單相半波整流電路教案

實驗一、單相半波整流電路教案課程名稱：《電子電路基礎》所用教材：《電子電路基礎》勞動第二版適用專業(yè)層次：中技電子技術專業(yè)所需課時數(shù)：2課時教材分析在小功率整流電路中，單相半波整流電路憑借其電路結構簡單的特點廣泛應用于電工電子技術中。學好本節(jié)的內容將為后續(xù)課程內容單相全波整流電路、單相橋式整流電路、倍壓整流電路打下良好的基礎；同時也是教材前面半導體二極管知識的一個重要應用，所以本節(jié)內容在順序安排上起到了承上啟下的作用。本節(jié)主要介紹了單相半波整流電路的結構、工作原理以及負載電壓和電流，在講授時教師應吃透教材，深入淺出，利用實驗現(xiàn)象、掛圖形像直觀地幫助學生掌握本節(jié)知識，并設計問題給學生以啟迪。學生分析電子電路理論普遍具有抽象性，而我們中職類學生基礎較薄弱，所以中技生在學習基礎理論的過程就較吃力，針對這一特點，本人直接通過實驗的方法，利用直觀現(xiàn)象來激發(fā)學生的學習興趣，集中學生的聽課注意力。在講授本節(jié)內容時，本人在課堂上親自演示用示波器測量單相半波整流電路的輸入輸出波形，學生可直觀波形，對比波形來理解整流的作用和目的。另外結合整流電路應用于日常生活的電器（例如手機、MP3的充電器）來激發(fā)學生的學習整流電路的興趣；在講授整流原理時進行講練結合，用任務驅動法展開教學。整個教學過程中應充分利用插圖并通過教師的示范及學生親自動手分析等，使學生逐步掌握分析電路的技能．要注意教給學生分析電路的方法，提高演示實驗的可見度。在演示實驗時最好邊講解，邊操作．教師的演示將對學生起示范作用，因此要注意操作的規(guī)范性。教學目標與價值觀情感目標：利用實物展示、掛圖和演示實驗現(xiàn)象來引導學生理解整流的概念和作用，激發(fā)學生的興趣，促進教育學的配合。能力目標：幫助學生掌握單相半波整流電路的結構、工作原理及負載電壓和電流的計算。價值觀：培養(yǎng)學生分析和檢修整流電路故障的能力。教學重點和難點單相半波整流電路的工作原理分析，輸出電壓極性和波形分析及負載直流電壓電流的計算。課前教具準備1N4007小功率整流二極管一只、手機充電器及其配套鋰電池、示波器和事先制作好的單相半波整流電路、掛圖2張教學方法實物展示法、實驗演示法、講練結合法、啟發(fā)誘導法教學活動一：復習提問（約3分鐘）（1）：教師拿出一個1N4007的小功率整流二極管復習半導體二極管的結構與符號。（2）：提問二極管的單向導電性并請同學們畫出二極管的正、反向偏置電壓的電路圖。二：導入新課（約10分鐘）（一）：師生互動環(huán)節(jié)（教師展示手機充電器對鋰電池充電過程）師：同學們我們現(xiàn)在使用的手機鋰電池的低壓直流電能是從哪里得來的呢？生：是手機充電器供給的（學生異口同聲的回答）師：是的。充電器直接引入的是市電220V,50Hz的交流電能，而手機鋰電池需要存儲的是低壓直流電能，那么請同學們思考下充電器&如何給鋰電池充電的呢？生：先降壓后變換（少數(shù)學生能回答）師：對了。所以今天這兩堂課我們就要一起來學習如何將電網(wǎng)中220V、50Hz的交流電能變換成脈動的低壓直流電能單相半波整流電路（板書）（-）：教師演示實驗環(huán)節(jié)教師將準備好的單相半波整流電路接入220V電網(wǎng)中，用示波器分別測量整流電路降壓后的輸入交流電的波形和輸出低壓直流電的波形，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，比較輸入低壓交流電和輸出低壓直流電波形的變化，從而來理解單相半波整流電路的功能。（板書）整流：將交流電壓變換成脈動的直流電壓。（板圖）交流電壓r,-*卓相半被整流電路三：進行授課（約71分鐘）（一）：單相半波整流電路的結構與工作原理（板書）（約43分鐘）教師提示：“單相”一詞是指輸入整流電路的交流電是單相交流電。而“半波”一詞同學們可在下面講授的半波整流原理中自己總結，到時老師請同學們回答。（任務驅動法教學可集中學生的聽課注意力）1：電路結構組成（板書）（板圖）分析各元器件的作用：(1)電源變壓器T：將220V交流電壓變換為整流電路所要求的低壓交流電壓值。(2)：整流二極管V：利用二極管的單相導電性進行整流。(5)：負載Rjj是某一個具體的電子電路或其它性質的負載。2:工作原理(板書)教師引導：輸入整流電路的交流電壓來自于電源變壓器的二次繞組輸出端，在分析整流原理時應將交流電壓分成正、負半周兩種情況來考慮。另外為了分析方便，變壓器T應假設為無損耗的理想元件，整流二極管V應為理想二極管，負載為純電阻性負載。(1)：單相半波整流電路的整流原理(板書)整流過程的核心就是利用整流二極管的單向導電性。(掛圖)注：圖中的燈只是用來檢驗整流二極管的導通與截止的情況，在實際電路中人眼時看燈滅的情況，在這里目的是讓學生更好地理解整流二極管截止的現(xiàn)象。V加反向偏置電壓截止示意圖（2）:V導通時的電流回路分析（板書）（掛圖）教師提問：①：上面分析了半波整流電路的工作原理，由此可以回答什么是半波整流。（請學生回答）②：若在上面圖中把整流二極管V極性對調后整理電路的原理又怎樣分析呢？（給1分鐘時間學生自行分析后再講解，起到了舉一反三的作用）探究活動：通過整流二級管導通時電流的分析，可以進一步理解整流電路的工作原理，同時有利于整流電路的故障分析和檢修。在整流電路回路中任意一個點出現(xiàn)開路故障都將造成無電流輸出。（設置幾個開路和短路故障，要求學生分析和排除故障現(xiàn)象，提高學生解決實際問題的能力。）（3）：輸出電壓極性與電壓電流波形分析（板書）（板圖）

I”I”設變壓器：次級繞組電壓為:u（t）=%；2Usin3122分析內容：整流電路輸出電流由上而下流過負載RL，在RL上的壓降為輸出電壓UL,因為輸出電壓為單向脈動的直流電壓，所以它有正負極性，在RL上輸出上正下負的電壓。探究活動：將整流二極管V極性對調后輸出電壓極性與電壓電流的波形又是怎樣呢？（學生自行分析）（二）：負載電壓、電流計算與整流二極管的選?。ò鍟s28分鐘）1：負載電壓電流計算（板書）由輸出電壓極性與電壓電流波形分析可知，負載所得半波整流電壓雖然方向不變，但大小總是隨時間變化，數(shù)學理論可證明輸出直流電壓UL為一個周期內電壓的平均值（半1?波整流電壓的平均值是交流電壓峰值的一倍）即：冗輸出電壓：U輸出電壓：U2二—Uoa2冗20-45U2（板書）UUIJ輸出電流：/=3L=0-45-2（板書）TOC\o"1-5"\h\zLRRLL2:整流二極管的選取在電路圖中分析可知整流二及管截止時所承受的最高反向電壓為u2的峰值即:U=2JU，整流二極管在正向導通時最大的整流電流I應大于負載電流I，可見選RM2OML用整流二極管應：I>I（板書）OMLU>”2U（板書）RM23:講解例題(教材P193例題1)通過例題講解可以幫助學生掌握選用整流二極管的方法。四：課堂小結(約6分鐘)(1)：單相半波整流電路廣泛應用于電工電子技術中，其整流的原理是利用二極管的單向導電性。(2)：由于半波整流電路所采用元器件較少，所構成的電路簡單、成本低，但從輸出電壓的波形圖上可以看出輸出的直流電壓低、脈動大，變壓器一半的時間未利用，所以效率較低，只適用于對脈動要求不高的場合。(可引導學生小結)(3)：在選用整流二極管時應重點考慮最大的整流電流和最高的反向工作電壓。五：板書板圖設計單相半波整流電路整流：將交流電壓變換成脈動的直流電壓。、?八二/八以—―f腺動直流電壓交流電壓尸——單相半波整流電路——%II0(-):單相半整流電路的結構與工作原理1:電路結構組成2:工作原理(1)：單相半波整流電路的整流原理(掛圖)

丫加正向偏置電壓導通示意圖（掛圖）（2）:V導通時的電流回路分析（3）：輸出電壓極性與電壓電流波形分析（二）：負載電壓、電流計算與整流二極管的選取1：負載電壓電流計算?2八，一輸出電壓：U2二—U。a0?45U,2兀22輸出電流:/==0-45幺RRLL2:整流二極管的選取I八>IOMLU><2URM2單相橋式整流濾波電路教案我在給12級汽修班講解整流濾波電路時，發(fā)現(xiàn)同學們不太理解工作原理。剛開始是這樣講的：壓）大小和方向隨時間不斷變化。.講交流轉變成直流的過程。為了簡化討論，先不考慮電壓的大小，只考慮方向，那么可以將交流電分成正負兩個半周：正半周（下正下負）和負半周（下正上負）。先討論正半周（上正下負），此時會產(chǎn)生一個下圖中紅色線條所示電流。

負載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負。再討論負半周，即下正上負。此時會產(chǎn)生下圖中綠色線條所示的電流。負載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負。整流電路小結：不管是正半周（上正下負）還是負半周（下正上負），負載電流都是從上往下，電壓方向都是上正下負。即：輸入的是交流電，負載得到的卻是直流電。完成了從交流到直流的轉變。接下來討論大小。我們知道二極管的管壓降是0.7V。也就是說，二極管只在要導通，其管壓降（兩端電壓）一直是0.7丫，跟電流大小沒有關系。也就是說，只要在輸入電壓的基礎上減去兩只二極管的管壓降就是輸出電壓。于是就可以根據(jù)輸入電壓波形畫出輸出電壓波形。波形如下：

整流電路結論：綜合以上分析，我們可以得出，當AB端輸入正弦交流電（Ui所示）時，OX上就會得到脈動的直流輸出電壓（Uo所示）。電壓（電流）的方向不變（從上到下），大小在變（脈動直流）。單相橋式整流電路的工作原理，如果用一句話來總結，那就是：兩兩成對，交替導通。.接下來講濾波電路。濾波電路的作用：把輸出電壓變得更加平滑。因為整流之后的輸出電壓波動很大，很多設備不能使用。濾波電路的分類：電容濾波、電感濾波、組合濾波。工程中，用得最多的是電容濾波。因為電容濾波電路簡單，成本低，效果好；不好的是給整流二極管帶來很大的沖擊電流，還會產(chǎn)生高次諧波，對電網(wǎng)有較大影響。電感濾波體積大、成本高（需要用銅或鋁做成線圈），多用于大電流場合。組合濾波多用于要求較高的場合。電感濾波之后，往往會加一個電容，電感和電容就組成了組合濾波電路，當然還有電阻與電容組合而成的濾波電路。畫出電容濾波電路:

電容濾波工作原理：一種是教材上的解釋，電容可以把直流隔斷，又可以讓交流通過（隔直通交）。整流之后的脈動直流既有直流成分，又有交流成分。電容的作用就是保留直流成分，把交流成分濾掉（交流通過電容返回電源）。這樣一來，就只剩直流了。另一種解釋是，電容是儲能元件。當輸入電壓高時，輸入不光給負載供電，還給電容充電，這時電容上儲存有相當?shù)碾娔?，當輸入電壓由高轉低，電容就給負載放電。當輸入電壓又升高后，又給電容充電。如此周而復始，在負載上就得到了比原來高且平滑的電壓。工作原理示意圖如下：經(jīng)過濾波后的波形如下圖所示:

上述波形中，彎曲的部分是輸入給電容充電（當然此時輸入還給負載供電），直線部分是電容給負載放電。波形的平滑程度取決于R與C的乘積。R與C的乘積越大，波形就越平滑；R與C的乘積越小，波谷就越深。.總結：經(jīng)過上面的講述，同學們對整流有一定的認識，但是理解不透徹；對濾波就是稍微有點概念，對工作原理理解不了。反思：面對同學們的困惑，我向同一教研組的其他老師請教，他們也想不出好的講解方法來。我又到網(wǎng)上搜索相關的教案、視頻、動畫等資料，發(fā)現(xiàn)大同小異，跟我講的大體相當。.后來我想起同學們在聽整流時，對為什么會產(chǎn)生圖中折線電流表示不理解。于是我在下一個班講解為什么會出現(xiàn)折線所示電流時換成另外一種講法。.按電流方向往下走。電流從正極A出發(fā)。這時有兩個方向，流過哪些只二極管呢？流過D4不可能（電流方向與二極管方向相反），只能從D1流過。

這時也有兩個方向，可從D2流過不可能（電流方向與二極管方向相反），只能經(jīng)X流過電阻R1。這時又有兩個方向，從D3流過還從D4過呢？把各點電壓標上去，就一目了然。假設某一時刻AB間的電壓為12V。令B點電壓為0V，則A點電壓為12V。因為二極，D3的陽極電壓是0.7V。電流是不能從低電壓低的地方流向電壓高的地方，所以只能從D3流過。同理，電流到達D3陰極后，也不能經(jīng)D2流過，只能回到電源負極B。電流流向如下圖所示：+再把圖中二極管移動一下位置，得到下圖。同理，當交流電下正上負時，可以得到如下圖所示電流:再做一下變形，即可得到。經(jīng)過如此講述，同學們對于折線所示電流有了較為清晰的認識。.接下來說說對濾波電路講解所做的改變。同學們對于濾波本身沒有太多的認識，因此我舉一個關于水電站例子說明濾波的作用。這是一座水電站示意圖。水庫的上游有很多條河流，把水流到水庫儲存起來。大壩下游裝有發(fā)電機。上游河流的水流是不穩(wěn)定的，時大時小。造成水流不穩(wěn)定的因素有很多，比如季節(jié)變化、天氣原因、農田灌溉、蓄洪泄洪等。而大壩下游的發(fā)電機卻要求供水非常穩(wěn)定，要不然發(fā)出的電時高時低，用起來很不方便。把上游河流的水流比如成整流之后輸出的電流是恰當?shù)模悍较虿蛔?，大小時刻在變。而供給發(fā)電機的水流卻要求非常穩(wěn)定，就好比濾波之后的電壓。解決這個問題的辦法，就是在中間建一個水庫。當上游戲河流水流大的時候，上游河流的水不光給發(fā)電機供水，還把多余的水儲存在水庫里，當上游河流水流較小的時候，水庫就放出一部分水供給發(fā)電機，保證供給發(fā)電機的水流穩(wěn)定。此處水庫的作用就相當于整流濾波電路中的電容：當輸