《电工电子技术基础与应用》教案 第9课 二极管及其应用（二）

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课题二极管及其应用（二）——认识整流滤波电路课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握整流电路、滤波电路、稳压管稳压电路的结构和工作原理（2）能够正确调试整流滤波电路素质目标：（1）树立新时代社会主义青年的历史使命感和社会责任感（2）坚定实现中华民族伟大复兴的中国梦的理想信念教学重难点教学重点：掌握整流电路、滤波电路、稳压管稳压电路的结构和工作原理教学难点：正确调试整流滤波电路教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——调试整流滤波电路”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，了解整流滤波电路的相关知识【学生】完成课前任务考勤【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因任务导入【教师】提出以下问题：整流滤波电路有什么作用？其工作原理是什么？传授新知【教师】通过学生的回答引入要讲的知识，介绍整流电路和滤波电路的相关内容4.2.1整流电路整流电路是指将交流电变换为直流电的电路，它利用二极管的单向导电性，使交流电周期性地导通和截止，从而使负载得到单方向脉动的直流电。根据交流电源相数的不同，整流电路可分为单相整流电路和三相整流电路两种，其中最为常用的是功率较小的单相整流电路。根据整流电压波形的不同，单相整流电路可分为单相半波整流电路和单相全波整流电路两种，下面分别进行介绍。1．单相半波整流电路1）工作原理✈【教师】通过多媒体展示“单相半波整流电路”图片（详见教材），并进行讲解单相半波整流电路主要由电源变压器T、整流二极管VD和负载组成。其中，电源变压器的一次电压为，二次电压为，这两个电压均为正弦交流电压。设，当在正半周时，VD正向导通，此时有电流通过负载，若忽略VD的电压降，则两端的电压等于电源变压器的二次电压，即，两者的电压波形相同；当在负半周时，VD反向截止，上无电流通过，输出电压，此时全部加在VD的两端。单相半波整流电路的电压波形，其中为单方向的脉动电压，且仅获得的正半部分。2）性能参数单相半波整流电路的主要性能参数为负载上的直流电压和直流电流。负载上的直流电压是指一个周期内输出电压的平均值，即（4-1）负载上的直流电流为（4-2）3）整流二极管的选择整流二极管一般应根据最大整流电流和最大反向工作电压来选择。在单相半波整流电路中，整流二极管的最大整流电流与通过负载的直流电流相等，即（4-3）整流二极管截止时所承受的最大反向工作电压与电源变压器二次电压的最大值相等，即（4-4）【经验传承】一般情况下，电网电压允许在其额定值的范围内波动，因此在选择整流二极管时，最大整流电流和最大反向工作电压应留有至少的裕量，以保证整流二极管能够安全工作。单相半波整流电路虽然结构简单、元件较少，但由于效率较低、输出电压较低且脉动较大，因此只适用于整流电流较小，并且对电压脉动要求不高的场合。2．单相桥式整流电路✈【教师】通过多媒体展示“单相桥式整流电路”图片（详见教材），并进行讲解单相桥式整流电路是直流稳压电源中最常用的一种单相全波整流电路，它由四个整流二极管组成，其中，四个整流二极管接成了桥式；四个顶点中，两个整流二极管相同极性接在一起的一对顶点接向直流负载，两个整流二极管不同极性接在一起的一对顶点接向交流电源。1）工作原理在单相桥式整流电路中，当在正半周时，A点电位高于B点电位，整流二极管、正向导通，整流二极管、反向截止，电流的路径为A→→→→B。当在负半周时，B点电位高于A点电位，整流二极管、正向导通，整流二极管、反向截止，电流的路径为B→→→→A。✈【教师】通过多媒体展示“单相桥式整流电路的输出波形”图片（详见教材），并进行讲解由于、和、两对整流二极管交替正向导通，因此负载在的整个周期内都有电流通过，而且方向不变。2）性能参数与单相半波整流电路一样，单相桥式整流电路的主要性能参数也是负载上的直流电压和直流电流。负载上的直流电压为（4-5）负载上的直流电流为（4-6）3）整流二极管的选择单相桥式整流电路的整流二极管可根据最大整流电流和最大反向工作电压来选择。在单相桥式整流电路中，两对整流二极管交替导通，它们仅在电压的半个周期内通过电流，因此每个整流二极管的最大整流电流为负载上直流电流的一半，即（4-7）每个整流二极管的最大反向工作电压为（4-8）与单相半波整流电路相比，单相桥式整流电路的工作效率较高，输出电压较高且脉动较小。4.2.2滤波电路✈【教师】组织学生扫码观看“滤波电路”视频（详见教材），让学生对相关知识有一个大致地了解利用整流电路虽然可以把交流电转换为单一方向的直流电，但该直流电含有较大的脉动成分，不能保证电子设备正常工作。因此，在整流电路中，还需要利用由储能元件组成的滤波电路来过滤直流电中的脉动成分，使输出的电压更加平稳。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路三种，下面分别进行介绍。1．电容滤波电路✈【教师】通过多媒体展示“单相桥式整流电容滤波电路”图片（详见教材），并进行讲解电容滤波电路是最常见、最简单的滤波电路，它由滤波电容C与负载并联而成，可利用滤波电容的充放电来过滤输出电压中的脉动成分。单相桥式整流电容滤波电路。【经验传承】滤波电容一般采用电解电容，在接线时需要注意该电容的正、负极性。1）工作原理在单相桥式整流电容滤波电路中，当在正半周且（电容两端电压）时，、正向导通，给供电的同时对C充电；当充到最大电压（即）时，和都开始减小，按正弦规律减小。当在正半周且时，、因承受反向电压而截止，C对放电，按指数规律减小。✈【教师】通过多媒体展示“单相桥式整流电容滤波电路的输出波形”图片（详见教材），并进行讲解在负半周时的情况与在正半周时的相似，只是当时，、正向导通。经滤波后的脉动显著减小。2）负载上电压的计算采用电容滤波时，输出电压的平均值一般用以下公式估算，即（桥式、全波）（4-9）

（半波）（4-10）3）滤波电容的选择滤波电容的放电时间常数（）越大，则放电过程越慢，输出电压越高、脉动越小，即滤波效果越好。一般要求（桥式、全波）（4-11）（半波）（4-12）式中：T——交流电源电压的周期。电容滤波电路适用于要求输出电压较高、负载电流较小，并且负载较为稳定的场合。2．电感滤波电路电感滤波电路由电感L和负载串联而成，它利用电感对交流电压阻抗大的特点来过滤输出电压中的脉动成分，从而使得到平稳的电压。✈【教师】通过多媒体展示“单相桥式整流电感滤波电路”图片（详见教材），并进行讲解在单相桥式整流电感滤波电路中，当通过电感的电流增大时，电感产生的自感电压与电流的方向相反，电感将阻止电流的增加，并将一部分电能转换为磁场能存储起来；当通过电感的电流减小时，电感产生的自感电压与电流的方向相同，电感释放出存储的磁场能，以补偿电流，从而使得到平稳的电压。电感的工作频率越高、电感越大，滤波效果越好。当忽略电感线圈的电阻时，负载上的直流电压。经电感滤波后，通过负载的电流和负载上电压的脉动不但会减小，而且在电感产生的自感电压的作用下，整流二极管的冲击电流也会减小，从而延长整流二极管的寿命。电感滤波电路的缺点是体积大，易产生电磁干扰。电感滤波电路一般适用于低电压、大电流的场合。【学生】聆听、思考、理解、记录课堂实践【教师】准备器材，带领学生到实验室进行试验操作1）调试单相半波整流电容滤波电路（1）连接电路。（2）调节低压交流电源，使其输出电压为12V。（3）首先，断开开关S，用示波器分别测量和的波形，根据测量结果，在图中绘制输入、输出电压的波形；然后，将数字万用表调至电压检测挡，测量输入电压，测量值为；最后，将数字万用表调至直流电压检测挡，测量输出电压，测量值为。（4）闭合开关S，观察示波器上输出电压的波形，将数字万用表调至直流电压检测挡，测量此时的输出电压，测量值为。（5）改变负载电阻，观察输出电压波形的变化情况。2）调试单相桥式整流电容滤波电路（1）连接电路。（2）调节低压交流电源，使其输出电压为12V。（3）首先，断开开关S，用示波器分别测量和的波形，根据测量结果，在图中绘制输入、输出电压的波形；然后，将数字万用表调至交流电压检测挡，测量输入电压，测量值为；最后，将数字万用表调至直流电压检测挡，测量输出电压，测量值为。（4）闭合开关S，观察示波器上输出电压的波形，将数字万用表调至直流电压检测挡，测量此时的输出电压，测量值为。（5）改变负载电阻，观察输出电压波形的变化情况。……（详见教材）【学生】以小组为单位进行试验，根据分工填写“任务工单——测试二极管的伏安特性”【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题，根据学生表现填写考核评价表探索活动【教师】组织学生以小组为单位完成以下任务：结合上述调试结果，分析半波整流滤波电路和桥式整流滤波电路的功能特点，探索两种电路在工业生产和日常生活中的应用。分析、讨论，由小组代表上台发