Цели урока:
- Изучить устройство двухполупериодного выпрямитель с мостовой схемой по временным диаграммам, электронные процессы протекающие в его элементах, назначения выпрямителя, применение в РЭА.
- Развивать у учащихся умения выделить главное в изучаемом материале.
- Способствовать развитию критического мышления учащихся, способствовать выработке умений правильной постановки вопросов.
- Формировать информационные и коммуникативные компетентнции.
- Воспитывать настойчивость, целеустремленность, творческую активность.
Тип урока: комбинированный урок.
Методы обучения: словесные, наглядные, практические, частично - исследовательский.
Форма обучения: индивидуальная, групповая, фронтальная.
Дидактическое оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, электронный динамический плакат, карточки с задачами, справочная литература, оценочный лист.
Ход урока
I. Организационная часть.
1.1. Озвучивание цели и темы урока.
Преподаватель: В течение урока Вы будете выставлять в оценочный лист заработанные баллы за ответы на уроке. Подсчитав, общее количество баллов Вы выставите оценку за урок в графе - "Оценка". Критерии оценок приведены в оценочном листе (Приложение 1).
II. Проверка изученного материала.
2.1.Повторение материала по теме полупроводниковые приборы
Преподаватель: С целью повторения изученных основных понятий на предыдущих уроках Вам предлагается ответить на электронный тест. Время выполнения 7 минут (учащиеся находятся за компьютерами), в конце теста нажимаете клавишу "ПОКАЗАТЬ РЕЗУЛЬТАТ", полученный результат - количество правильных ответов, записать в оценочный лист, в графу: электронный тест.
По завершению работы с тестом, Вы пересаживаетесь за учебные столы (столы расположены по два вместе) по 5 человек, будете работать группой.
ТЕСТ:
1. Что является свободными носителями заряда в полупроводнике типа n?
а) электроны и дырки
б) дырки
в) электроны
2. Нa каком рисунке изображен транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером?
3. Чем отличаются схемы включения транзисторов с ОБ, ОЭ, ОК?
а) способом включения источника сигнала
б) способом включения нагрузки
в) способом включения источника сигнала и нагрузки
4. Что является свободными носителями заряда в полупроводнике типа p?
а) электроны и дырки б) дырки в) электроны
5. Чем объяснить нелинейность вольт-амперной характеристики p - n перехода?
а) дефектами кристаллической структуры
б) собственным сопротивлением полупроводника
в) вентильными свойствами
6. В каком направлении включается коллекторный p-n переход в транзисторе?
а) в прямом
б) в обратном
в) это зависит от типа кристалла
г) это зависит от типа включения транзистора
7. К кристаллу р - типа подключён плюс источника напряжения, к кристаллу n - типа - минус. Какие носители заряда обеспечивают прохождение тока через p-n - переход?
а) Основные
б) Неосновные
в) Ионы кристаллической решётки
8. Каково соотношение между прямым Rпр и обратным сопротивлением Rобр полупроводникового диода?
а) Rпр > Rобр б) Rпр < Rобр в) Rпр ?Rобр г) Rпр << Rобр
9. Каково основное достоинство точечного диода?
а) малые размеры
б) простота конструкции
в) малая ёмкость p-n - перехода
10. С какой целью мощные диоды изготавливают в массивных металлических корпусах?
а) для выполнения прочности
б) для лучшего отвода теплоты
в) для повышения пробивного напряжения
11. Какие диоды используют для выпрямления переменного тока?
а) Плоскостные
б) Точечные
в) Плоскостные и точечные
12. Как выбираются выпрямительные диоды?
а) По прямому току
б) По обратному напряжению
в) По прямому току и обратному напряжению
13. В каком направлении включаются эмиттерный и коллекторный p-n - переходы биполярного транзистора
а) Это зависит от типа транзистора (n-p-n или p-n-p)
б) Оба перехода в прямом направлении
в) Эмиттерный - в обратном, коллекторный - в прямом
г) Эмиттерный - в прямом, коллекторный - в обратном
14. При какой схеме включения транзистора коэффициент усиления по мощности меньше или равен единице?
а) С общей базой
б) С общим эмиттером
в) С общим коллектором
г) Во всех указанных случаях он больше единицы
15. Как изменится ток Iс стока при увеличении напряжения Uз-и на затворе 3 полевого транзистора относительно истока И?
а) Не изменится б) Увеличится в) Уменьшится
2.2. Фронтальный опрос
Преподаватель: Перед тем как приступить к изучению новой темы, давайте вспомним работу двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, для этого Вы должны ответить на следующие вопросы:
Нарисуйте схему двухполупериодного выпрямителя.
Изобразите формы напряжения и тока в цепях выпрямителя.
Изобразите форму напряжения на сопротивлении нагрузки.
Опишите принцип работы двухполупериодного выпрямителя.
Чему равен коэффициент пульсации двухполупериодного выпрямителя?
Чему равен коэффициент пульсации однополупериодного выпрямителя?
На чем основан принцип преобразования переменного напряжения в постоянный?
Какие полупроводниковые диоды применяются в выпрямительных схемах?
Назовите основной недостаток двухполупериодной схемы выпрямителя.
Что такое пробой p-n перехода? Каковы виды пробоя?
Каждый учащийся, ответивший правильно на вопрос или дополнявший ответ, должен поставить количество набранных баллов в оценочный лист, в графу: ответы на теоретические вопросы, (один ответ - 1 бал).
III. Изучение нового материала
3.1. Рассказ преподавателя: Как мы уже знаем наиболее распространенным источником постоянного тока является выпрямитель. Выпрямитель в большинстве своих случаев состоит из силового трансформатора (или автотрансформатора), служащего для повышения или понижения напряжения до нужной величины; одного или нескольких вентилей, обдающих односторонней проводимостью тока и выполняющих функцию выпрямителя - преобразователя переменного тока в постоянный.
На прошлом занятии мы изучили двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, его устройство и принцип работы, а сейчас рассмотрим двухполупериодный выпрямитель с мостовой схемой (рис.1). (Объяснение схемы работы мостового выпрямителя ведется с использованием электронного динамического плаката)
Рис. 1. Схема работы мостового выпрямителя.
Однофазная мостовая схема выпрямления (схема 1. а, б) состоит из трансформатора Т1 и четырех диодов, собранных по схеме моста. Одна из диагоналей моста присоединена к вентильной обмотке трансформатора, вторая диагональ на нагрузку Rd. Положительным полюсом нагрузки является общая точка соединения катодов диодов, отрицательным - точка соединения анодов.
Кривая напряжения вентильной обмотки трансформатора приведена на схеме 2 в.
В первый полупериод синусоидального напряжения, когда в точке 1 положительный потенциал, а в точке 2 отрицательный потенциал. Ток протекает через диод VD1 (схема 1а), сопротивление нагрузки Rd и диод VD3 в направлении, показанном стрелками с одним штрихом. Диоды VD2 и VD4 в этот момент тока не пропускают и находятся под обратным напряжением. Во второй полупериод, когда точка 1 вентильной обмотки находится под отрицательным потенциалом, а точка 2 под положительным (схема 1б), ток протекает через диод VD2, сопротивление нагрузки Rd и диод VD4 в направлении, указанном стрелками с двумя штрихами. Диоды VD1 и VD3 в этот полупериод тока не пропускают.
Таким образом, токи, текущие через нагрузку Rd, совпадают по направлению. Кривые тока в нагрузке и напряжения на ней показаны на схеме 2г; они такие же, как у двухполупериодной схемы с нулевой точкой, поэтому соотношения между напряжениями трансформатора и нагрузки в данной схеме такие же, как у двухполупериодной схемы.
Кривая обратного напряжения на диоде приведена на схеме 2д. В проводящий отрезок времени напряжение на диоде (между анодом и катодом) равно нулю. Когда диод не проводит тока (например, диод VD1), к его аноду приложено отрицательное напряжение верхнего конца вентильной обмотки, а к катоду через работающий диод VD2, сопротивление которого можно считать равным нулю, приложено положительное напряжение нижнего конца вентильной обмотки. Таким образом, в непроводящем направлении диод оказывается под напряжением вентильной обмотки трансформатора.
Коэффициент пульсации Кп = 0,67.
Схема 2. Кривая напряжения работы выпрямителя.
Следует иметь в виду, что однофазная мостовая схема может быть непосредственно включена в цепь переменного тока, если напряжение сети обеспечивает требуемое значение выпрямленного напряжения, что является достоинством этой схемы. Недостаток мостовой схемы - наличие четырех диодов, точнее четырех диодных плечей. Однако при выполнении мостовой и двухполупериодной схем выпрямления на полупроводниковых диодах, максимальное обратное напряжение которых невелико, приходится включать по нескольку диодов последовательно, вследствие чего число диодов в обеих схемах может получиться одинаковым. Это объясняется тем, что в мостовой схеме обратное напряжение, приходящееся на одно плечо моста, в два раза меньше, чем в двухполупериодной схеме, поэтому число последовательно соединенных вентилей в плече будет в два раза меньше.
На рисунке 3. показана поочередность работы диодов в мостовой схеме выпрямителя и временные диаграммы выпрямленного напряжения с учетом работы емкостного фильтры (показано прерывистой линией).
Схема 3. Работа однофазного двухполупериодного выпрямителя с мостовой схемой
В первый полупериод напряжения U2(t) открыты диоды 1 и 4: на нагрузке создается напряжение Uн=U2. Во второй полупериод открыты диоды 3 и 2: на нагрузке создается напряжение Uн=-U2, т.е. того же напряжения, что и в первый полупериод. При этом возрастает среднее значение напряжения на нагрузке по сравнению с однополупериодным выпрямлением, а пульсации уменьшаются.
(Объяснение принципа работы по электронному динамическому плакату - двухполупериодной мостовой схема выпрямления).
IV. Закрепление изученного материала.
4.1. Выполнение практического задания
Преподаватель: Сейчас каждая группа получит задачу на определение основных параметров выпрямителя, составление схемы выпрямителя и по полученным характеристикам необходимо подобрать тип выпрямительного диода по справочной литературе.
Один учащейся от каждой группы на компьютере с помощью электронной программы Electronics Workbench (EWB) моделируют схему выпрямителя, и по мере решения задачи вносит в нее необходимые схемные решения.
Задача №1.
Составить схему двухполупериодного выпрямитель со средней точкой, используя диод с параметрами: Iдоп.=2A, Uобр.=200B. Мощность потребителя Pd=500Вт. Напряжение Ud=50B. Определить мощность S1,S2 и мощность трансформатора Sтр, если U1= 220B.
Задача №2.
Составить схему однополупериодного выпрямитель, используя диод с параметрами: Iдоп.=5A, Uобр.=60B. Мощность потребителя Pd=300Вт, напряжение Ud=50B. Схема работает на "П"-образном LC- фильтре. Определить: токи I1, I2, мощности S1,S2, Sтр. если напряжение питания U1= 380B.
Задача №3.
Составить схему однополупериодного выпрямитель, используя диод с параметрами: Iдоп.=3A, Uобр.=250B. Мощность потребителя Pd=400Вт, напряжение Ud=200B. В схеме включить "П"-образном RC- фильтре.
Задача №4.
Составить схему двухполупериодного выпрямитель со средней точкой, используя диод с параметрами: Iдоп.=5A, Uобр.=60B. Мощность потребителя Pd=300Вт, напряжение потребителя Ud=50B. Определить: напряжение U1, U2 и токи I1, I2, если Ктр=2.
Задача №5.
Составить схему мостового выпрямитель, используя диод с параметрами: Iдоп.=2A, Uобр.=60B. Мощность потребителя Pd=300Вт, напряжение потребителя Ud=100B. В схеме выпрямителя применить включить "Г" - образном RC- фильтре.
По окончанию решения задач представитель от каждой группы проверяет смоделированную схему соседней группы: 1гр. >2гр.; 2гр. >3гр.; 3гр. >4гр.; 4гр. >5гр.; 5гр. >1гр. (взаимопроверка).
По результатам проверки представитель группы выставляет заработанный бал в оценочный лист учащимся группы, в графу: решение задач.
4.2. Ответить на вопросы (фронтальный опрос):
1. Назовите особенности мостовой схемы выпрямителя.
2. Какова область применения мостовой схемы выпрямителя?
3. Назовите преимущества и недостатки мостовой схемы выпрямителя.
4. Какой схемой выпрямителя можно заменить мостовую схему выпрямителя?
5. Что можно применить для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя?
V. Домашнее задание.
4.3, учебник: Б.И.Горошков, А.Б.Горошков, "Электронная техника", ответить на вопросы.
На миллиметровке построить временные диаграммы, объясняющие работу мостовой схемы выпрямителя.
VI. Рефлексия.
Преподаватель:
Сейчас в оценочном листе в графе: рефлексия, поставьте каждый себе балл по усвоению данной темы урока: "5" - все понятно, вопросов не возникло;
"4" - имеются некоторые затруднения;
"3" - тема урока плохо усвоена.
Затем сложите заработанные баллы и выставите себе оценку.