二極管整流電路信息化教學(xué)模式探討

高 慧

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

1 二極管整流電路

日常生活中，人們使用的都是220 V的交流電，但是有些設(shè)備需要用到直流電才能正常工作，比如經(jīng)常用到的筆記本電腦，汽車上的用電設(shè)備都需要使用直流電。這就需要一種電路來實(shí)現(xiàn)從交流電到直流電的變換，這種電路就稱為整流電路。

所謂的整流其實(shí)就是電路的一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，把大小和方向都隨時(shí)間變化的交流電變換為大小和方向不再發(fā)生變化的直流電。而怎么變？這就涉及一個(gè)電路構(gòu)建的問題，我們都知道二極管的特性就是單向?qū)щ娦?，那么利用二極管的這個(gè)特性就可以實(shí)現(xiàn)我們所說的變換。根據(jù)電路構(gòu)建的不同，整流后電源的利用率以及最后輸出的直流電的大小都是不同的，根據(jù)實(shí)際電路的需要，通常有如下幾種整流電路的形式。

1.1 單相半波

二極管半波整流電路實(shí)際上是利用二極管的單向?qū)щ娞匦詠磉M(jìn)行工作的。它的電路結(jié)構(gòu)非常簡單，只用一只二極管就可以實(shí)現(xiàn)整流，根據(jù)輸出的直流電壓的極性的不同，單相半波整流電路又有正極性半波整流電路和負(fù)極性整流電路兩種電路形式。

這種電路整流的原理就是當(dāng)交流電的正半周期流過二極管時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，當(dāng)交流電的負(fù)半周期流過二極管時(shí)，二極管反偏截止。這樣從負(fù)載上面輸出的電壓就是直流電了。但是這種電路整流輸出的電流波動(dòng)比較大，而且沒有充分利用電源的電能（只利用了一半），所以實(shí)際的整流電路一般不采用這種電路形式。

1.2 單相全波

為了解決單相半波整流電路存在的電能利用率不高，以及輸出直流電不穩(wěn)定的問題，我們可以進(jìn)一步改進(jìn)電路。將4個(gè)整流二極管朝向一致，兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)就形成的單向全波整流電路。這種電路形式由于4只二極管的結(jié)構(gòu)類似于橋梁的結(jié)構(gòu)，所以也被稱為橋式整流電路。

假設(shè)4只二極管分別為D1、D2、D3、D4，交流電源加在公共節(jié)點(diǎn)A、B之間。當(dāng)正弦交流電的正半周期從A點(diǎn)流入電路時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，電流從A點(diǎn)流經(jīng)二極管D2，流經(jīng)負(fù)載電阻，流經(jīng)二極管D4，最后回到B點(diǎn)，電流形成一個(gè)閉合的通路。當(dāng)正弦交流電的負(fù)半周期從B點(diǎn)流入電路時(shí)，二極管D3、D1導(dǎo)通，電流從B點(diǎn)流經(jīng)二極管當(dāng)，流經(jīng)負(fù)載電阻，流經(jīng)二極管D1，最后回到A點(diǎn)，電流形成一個(gè)閉合的回路。由此可見，不管是正弦交流電的正半周期還是負(fù)半周期加在電路中，流過負(fù)載電阻的電流方向是固定的，且每時(shí)每刻都有負(fù)載電壓輸出。所以電源的利用率提高了。通過分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，輸出的直流電壓是單向半波電路的2倍。

在單相整流電路中，出于電源的利用率以及整流后輸出的直流電的大小方面考慮，我們通常都是選擇單相橋式整流電路，因?yàn)樗軌蛟谡医涣麟娨粋€(gè)完整的周期內(nèi)都能使得負(fù)載上面輸出直流電，所以效率比較高。

1.3 三相半波整流

三相半波整流電路的電源是星型連接，零線直接與負(fù)載相連，三相電路的相位差為120°。電路的結(jié)構(gòu)為3個(gè)整流二極管并聯(lián)然后與負(fù)載電阻串聯(lián)，二極管左側(cè)接三相交流電源的三相電壓。當(dāng)三相電壓加在電路當(dāng)中時(shí)，每次只有一相電壓使得其中一個(gè)二極管導(dǎo)通，另外的兩個(gè)二極管都截止，所以在三相交流電的整個(gè)周期中每次都可以從負(fù)載輸出一相電壓。通過這種電路連接方式，負(fù)載上面輸出的電壓就等于三相電源的相電壓，電源的利用率大大提高，負(fù)載上輸出的直流電的穩(wěn)定性也大大提高。

因?yàn)樯钪腥藗冇玫降碾姸际?20 V的三相交流電，所以在整流電路中應(yīng)用的最多的就是這種三相橋式整流電路。

2 二極管整流電路信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，我們要明確教學(xué)目標(biāo)，知識目標(biāo)的明確通過教學(xué)讓學(xué)生進(jìn)一步了解二極管的單向?qū)щ娦?、電路符號及主要參?shù)。對流電路、濾波電路的工作過程、原理、應(yīng)用通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理解；技術(shù)目標(biāo)的明確，通過教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)生能夠搭建出整流和濾波電路，合理選擇元件的參數(shù)，能夠運(yùn)用萬用表和示波器有效地測量相關(guān)電量參數(shù)和波形。良好的教學(xué)設(shè)計(jì)能夠讓學(xué)生通過理論結(jié)合實(shí)際的方式學(xué)習(xí)知識，也能形成良好的操作能力，還能教會(huì)學(xué)生如何正確使用計(jì)算機(jī)。

通過上面的教學(xué)內(nèi)容分析，我們知道了二極管整流電路不管是哪種電路形式都是利用了二極管的單向?qū)щ娦栽怼榱烁玫刈寣W(xué)生理解和掌握二極管的相關(guān)知識，本研究從以下幾個(gè)反面進(jìn)行信息化教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 學(xué)情分析

這節(jié)課的內(nèi)容是機(jī)電類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基本課程內(nèi)容，基本上授課的學(xué)生都是高職院校二年級的學(xué)生。在這之前他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了“電子元器件的檢測”、“電子CAD”、“電工基礎(chǔ)”等專業(yè)課程，因此都具備了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識和技能。但是高職院校的學(xué)生普遍存在的問題就是專業(yè)基礎(chǔ)知識環(huán)節(jié)薄弱，理論的知識講解對于他們來講比較難理解。他們普遍喜歡實(shí)際的動(dòng)手操作，而對于理論知識的積累不太感興趣。而且普遍會(huì)做，但是不知道為什么要這么做，表達(dá)和協(xié)調(diào)能力都有待提高。

2.2 教材分析

本節(jié)課的內(nèi)容為模擬電子技術(shù)的一個(gè)小節(jié)的內(nèi)容，考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)的情況和教材的實(shí)用性，以及學(xué)院的實(shí)訓(xùn)設(shè)備配套情況，我們選擇了偏向于項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)用教程。每節(jié)課的內(nèi)容就是一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，通過實(shí)際操作完成任務(wù)來學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識，而不是單純地講授理論知識。

在之前選用的教材中，大多注重理論知識體系的講解，從知識層面來告訴學(xué)生什么是整流，如何整流，如何提高整流電路的效率。但是教學(xué)效果并不是很好，因?yàn)閷W(xué)生普遍不喜歡長篇大論式的理論講解，講多了還會(huì)起到一些不好的反作用，所以本次在教材的選用上我們就大膽地選用了以項(xiàng)目教學(xué)法作為主要方式的一體化教材，并且結(jié)合學(xué)院世界對教材的內(nèi)容進(jìn)行了整合梳理，提煉出了適合湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容。

2.3 教學(xué)策略

教學(xué)過程中采用理實(shí)一體化教學(xué)，仿真軟件模擬仿真以及視頻演示的方法來進(jìn)行。將學(xué)生分成若干小組，小組內(nèi)分工協(xié)作，組與組之間競爭合作，允許通過網(wǎng)絡(luò)資源查閱相關(guān)資料。

以往的教學(xué)過程大多數(shù)時(shí)候都是老師一個(gè)人在講臺上面講，在講臺上面演示，學(xué)生的參與度不高，并且學(xué)習(xí)的積極性不高。通過教學(xué)環(huán)節(jié)的巧妙設(shè)計(jì)，讓學(xué)生都能夠積極地參與到課堂教學(xué)過程中來，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)手能力和小組分工協(xié)作的能力。

2.4 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

首先，在課前對整個(gè)班級學(xué)生進(jìn)行分組，完成課前舊知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)和新知識的預(yù)習(xí)工作。重點(diǎn)要求學(xué)生通過教材、圖書、網(wǎng)絡(luò)查閱二極管整流電路的相關(guān)資料。上課過程中首先由老師講解二極管半波整流電路的工作原理，通過模擬軟件仿真演示給學(xué)生看，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。接下來，學(xué)生動(dòng)手連接電路并對電路進(jìn)行調(diào)試，在這個(gè)過程中教師只是巡回指導(dǎo)，課堂的主動(dòng)權(quán)掌握在學(xué)生手中，學(xué)生通過小組分工協(xié)作完成實(shí)際電路的連接和調(diào)試。

2.5 學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

學(xué)生在課前要完成舊的相關(guān)知識點(diǎn)的回顧和復(fù)習(xí)，通過網(wǎng)絡(luò)查閱本節(jié)課的新內(nèi)容半導(dǎo)體二極管整流電路的相關(guān)知識。老師講解相關(guān)內(nèi)容時(shí)，認(rèn)真聽講，與老師積極互動(dòng)，回答老師提出的問題，并能夠有所思考。體會(huì)仿真模擬軟件的效果，認(rèn)真領(lǐng)會(huì)電路中電流的流向和最后輸出的直流電的大小。在實(shí)際連接電路操作環(huán)節(jié)，要認(rèn)真讀懂電路圖，根據(jù)電工操作要求連接電路，電路連接好后要進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試無誤后才可以進(jìn)行波形演示。

各小組完成自己的電路連接和實(shí)物演示時(shí)候，就進(jìn)入各小組上臺展示環(huán)節(jié)，每個(gè)小組派出一個(gè)代表上臺展示本組成員的作品質(zhì)量和效果，說明小組成員的分工協(xié)作任務(wù)分工，通過展示，老師根據(jù)展示情況和電子工藝要求進(jìn)行點(diǎn)評和更正，并評選出優(yōu)秀的作品進(jìn)行展示。小組與小組之間也可以進(jìn)行相互點(diǎn)評，結(jié)合老師的點(diǎn)評和其他小組成員的點(diǎn)評，各小組要對本小組存在的問題進(jìn)行糾正，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2.6 教學(xué)反思

通過上述的信息化教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生對二極管整流電路的原理及工作過程有了深刻的理解，并掌握了實(shí)際電路的連接和調(diào)試方法，動(dòng)手能力和協(xié)作能力都得到了很大的提高，教學(xué)的效果比單純地講解式教學(xué)效果良好。

在今后的教學(xué)過程中，還要繼續(xù)注意理實(shí)一體化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)邊做，通過小組合作，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

通過小組展示的方法極大地鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力和創(chuàng)新精神。針對實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)糾正引導(dǎo)，能夠及時(shí)有效地解決學(xué)習(xí)過程中的難題。

二極管整流電路是“模擬電子技術(shù)”這門課程中的其中一個(gè)小節(jié)的內(nèi)容，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)和實(shí)際動(dòng)手操作，學(xué)生們對二極管的基本概念及檢測以及整流電路的連接和檢測都能夠很好地掌握了，這給后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，使得學(xué)習(xí)過程不再是枯燥乏味聽不懂的壓抑狀態(tài)了，而是變成積極操作，展現(xiàn)自我的愉悅體驗(yàn)時(shí)間。

3 結(jié)語

由于本課程的知識非常抽象，對與學(xué)生理解的難度提高，通過上面的教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)生能夠更快速地了解知識點(diǎn)，給后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，還能有效地提升教學(xué)質(zhì)量。