《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用》教案 第9課 二極管及其應(yīng)用（二）

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課題二極管及其應(yīng)用（二）——認(rèn)識整流濾波電路課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：（1）掌握整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）能夠正確調(diào)試整流濾波電路素質(zhì)目標(biāo)：（1）樹立新時(shí)代社會主義青年的歷史使命感和社會責(zé)任感（2）堅(jiān)定實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢的理想信念教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：掌握整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)和工作原理教學(xué)難點(diǎn)：正確調(diào)試整流濾波電路教學(xué)方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，組織學(xué)生下載“任務(wù)工單——調(diào)試整流濾波電路”，并根據(jù)任務(wù)工單進(jìn)行組內(nèi)分工，同時(shí)提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，了解整流濾波電路的相關(guān)知識【學(xué)生】完成課前任務(wù)考勤【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】班干部報(bào)請假人員及原因任務(wù)導(dǎo)入【教師】提出以下問題：整流濾波電路有什么作用？其工作原理是什么？傳授新知【教師】通過學(xué)生的回答引入要講的知識，介紹整流電路和濾波電路的相關(guān)內(nèi)容4.2.1整流電路整流電路是指將交流電變換為直流電的電路，它利用二極管的單向?qū)щ娦?，使交流電周期性地?dǎo)通和截止，從而使負(fù)載得到單方向脈動的直流電。根據(jù)交流電源相數(shù)的不同，整流電路可分為單相整流電路和三相整流電路兩種，其中最為常用的是功率較小的單相整流電路。根據(jù)整流電壓波形的不同，單相整流電路可分為單相半波整流電路和單相全波整流電路兩種，下面分別進(jìn)行介紹。1．單相半波整流電路1）工作原理?【教師】通過多媒體展示“單相半波整流電路”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解單相半波整流電路主要由電源變壓器T、整流二極管VD和負(fù)載組成。其中，電源變壓器的一次電壓為，二次電壓為，這兩個(gè)電壓均為正弦交流電壓。設(shè)，當(dāng)在正半周時(shí)，VD正向?qū)?，此時(shí)有電流通過負(fù)載，若忽略VD的電壓降，則兩端的電壓等于電源變壓器的二次電壓，即，兩者的電壓波形相同；當(dāng)在負(fù)半周時(shí)，VD反向截止，上無電流通過，輸出電壓，此時(shí)全部加在VD的兩端。單相半波整流電路的電壓波形，其中為單方向的脈動電壓，且僅獲得的正半部分。2）性能參數(shù)單相半波整流電路的主要性能參數(shù)為負(fù)載上的直流電壓和直流電流。負(fù)載上的直流電壓是指一個(gè)周期內(nèi)輸出電壓的平均值，即（4-1）負(fù)載上的直流電流為（4-2）3）整流二極管的選擇整流二極管一般應(yīng)根據(jù)最大整流電流和最大反向工作電壓來選擇。在單相半波整流電路中，整流二極管的最大整流電流與通過負(fù)載的直流電流相等，即（4-3）整流二極管截止時(shí)所承受的最大反向工作電壓與電源變壓器二次電壓的最大值相等，即（4-4）【經(jīng)驗(yàn)傳承】一般情況下，電網(wǎng)電壓允許在其額定值的范圍內(nèi)波動，因此在選擇整流二極管時(shí)，最大整流電流和最大反向工作電壓應(yīng)留有至少的裕量，以保證整流二極管能夠安全工作。單相半波整流電路雖然結(jié)構(gòu)簡單、元件較少，但由于效率較低、輸出電壓較低且脈動較大，因此只適用于整流電流較小，并且對電壓脈動要求不高的場合。2．單相橋式整流電路?【教師】通過多媒體展示“單相橋式整流電路”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解單相橋式整流電路是直流穩(wěn)壓電源中最常用的一種單相全波整流電路，它由四個(gè)整流二極管組成，其中，四個(gè)整流二極管接成了橋式；四個(gè)頂點(diǎn)中，兩個(gè)整流二極管相同極性接在一起的一對頂點(diǎn)接向直流負(fù)載，兩個(gè)整流二極管不同極性接在一起的一對頂點(diǎn)接向交流電源。1）工作原理在單相橋式整流電路中，當(dāng)在正半周時(shí)，A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，整流二極管、正向?qū)?，整流二極管、反向截止，電流的路徑為A→→→→B。當(dāng)在負(fù)半周時(shí)，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，整流二極管、正向?qū)ǎ鞫O管、反向截止，電流的路徑為B→→→→A。?【教師】通過多媒體展示“單相橋式整流電路的輸出波形”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解由于、和、兩對整流二極管交替正向?qū)?，因此?fù)載在的整個(gè)周期內(nèi)都有電流通過，而且方向不變。2）性能參數(shù)與單相半波整流電路一樣，單相橋式整流電路的主要性能參數(shù)也是負(fù)載上的直流電壓和直流電流。負(fù)載上的直流電壓為（4-5）負(fù)載上的直流電流為（4-6）3）整流二極管的選擇單相橋式整流電路的整流二極管可根據(jù)最大整流電流和最大反向工作電壓來選擇。在單相橋式整流電路中，兩對整流二極管交替導(dǎo)通，它們僅在電壓的半個(gè)周期內(nèi)通過電流，因此每個(gè)整流二極管的最大整流電流為負(fù)載上直流電流的一半，即（4-7）每個(gè)整流二極管的最大反向工作電壓為（4-8）與單相半波整流電路相比，單相橋式整流電路的工作效率較高，輸出電壓較高且脈動較小。4.2.2濾波電路?【教師】組織學(xué)生掃碼觀看“濾波電路”視頻（詳見教材），讓學(xué)生對相關(guān)知識有一個(gè)大致地了解利用整流電路雖然可以把交流電轉(zhuǎn)換為單一方向的直流電，但該直流電含有較大的脈動成分，不能保證電子設(shè)備正常工作。因此，在整流電路中，還需要利用由儲能元件組成的濾波電路來過濾直流電中的脈動成分，使輸出的電壓更加平穩(wěn)。常用的濾波電路有電容濾波電路、電感濾波電路和復(fù)式濾波電路三種，下面分別進(jìn)行介紹。1．電容濾波電路?【教師】通過多媒體展示“單相橋式整流電容濾波電路”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解電容濾波電路是最常見、最簡單的濾波電路，它由濾波電容C與負(fù)載并聯(lián)而成，可利用濾波電容的充放電來過濾輸出電壓中的脈動成分。單相橋式整流電容濾波電路?！窘?jīng)驗(yàn)傳承】濾波電容一般采用電解電容，在接線時(shí)需要注意該電容的正、負(fù)極性。1）工作原理在單相橋式整流電容濾波電路中，當(dāng)在正半周且（電容兩端電壓）時(shí)，、正向?qū)?，給供電的同時(shí)對C充電；當(dāng)充到最大電壓（即）時(shí)，和都開始減小，按正弦規(guī)律減小。當(dāng)在正半周且時(shí)，、因承受反向電壓而截止，C對放電，按指數(shù)規(guī)律減小。?【教師】通過多媒體展示“單相橋式整流電容濾波電路的輸出波形”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解在負(fù)半周時(shí)的情況與在正半周時(shí)的相似，只是當(dāng)時(shí)，、正向?qū)?。?jīng)濾波后的脈動顯著減小。2）負(fù)載上電壓的計(jì)算采用電容濾波時(shí)，輸出電壓的平均值一般用以下公式估算，即（橋式、全波）（4-9）

（半波）（4-10）3）濾波電容的選擇濾波電容的放電時(shí)間常數(shù)（）越大，則放電過程越慢，輸出電壓越高、脈動越小，即濾波效果越好。一般要求（橋式、全波）（4-11）（半波）（4-12）式中：T——交流電源電壓的周期。電容濾波電路適用于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小，并且負(fù)載較為穩(wěn)定的場合。2．電感濾波電路電感濾波電路由電感L和負(fù)載串聯(lián)而成，它利用電感對交流電壓阻抗大的特點(diǎn)來過濾輸出電壓中的脈動成分，從而使得到平穩(wěn)的電壓。?【教師】通過多媒體展示“單相橋式整流電感濾波電路”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解在單相橋式整流電感濾波電路中，當(dāng)通過電感的電流增大時(shí)，電感產(chǎn)生的自感電壓與電流的方向相反，電感將阻止電流的增加，并將一部分電能轉(zhuǎn)換為磁場能存儲起來；當(dāng)通過電感的電流減小時(shí)，電感產(chǎn)生的自感電壓與電流的方向相同，電感釋放出存儲的磁場能，以補(bǔ)償電流，從而使得到平穩(wěn)的電壓。電感的工作頻率越高、電感越大，濾波效果越好。當(dāng)忽略電感線圈的電阻時(shí)，負(fù)載上的直流電壓。經(jīng)電感濾波后，通過負(fù)載的電流和負(fù)載上電壓的脈動不但會減小，而且在電感產(chǎn)生的自感電壓的作用下，整流二極管的沖擊電流也會減小，從而延長整流二極管的壽命。電感濾波電路的缺點(diǎn)是體積大，易產(chǎn)生電磁干擾。電感濾波電路一般適用于低電壓、大電流的場合?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解、記錄課堂實(shí)踐【教師】準(zhǔn)備器材，帶領(lǐng)學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)操作1）調(diào)試單相半波整流電容濾波電路（1）連接電路。（2）調(diào)節(jié)低壓交流電源，使其輸出電壓為12V。（3）首先，斷開開關(guān)S，用示波器分別測量和的波形，根據(jù)測量結(jié)果，在圖中繪制輸入、輸出電壓的波形；然后，將數(shù)字萬用表調(diào)至電壓檢測擋，測量輸入電壓，測量值為；最后，將數(shù)字萬用表調(diào)至直流電壓檢測擋，測量輸出電壓，測量值為。（4）閉合開關(guān)S，觀察示波器上輸出電壓的波形，將數(shù)字萬用表調(diào)至直流電壓檢測擋，測量此時(shí)的輸出電壓，測量值為。（5）改變負(fù)載電阻，觀察輸出電壓波形的變化情況。2）調(diào)試單相橋式整流電容濾波電路（1）連接電路。（2）調(diào)節(jié)低壓交流電源，使其輸出電壓為12V。（3）首先，斷開開關(guān)S，用示波器分別測量和的波形，根據(jù)測量結(jié)果，在圖中繪制輸入、輸出電壓的波形；然后，將數(shù)字萬用表調(diào)至交流電壓檢測擋，測量輸入電壓，測量值為；最后，將數(shù)字萬用表調(diào)至直流電壓檢測擋，測量輸出電壓，測量值為。（4）閉合開關(guān)S，觀察示波器上輸出電壓的波形，將數(shù)字萬用表調(diào)至直流電壓檢測擋，測量此時(shí)的輸出電壓，測量值為。（5）改變負(fù)載電阻，觀察輸出電壓波形的變化情況?！ㄔ斠娊滩模緦W(xué)生】以小組為單位進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)分工填寫“任務(wù)工單——測試二極管的伏安特性”【教師】巡堂輔導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問題，根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)填寫考核評價(jià)表探索活動【教師】組織學(xué)生以小組為單位完成以下任務(wù)：結(jié)合上述調(diào)試結(jié)果，分析半波整流濾波電路和橋式整流濾波電路的功能特點(diǎn)，探索兩種電路在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用。分析、討論，由小組代表上臺發(fā)