單相半波整流電路教案

實(shí)驗(yàn)一、單相半波整流電路教案課程名稱(chēng)：《電子電路基礎(chǔ)》所用教材：《電子電路基礎(chǔ)》勞動(dòng)第二版適用專(zhuān)業(yè)層次：中技電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)所需課時(shí)數(shù)：2課時(shí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電工電子技術(shù)中。學(xué)好本節(jié)的內(nèi)容將為后續(xù)課程內(nèi)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(chǔ)；同時(shí)也是教材前面半導(dǎo)體二極管知識(shí)的一個(gè)重要應(yīng)用，所以本節(jié)內(nèi)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(jié)構(gòu)、工作原理以及負(fù)載電壓和電流，在講授時(shí)教師應(yīng)吃透教材，深入淺出，利用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、掛圖形像直觀地幫助學(xué)生掌握本節(jié)知識(shí)，并設(shè)計(jì)問(wèn)題給學(xué)生以啟迪。學(xué)生分析電子電路理論普遍具有抽象性，而我們中職類(lèi)學(xué)生基礎(chǔ)較薄弱，所以中技生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的過(guò)程就較吃力，針對(duì)這一特點(diǎn)，本人直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，利用直觀現(xiàn)象來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，集中學(xué)生的聽(tīng)課注意力。在講授本節(jié)內(nèi)容時(shí)，本人在課堂上親自演示用示波器測(cè)量單相半波整流電路的輸入輸出波形，學(xué)生可直觀波形，對(duì)比波形來(lái)理解整流的作用和目的。另外結(jié)合整流電路應(yīng)用于日常生活的電器（例如手機(jī)、MP3的充電器）來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)整流電路的興趣；在講授整流原理時(shí)進(jìn)行講練結(jié)合，用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法展開(kāi)教學(xué)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)充分利用插圖并通過(guò)教師的示范及學(xué)生親自動(dòng)手分析等，使學(xué)生逐步掌握分析電路的技能．要注意教給學(xué)生分析電路的方法，提高演示實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度。在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)最好邊講解，邊操作．教師的演示將對(duì)學(xué)生起示范作用，因此要注意操作的規(guī)范性。教學(xué)目標(biāo)與價(jià)值觀情感目標(biāo)：利用實(shí)物展示、掛圖和演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)引導(dǎo)學(xué)生理解整流的概念和作用，激發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)教育學(xué)的配合。能力目標(biāo)：幫助學(xué)生掌握單相半波整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理及負(fù)載電壓和電流的計(jì)算。價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生分析和檢修整流電路故障的能力。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)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(fù)載直流電壓電流的計(jì)算。課前教具準(zhǔn)備1N4007小功率整流二極管一只、手機(jī)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(xué)方法實(shí)物展示法、實(shí)驗(yàn)演示法、講練結(jié)合法、啟發(fā)誘導(dǎo)法教學(xué)活動(dòng)一：復(fù)習(xí)提問(wèn)（約3分鐘）（1）：教師拿出一個(gè)1N4007的小功率整流二極管復(fù)習(xí)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)。（2）：提問(wèn)二極管的單向?qū)щ娦圆⒄?qǐng)同學(xué)們畫(huà)出二極管的正、反向偏置電壓的電路圖。二：導(dǎo)入新課（約10分鐘）（一）：師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（教師展示手機(jī)充電器對(duì)鋰電池充電過(guò)程）師：同學(xué)們我們現(xiàn)在使用的手機(jī)鋰電池的低壓直流電能是從哪里得來(lái)的呢？生：是手機(jī)充電器供給的（學(xué)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(jī)鋰電池需要存儲(chǔ)的是低壓直流電能，那么請(qǐng)同學(xué)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(xué)生能回答）師：對(duì)了。所以今天這兩堂課我們就要一起來(lái)學(xué)習(xí)如何將電網(wǎng)中220V、50Hz的交流電能變換成脈動(dòng)的低壓直流電能單相半波整流電路（板書(shū)）（-）：教師演示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教師將準(zhǔn)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(cè)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(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)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(lái)理解單相半波整流電路的功能。（板書(shū)）整流：將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。（板圖）交流電壓r,-*卓相半被整流電路三：進(jìn)行授課（約71分鐘）（一）：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐返慕Y(jié)構(gòu)與工作原理（板書(shū)）（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(xué)們可在下面講授的半波整流原理中自己總結(jié)，到時(shí)老師請(qǐng)同學(xué)們回答。（任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)可集中學(xué)生的聽(tīng)課注意力）1：電路結(jié)構(gòu)組成（板書(shū)）（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(dǎo)電性進(jìn)行整流。(5)：負(fù)載Rjj是某一個(gè)具體的電子電路或其它性質(zhì)的負(fù)載。2:工作原理(板書(shū))教師引導(dǎo)：輸入整流電路的交流電壓來(lái)自于電源變壓器的二次繞組輸出端，在分析整流原理時(shí)應(yīng)將交流電壓分成正、負(fù)半周兩種情況來(lái)考慮。另外為了分析方便，變壓器T應(yīng)假設(shè)為無(wú)損耗的理想元件，整流二極管V應(yīng)為理想二極管，負(fù)載為純電阻性負(fù)載。(1)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐返恼髟?板書(shū))整流過(guò)程的核心就是利用整流二極管的單向?qū)щ娦浴?掛圖)注：圖中的燈只是用來(lái)檢驗(yàn)整流二極管的導(dǎo)通與截止的情況，在實(shí)際電路中人眼時(shí)看燈滅的情況，在這里目的是讓學(xué)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(dǎo)通時(shí)的電流回路分析（板書(shū)）（掛圖）教師提問(wèn)：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(qǐng)學(xué)生回答）②：若在上面圖中把整流二極管V極性對(duì)調(diào)后整理電路的原理又怎樣分析呢？（給1分鐘時(shí)間學(xué)生自行分析后再講解，起到了舉一反三的作用）探究活動(dòng)：通過(guò)整流二級(jí)管導(dǎo)通時(shí)電流的分析，可以進(jìn)一步理解整流電路的工作原理，同時(shí)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(gè)點(diǎn)出現(xiàn)開(kāi)路故障都將造成無(wú)電流輸出。（設(shè)置幾個(gè)開(kāi)路和短路故障，要求學(xué)生分析和排除故障現(xiàn)象，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。）（3）：輸出電壓極性與電壓電流波形分析（板書(shū)）（板圖）

I”I”設(shè)變壓器：次級(jí)繞組電壓為:u（t）=%；2Usin3122分析內(nèi)容：整流電路輸出電流由上而下流過(guò)負(fù)載RL，在RL上的壓降為輸出電壓UL,因?yàn)檩敵鲭妷簽閱蜗蛎}動(dòng)的直流電壓，所以它有正負(fù)極性，在RL上輸出上正下負(fù)的電壓。探究活動(dòng)：將整流二極管V極性對(duì)調(diào)后輸出電壓極性與電壓電流的波形又是怎樣呢？（學(xué)生自行分析）（二）：負(fù)載電壓、電流計(jì)算與整流二極管的選?。ò鍟?shū)）（約28分鐘）1：負(fù)載電壓電流計(jì)算（板書(shū)）由輸出電壓極性與電壓電流波形分析可知，負(fù)載所得半波整流電壓雖然方向不變，但大小總是隨時(shí)間變化，數(shù)學(xué)理論可證明輸出直流電壓UL為一個(gè)周期內(nèi)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(shū)）UUIJ輸出電流：/=3L=0-45-2（板書(shū)）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(shí)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?qū)〞r(shí)最大的整流電流I應(yīng)大于負(fù)載電流I，可見(jiàn)選RM2OML用整流二極管應(yīng)：I>I（板書(shū)）OMLU>”2U（板書(shū)）RM23:講解例題(教材P193例題1)通過(guò)例題講解可以幫助學(xué)生掌握選用整流二極管的方法。四：課堂小結(jié)(約6分鐘)(1)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐窂V泛應(yīng)用于電工電子技術(shù)中，其整流的原理是利用二極管的單向?qū)щ娦浴?2)：由于半波整流電路所采用元器件較少，所構(gòu)成的電路簡(jiǎn)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(dòng)大，變壓器一半的時(shí)間未利用，所以效率較低，只適用于對(duì)脈動(dòng)要求不高的場(chǎng)合。(可引導(dǎo)學(xué)生小結(jié))(3)：在選用整流二極管時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮最大的整流電流和最高的反向工作電壓。五：板書(shū)板圖設(shè)計(jì)單相半波整流電路整流：將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓。、?八二/八以—―f腺動(dòng)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(jié)構(gòu)與工作原理1:電路結(jié)構(gòu)組成2:工作原理(1)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐返恼髟?掛圖)

丫加正向偏置電壓導(dǎo)通示意圖（掛圖）（2）:V導(dǎo)通時(shí)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(fù)載電壓、電流計(jì)算與整流二極管的選取1：負(fù)載電壓電流計(jì)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(jí)汽修班講解整流濾波電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)同學(xué)們不太理解工作原理。剛開(kāi)始是這樣講的：壓）大小和方向隨時(shí)間不斷變化。.講交流轉(zhuǎn)變成直流的過(guò)程。為了簡(jiǎn)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(fù)兩個(gè)半周：正半周（下正下負(fù)）和負(fù)半周（下正上負(fù)）。先討論正半周（上正下負(fù)），此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下圖中紅色線條所示電流。

負(fù)載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負(fù)。再討論負(fù)半周，即下正上負(fù)。此時(shí)會(huì)產(chǎn)生下圖中綠色線條所示的電流。負(fù)載電流方向：從上到下；電壓方向：上正下負(fù)。整流電路小結(jié)：不管是正半周（上正下負(fù)）還是負(fù)半周（下正上負(fù)），負(fù)載電流都是從上往下，電壓方向都是上正下負(fù)。即：輸入的是交流電，負(fù)載得到的卻是直流電。完成了從交流到直流的轉(zhuǎn)變。接下來(lái)討論大小。我們知道二極管的管壓降是0.7V。也就是說(shuō)，二極管只在要導(dǎo)通，其管壓降（兩端電壓）一直是0.7丫，跟電流大小沒(méi)有關(guān)系。也就是說(shuō)，只要在輸入電壓的基礎(chǔ)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(huà)出輸出電壓波形。波形如下：

整流電路結(jié)論：綜合以上分析，我們可以得出，當(dāng)AB端輸入正弦交流電（Ui所示）時(shí)，OX上就會(huì)得到脈動(dòng)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(dòng)直流）。單相橋式整流電路的工作原理，如果用一句話(huà)來(lái)總結(jié)，那就是：兩兩成對(duì)，交替導(dǎo)通。.接下來(lái)講濾波電路。濾波電路的作用：把輸出電壓變得更加平滑。因?yàn)檎髦蟮妮敵鲭妷翰▌?dòng)很大，很多設(shè)備不能使用。濾波電路的分類(lèi)：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?yàn)殡娙轂V波電路簡(jiǎn)單，成本低，效果好；不好的是給整流二極管帶來(lái)很大的沖擊電流，還會(huì)產(chǎn)生高次諧波，對(duì)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(chǎng)合。組合濾波多用于要求較高的場(chǎng)合。電感濾波之后，往往會(huì)加一個(gè)電容，電感和電容就組成了組合濾波電路，當(dāng)然還有電阻與電容組合而成的濾波電路。畫(huà)出電容濾波電路:

電容濾波工作原理：一種是教材上的解釋?zhuān)娙菘梢园阎绷鞲魯?，又可以讓交流通過(guò)（隔直通交）。整流之后的脈動(dòng)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(guò)電容返回電源）。這樣一來(lái)，就只剩直流了。另一種解釋是，電容是儲(chǔ)能元件。當(dāng)輸入電壓高時(shí)，輸入不光給負(fù)載供電，還給電容充電，這時(shí)電容上儲(chǔ)存有相當(dāng)?shù)碾娔埽?dāng)輸入電壓由高轉(zhuǎn)低，電容就給負(fù)載放電。當(dāng)輸入電壓又升高后，又給電容充電。如此周而復(fù)始，在負(fù)載上就得到了比原來(lái)高且平滑的電壓。工作原理示意圖如下：經(jīng)過(guò)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(dāng)然此時(shí)輸入還給負(fù)載供電），直線部分是電容給負(fù)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(jié)：經(jīng)過(guò)上面的講述，同學(xué)們對(duì)整流有一定的認(rèn)識(shí)，但是理解不透徹；對(duì)濾波就是稍微有點(diǎn)概念，對(duì)工作原理理解不了。反思：面對(duì)同學(xué)們的困惑，我向同一教研組的其他老師請(qǐng)教，他們也想不出好的講解方法來(lái)。我又到網(wǎng)上搜索相關(guān)的教案、視頻、動(dòng)畫(huà)等資料，發(fā)現(xiàn)大同小異，跟我講的大體相當(dāng)。.后來(lái)我想起同學(xué)們?cè)诼?tīng)整流時(shí)，對(duì)為什么會(huì)產(chǎn)生圖中折線電流表示不理解。于是我在下一個(gè)班講解為什么會(huì)出現(xiàn)折線所示電流時(shí)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(shí)有兩個(gè)方向，流過(guò)哪些只二極管呢？流過(guò)D4不可能（電流方向與二極管方向相反），只能從D1流過(guò)。

這時(shí)也有兩個(gè)方向，可從D2流過(guò)不可能（電流方向與二極管方向相反），只能經(jīng)X流過(guò)電阻R1。這時(shí)又有兩個(gè)方向，從D3流過(guò)還從D4過(guò)呢？把各點(diǎn)電壓標(biāo)上去，就一目了然。假設(shè)某一時(shí)刻AB間的電壓為12V。令B點(diǎn)電壓為0V，則A點(diǎn)電壓為12V。因?yàn)槎O，D3的陽(yáng)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(guò)。同理，電流到達(dá)D3陰極后，也不能經(jīng)D2流過(guò)，只能回到電源負(fù)極B。電流流向如下圖所示：+再把圖中二極管移動(dòng)一下位置，得到下圖。同理，當(dāng)交流電下正上負(fù)時(shí)，可以得到如下圖所示電流:再做一下變形，即可得到。經(jīng)過(guò)如此講述，同學(xué)們對(duì)于折線所示電流有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。.接下來(lái)說(shuō)說(shuō)對(duì)濾波電路講解所做的改變。同學(xué)們對(duì)于濾波本身沒(méi)有太多的認(rèn)識(shí)，因此我舉一個(gè)關(guān)于水電站例子說(shuō)明濾波的作用。這是一座水電站示意圖。水庫(kù)的上游有很多條河流，把水流到水庫(kù)儲(chǔ)存起來(lái)。大壩下游裝有發(fā)電機(jī)。上游河流的水流是不穩(wěn)定的，時(shí)大時(shí)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(nóng)田灌溉、蓄洪泄洪等。而大壩下游的發(fā)電機(jī)卻要求供水非常穩(wěn)定，要不然發(fā)出的電時(shí)高時(shí)低，用起來(lái)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(dāng)?shù)模悍较虿蛔儯笮r(shí)刻在變。而供給發(fā)電機(jī)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(gè)問(wèn)題的辦法，就是在中間建一個(gè)水庫(kù)。當(dāng)上游戲河流水流大的時(shí)候，上游河流的水不光給發(fā)電機(jī)供水，還把多余的水儲(chǔ)存在水庫(kù)里，當(dāng)上游河流水流較小的時(shí)候，水庫(kù)就放出一部分水供給發(fā)電機(jī)，保證供給發(fā)電機(jī)的水流穩(wěn)定。此處水庫(kù)的作用就相當(dāng)于整流濾波電路中的電容：當(dāng)輸