似的特点。．．．．．．．问题3：影响卤素单质熔、沸点高低的作用力是何？

［答曰］分子间作用力。

问题4：卤素单质熔沸点从F2I2逐渐升高，可知从F2I2分子间作用力逐渐增强，那么在此影响分子间作用力的主要因素又是何呢？

［答曰］分子体积大小或分子质量大小或相对分子质量大小。

［说明］以上三种答案都对，但便于我们分析判断的当属相对分子质量。［板书］②分子间作用力与物质的熔、沸点： 一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，．．．．．．．．．．其熔、沸点升高。

［思考］按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，四卤化碳的熔、沸点如何递变？

［分析］四卤化碳属组成和结构相似的物质，因此按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

［投影］

卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系

四卤化碳的熔、沸点与相对分子质量的关

系

［过渡］从以上分析可知，对于由分子构成的物质，分子间作用力大小是直接影响其熔、沸点高低的因素，而分子间作用力的大小除取决于相对分子质量外，还与分子的极性、氢键等因素有关。

［投影］

一些氢化物的沸点

［设疑］从上图可看出，ⅤA、ⅥA、ⅦA元素氢化物的沸点与ⅣA相比出现了反常，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？

［转引］HF、H2O和NH3的沸点反常，是因为它们的分子间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，它叫氢键。

［板书］③氢键

［阅读］弄清以下几个问题： 1.氢键如何形成？ 2.氢键形成的条件？ 3.氢键的表示方法？

4.氢键对物质熔、沸点的影响？

［讲述］氢键如何形成呢？现以HF为例说明。在HF分子中，由于F原子半径小，吸引电子能力强，导致H—F键极性很强，其间共用电子对强烈偏向F原子，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小，带部分正电荷的H核，可使另一分子中带部分负电荷的F原子几乎无阻碍地充分接近它，产生静电吸引作用而形成氢键。氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强。为区别与化学键，氢键常用“„”来表示，如F—H„F，同学们观察课本P4图1—7，图1—8，可发现形成氢键的三原子处于一条直线上，这就是说形成氢键具有方向的选择性。而且H原子周围只连两个其他原子（一个为共价键，另一为氢键）。一个氢原子不可能同时形成两个氢键，即说，氢键具有饱和性。

那么分子形成氢键必须具备怎样的条件呢？ ［投影小结］ 1.氢键形成的条件

①分子中必须有H原子与它原子形成的强极性键。如H—F。

②分子中必须有吸引电子能力很强、原子半径很小的非金属原子。如F、O、N等。2.氢键的表示方法：用“X—H„Y”表示，三原子要在一条直线上，其中X、Y可同可不同，如：F—H„F、O—H„O、N—H„O等。

3.氢键的特点：

①比化学键弱得多，比分子间作用力稍强。②具有方向性和饱和性。

4.氢键的本质：一般认为是一种静电吸引作用。

［讲述］由于分子间氢键的形成，使分子间产生了较强的结合力，因而使化合物的熔、沸点显著升高。这是由于要使固体熔化或液体汽化，必须给予额外的能量去破坏分子间的氢键。

从投影图“一些氢化物的沸点”可看出，在分子间没有氢键形成的情况下（如IVA元素的氢化物），化合物的沸点随相对分子质量的增加而升高，这是由于随分子量的增大，分子间作用力依次增强。但在分子间有较强的氢键时（如HF、H2O、NH3），化合物的沸点与同族同类化合物相比则显著升高。

［投影小结］5.分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高。

［转引］从投影图可看出H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在－70℃以下，而分子间氢键的形成使它的沸点实际为100℃，试设想如果水分子之间没有氢键存在，地球上将会是什么面貌？

［讨论］P5同学们可畅所欲言。

［概述］从投影图氧族元素氢化物的沸点变化规律来看，如果水分子间没有氢键，水的沸点将在－70℃以下。

地球上生存着的各种动植物是依存于当地的自然环境和气候条件的，而水的变化能直接影响自然环境和气候。如果水的沸点降为－80℃左右，占据地球表面70%以上的浩瀚的海洋，川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水，几乎全要变成水蒸气。就是终年冰雪覆盖的极地，也只有极少量液态的水存在（极地个别地方温度可能在－70℃以下）。于是地表会干涸龟裂，动植物要灭绝，地球将会失去生机，成为不毛之地„„

［转述］水分子间氢键的存在，使水表现出很多不同寻常的物理性质。如水的沸点比同族其他化合物显著高，水的比热特别大，水结冰时体积膨胀，密度减小等。单说水结冰，水结冰时，水分子大范围地以氢键结合，形成相当疏松有很多空隙的结构（水分子缔合），从而使冰的密度小于水，冰能浮于水面上。正是由于氢键造成的这一重要自然现象，才使得寒冷冬季江湖中一切生物免遭冻死的灾难。

［过渡］以上我们从分子间作用力和氢键角度主要讨论了物质的熔、沸点。那么，分子晶体的导电性，溶解性如何？

［设疑］分子晶体在固态和熔融态时能否导电？

［回答］固态和熔融态时只有中性分子，故不导电。

［说明］有些分子晶体溶于水时可发生电离而导电，如冰醋酸、硫酸等。［转引］至于分子晶体的溶解性，由于分子不同，情况各异。

［演示］实验1—1，蔗糖、磷酸、碘和萘晶体分别在水、四氯化碳中的溶解现象。［结论］蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳，而碘和萘却易溶于甲氯化碳，不易溶于水。

［学生活动］从分子极性角度进行分析。［投影小结］ “相似相溶”规则：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。［思考］常用的硫粉是一种硫的小晶体，熔点112.8℃，易溶于CS2、CCl4等溶剂，试推测它可能属于哪一类晶体？

［分析］硫的晶体熔点较低，且易溶于CS2、CCl4非极性分子形成的溶剂，可推断它是由非极性分子形成的分子晶体。

［思考］单质氯的熔点和沸点都很低，而氯化钠的熔、沸点都很高，为什么？

［分析］单质氯形成分子晶体，分子间存在较弱的分子间作用力，故熔、沸点都较低，而NaCl晶体属离子晶体，离子间有较强离子键，故熔沸点都较高。

［总结］本节主要学习了分子晶体的结构与其性质的关系，希望同学们课后将分子晶体

和离子晶体进行对比。

［布置作业］课本P8

一、1.2

二、1.3.4.5 ●板书设计

二、分子晶体

1.概念：分子间以分子间作用力相结合的晶体。2.干冰晶体的结构： 3.性质特点：

较低的熔、沸点，较小的硬度，不导电。①分子间作用力与化学键

②分子间作用力与物质的熔、沸点。

一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

③氢键

●综合能力训练题

1.下列变化过程中，共价键被破坏的是 A.碘晶体升华

B.溴蒸气被木炭吸附 C.酒精溶于水

D.HCl气体溶于水

［解析］A中碘升华是I2由固态变为气态，只破坏了分子间的作用力。B是一个物理过程，物质本身没发生变化，C中酒精分子扩散到水分子中，分子间作用力发生了变化。D中

＋－HCl气体溶于水，HCl分子变成了水合氢离子（H3O）和Cl，共价键被破坏。

［答案］D 2.参考下表熔点，回答下列问题：

（1）钠的卤化物熔点比相应硅的卤化物熔点高得多，这与

有关，因为

，故前者熔点远远高于后者。

（2）硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与

有关，随

增大，增大，故熔点依次升高。

（3）钠的卤化物及碱金属的氯化物熔点与

有关，随着

增大，减小，故熔点降低。

［解析］晶体熔点高低首先是与晶体类型有关。一般，原子晶体熔点高于离子晶体熔点；离子晶体熔点高于分子晶体熔点。其次，同类型的晶体熔点与决定作用力的粒子的结构有关。同类型原子晶体熔点与组成晶体的原子半径有关。同类型离子晶体熔点与组成晶体的离子半径和离子电荷数等因素有关。同类型分子晶体的熔点与相对分子质量大小等有关。

（1）小题中钠的卤化物是离子晶体，硅的卤化物形成分子晶体，所以前者熔点比后者高很多，这与晶体类型有关，因离子键键能比分子间作用力大得多。

（2）小题中硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物形成分子晶体，且组成和结构相似，因此，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。

（3）小题中钠的氯化物及碱金属的氯化物属离子晶体，熔点高低与离子半径有关，随离子半径的增大，离子键减弱，熔点降低。

［答案］（1）晶体类型，离子键键能比分子间作用力大得多。（2）相对分子质量，相对分子质量，分子间作用力。（3）离子半径，离子半径，离子键能。

［点拨］此类题目应明确晶体结构与物质性质的关系，把握粒子半径规律及以上12条规律即可解决问题。

3.第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需求。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4或1个游离水分子。据以上信息完成下列两题。

（1）下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是 A.两种都是极性分子 B.两种都是非极性分子 C.CH4是极性分子

D.水是极性分子，CH4是非极性分子 ［答案］D（2）若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离水分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为

A.CH4·14H2O

B.CH4·8H2O C.CH4·72H2O 3

发光二极管照明设计的图形化应用 篇7

照明设计的图形化应用,早在传统照明灯具与光源的照明设计中就已出现,而并非LED照明发展与应用之后的产物,见如图1所示。所谓图形是基于美学法则的一种可视化表达手法,那么照明设计中的图形化应用这一概念,可理解为借助不同类型灯具其自身形态及其所发出的“光效”,通过形式美法则的解构与重组处理,进而形成的新整体照明图形与图像,增强了原有灯具在照明设计中“光”的视觉表现力。对于不同灯具所发出的不同“光效”可以被用作为一种基本形,借助解构与重组的再次创作,照明设计的图形化设计也就应运而生。在照明设计中较为常用的图形化设计包括了对称均衡、单纯齐一、调和对比、陈列、比例、多样统一与节奏韵律等手法,这些形式美法则是我们在照明设计的图形化应用中可以进行研究和探索的。

照明设计的图形化应用大致可分为自由形与几何形两大类。自由形是由相同或不同的形态单元经过解构与重组而形成的复合形,它包含了抽象形、创意形、复合形等形态;几何形则是由基本的点、线、面组合所形成规则或不规则的形态。但是,无论自由形与几何形都需要依附于照明载体的结构形态,有时甚至要受制灯具与照明载体的结构,见图2所示。因此自由形与几何形也不是绝对的分类,而是彼此相互作用的应用关系。相对于传统灯具来说,LED照明技术的发展为照明设计中的图形化应用提供了更广阔的发展与应用空间。那么在探讨LED照明设计的图形化应用时,就需要思考与研究诸如LED对于在图形化应用的优势,分析LED图形化应用与照明载体两者间的相互关系,归纳LED图形化应用时所需遵循的原则等几个方面问题。

说到LED照明的优势,其节能环保、使用寿命长、色彩丰富、可控等已经在诸多照明项目上得已验证,而LED模块化设计才是图形化应用的最重要优势。对于传统光源的灯具来说,其灯具自身体积较大,因此在照明设计上对于图形化的应用有较大的局限性,而LED灯具模块化设计实现了灯具体积的小型化与多样化,LED灯具轻薄的形态为照明设计提供了点、线、面、体的图形化设计可能,见图3所示。LED的图形化应用常以这些简单的点、线、面、体美学平面构成基本形,通过解构与重组的方式,或以点成线、以点成面、或以线成面等形成新的自由形与几何形,并将这些新的图形应用到照明设计中,见图4所示。当然图形化的应用需要照明设计师对建筑、景观设计构思的深入理解,这也成为照明设计过程中的必要环节,照明设计中的图形化应用也就成为对这种理解之后的必然产物与升华。

当LED图形化应用到建筑及景观照明设计时,LED图形化应用不仅要遵循传统构成的形式美法则,还要研究建筑及景观美学的构图原理,要将其美学构图原理法则中的比例、尺度、韵律、均衡、对比、主从关系等进行照明设计时的图形化解构与重组。优秀的照明设计必定是依据建筑及景观风格定位基础而进行的设计升华,决不是抛开设计主体的主观臆造。在现代建筑外立面结构以玻璃幕墙为主流的大背景下,这种极简风格的建筑设计为照明与建筑美学的统一提出了更高的挑战,而LED图形化的应用为照明设计提供了优秀的解决方案,见图5、图6所示。

2 LED图形化应用案例

我们通过两个LED图形化应用案例,说明LED图形化如何在照明设计中发挥其优势与创意。

2.1 生命之环

项目坐落于辽宁抚顺市沈抚新城,是一座巨型环形城市景观地标建筑,其外径170m、内径150m、结构顶标高153.98 m,钢结构总重3500吨。整座结构采用钢结构网架,并覆盖金属幕墙。其结构对于照明设计是一项严峻的挑战,如何既不破坏外立面又能形成独特的夜景方案。照明设计最终选择了以点成面的图形化设计方案,通过LED点与幕墙的平面结合,借助LED控制模式形成一年中“月相”变化的设计概念。整个建筑外立面安装有1.2×104只LED点光,除“月相”主要的图形设计概念外,还可以通过控制形成其图形图像的万般变化,见如图7所示。

2.2 龙之梦购物广场新的夜景景观

上海中山公园区域地处长宁区的中心,是重要的综合购物聚集地。龙之梦购物广场位居中心地带,目前已改变了存在多年的龙之梦购物中心原来夜景效果,见图8。通过新的LED点阵图形化设计形成了新的地标夜景景观,在照明智能控制系统的帮助下既实现了动态与静态图形也实现了色彩变幻的夜景图形设计。对于区域内的周边建筑照明则采用统一的线性柔光管灯具,打造出区域内完整的线性图形效果,并且实现线性图形的虚与实。在色温控制的区别下还形成了冷与暖的光色变化,最终与龙之梦购物广场建筑的夜景形成了区域内统一的夜景景观,见图9所示。

3 图形化设计的功能照明

在照明设计的功能与装饰两个方面中,一般情况下图形化应用更多的为建筑或景观夜景的装饰性服务,但近来照明图形化应用对于建筑的功能性方面也有了新的尝试与创新。如室内办公空间的荧光灯打破传统的直线布灯方式进行斜角线排列,见图10所示。照明设计巧妙运用了美学构图原理中的韵律关系,这也是图形化设计应用于室内功能照明的一个简单案例,这种简单的图形化应用营造出了更加人性化、更为活泼的室内照明光环境。在办公空间的中庭照明设计中,一个LED装置实现了照明与建筑结构的统一,并实现了以建筑结构为依托的LED图形化应用,见图1 1所示。

4 图形化应用在设计中应遵循的原则

LED技术的发展让照明设计中的图形化应用进入了快速发展阶段,那么在实际设计中图形化应用需要遵循哪些原则来指导设计工作:

4.1 对照明载体的尊重

抛开照明载体的照明设计无疑是毫无意义的浪费,这也是照明设计必须依附于照明载体的意义。而对照明载体的尊重也是照明设计的图形化应用所要遵循的首要法则,不仅包含了对载体的形态、结构、材质等方面的研究与理解,还要在此理解基础上通过对美的把握进行再创作。

4.2 对美的理解

LED图形化创作需要形式美法则的指导进行创作设计,如果照明设计师没有对美的认识和理解,即便再好的照明载体最终所呈现出来的效果也会差强人意。国内照明设计的进入门槛过低,而在国外从事照明设计行业的一般都是建筑师、雕塑师、艺术家等等他们都经过专业的艺术学习,并且对美有自身的认识和见解。当然这也与我国照明行业的发展起步较晚有关,未来对美的理解和把握也是LED图形化创作所追求的目标[1]。

4.3 LED图形化的合理性应用

LED图形化应当与照明载体紧密结合才能设计创造出好的作品,并且LED的图形化应用需要结合照明载体的使用功能。如在商业综合体上出现的“光画”,LED替代了早期的霓虹灯成为营造氛围的主体,LED图形化应用也成为增添商业综合体节日氛围的表现手法之一。因此LED图形化的应用既要根据照明载体的形态与结构进行设计,又要结合照明载体的使用功能及其所需要的场景氛围进行合理性的设置,毕竟无论是照明设计还是照明的图形化应用都需要为照明载体服务,为营造不同氛围的光环境服务[2]。

4.4 避免光污染

LED图形化应用不能因为其节能、色彩丰富等优势就过度设计造成光污染,LED图形化应用还是要基于理性设计,不要造成资源浪费。

5 结论

LED图形化设计为照明设计提供更丰富的表现手段,LED图形化设计必将随着科技的进步与人们对照明设计的认知而得到深远的发展,未来LED图形化应用还需要研究诸如LED图形应用的分类、LED图形化色彩应用、LED图形化控制与照明设计的媒体化趋势、LED图形化对照明心理与行为的影响等,期待有更多的照明设计师参与到此项研究中来。

参考文献

[1]Theories of Design Aesthetics,胡守海.设计美学原理[M].合肥:合肥工业大学出版社.

晶体二极管教学设计 篇8

为了增加电源功率的密度，务必采用将双极晶体管吸收电路高频化的手段。电容器电源中的開关器件的安全是一个很重要的问题，为了保证它的安全。务必采用以串联谐振式所组成的电容器，并以它的充电电源为基础。本文研究了影响IGBT的因素，并研究了对于尖峰电压的取值。本文首先介绍了尖峰电压的简单产生机理，随后对抑制尖峰电压的几种方法做了简单描述，然后简单介绍了吸收电路，最后介绍了吸收电路的基本的工作思路。

1.尖峰电压产生机理

对于高频电容器来说，它的充电电源有很多种，串联谐振式的结构构架是最主要的一种，它的结构如图1所示，开关器件往往选用的是高频模块IGBT，它的具体过程为：

2.抑制尖峰电压的方法

尖峰电压在逆变回路中的产生有两个很主要的原因，一个是存在一定的杂散电感Ls，再者就是主回路中的电流变化的迅速。在高频电源中，开关的开通速度往往需要得到提高才行，而IGBT的开通速度与电流的变化速度有很大的关系。因此，为了保证电路正常工作，由开始的分析可知杂散电感必须最大程度的减少，并且必须利用吸收电路的作用来最大可能的降低IGBT的尖峰电压和对尖峰电压抑制。

2.1减小杂散电感

为了有效的减少主回路中的杂散电感，有两种方式可以采用。第一种是采用同轴电缆，但是电感必须要小。另一个是采用将回路通过正负母排上下叠放的方式连接起来。根据我们所学的知识可知，在两根平行导线上通上一种相反方向而且大小等大的电流，并且在它们离的很近时，此时就会产生的磁场，但是两者的磁场可以相互抵消。如此一来，从理论上来说，电感就为0了。

2.2采用吸收电路

电流在回路中通过的是很大的，而且开通速度比较快这个特点往往是一些较大功率充电电源所具有的特点。由于主回路中的杂散电感的存在，尖峰电压会感应出来，当较大时为了抑制电压的峰值，就必须利用外加吸收电路的相应功能来实现，因此我们有三种主要的电路形式。

第1种是在正负的两端加上一个电容，对于小功率、低成本的逆变器，这种方式都很适用。这种方法对于尖峰电压的抑制，一般都能满足要求。但是电阻不能消耗掉能量，这是一个缺点。另外对于一些较大功率的逆变器，在它回路一般都存在很大的杂散电感，这种振荡回路将会大大的增加损耗的原因是由杂散电感和吸收电容构成的。

第2种吸收电路增加了一个恢复速度很快的二极管，并且是在第一种吸收电路基础之上的。对前者来说，由于电容会吸收一些能量，因此它的作用就是消耗掉能量。后者是为了对震荡进行阻止，这种震荡是电容与回路中电感共同作用产生的。这种电路较好地解决了第1种电路的缺点，较好的控制了尖峰电压以及震荡回路的问题。同一套设备被两个功率管使用，这样就大大节约了成本。但同样也带来了缺点，如造成吸收电容的放电周期减半等问题。

第3种吸收电路最好，它是一种重新改进过后的一种形式，而且是在前两种电路的基础上升级过的吸收电路。对于每一个单独的开关，都是各自独立的使用一套电路。对于一些场电路来说，特别是对存在高频和大功率的电路来说，第三种吸收电路较第二种更加适合，这是因为吸收电容增加了很多的放电时间。

3.吸收电路的概述和基本要求

3.1吸收电路的概述

主要由电阻、二极管以及电容组成。为了减少开关管上的电压的应力、还有减少EMI，使其在适当的范围工作，并且不发生二次击穿，吸收电路常和开关管或二极管（包括整流二极管）并接在一起。通常，对于电子电力装置来说，它其中的电力电子器件都是在开关状态下才工作，同时器件的开通和关断也都是连续完成的，并不是瞬时完成的。在器件才刚刚开通的时候，如果一开始器件的电流就上升的很快，就会使得开通损耗很大，这是由于器件的等效阻抗很大所造成的；在器件接近于完全中断的时候，器件还是具有很大的电流，这个时候器件所能承受的电压能力如果迅速上升，必定会造成很大的关断损耗。开关损耗不仅会造成器件的温度升高甚至毁坏，甚至会导致功率晶体管的二次击穿。

3.2吸收电路的基本工作思路

为了抑制器件的电流的上升率可以利用电感电流不能突变的特性来控制；电容电压具有不能突变的特性，用这一特性可以来对器件的电压的上升率进行抑制，这就是缓冲电路的基本工作原理。GTO是一种简单的缓冲电路。为了保证能够抑制当GTO关断时，端电压的上升率dV/dt，电路中的电容C和二极管D就组成关断的吸收电路，电路中的电阻的任务是给电容C提供放电通路。为了保证不同的器件和不同的电路都有对应的方式，缓冲电路的形式有多种。

4.结束语

在高频大功率电容器充电电源中，因为存在尖峰电压，如果不限制它，开关器件就会被损坏，因此务必加上吸收电路。电路参数的选择也是一个很重要的方面，需要考虑的因素很多：为了保证适应冲击功率的影响，对电阻功率的选取也是很严格的，要选取合适的参数；除此之外，还有一个很重要的参数是影响电阻功率损耗和尖峰电压的，它就是电路中二极管的开通时间，所以此因素应当考虑。