二極管整流電路信息化教學模式探討

高 慧

（湖南財經工業職業技術學院，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，但是有些設備需要用到直流電才能正常工作，比如經常用到的筆記本電腦，汽車上的用電設備都需要使用直流電。這就需要一種電路來實現從交流電到直流電的變換，這種電路就稱為整流電路。

所謂的整流其實就是電路的一個轉換裝置，把大小和方向都隨時間變化的交流電變換為大小和方向不再發生變化的直流電。而怎么變？這就涉及一個電路構建的問題，我們都知道二極管的特性就是單向導電性，那么利用二極管的這個特性就可以實現我們所說的變換。根據電路構建的不同，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，根據實際電路的需要，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際上是利用二極管的單向導電特性來進行工作的。它的電路結構非常簡單，只用一只二極管就可以實現整流，根據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極性整流電路兩種電路形式。

這種電路整流的原理就是當交流電的正半周期流過二極管時，二極管正偏導通，當交流電的負半周期流過二極管時，二極管反偏截止。這樣從負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定的問題，我們可以進一步改進電路。將4個整流二極管朝向一致，兩兩串聯后再并聯就形成的單向全波整流電路。這種電路形式由于4只二極管的結構類似于橋梁的結構，所以也被稱為橋式整流電路。

假設4只二極管分別為D1、D2、D3、D4，交流電源加在公共節點A、B之間。當正弦交流電的正半周期從A點流入電路時，二極管D2、D4導通，電流從A點流經二極管D2，流經負載電阻，流經二極管D4，最后回到B點，電流形成一個閉合的通路。當正弦交流電的負半周期從B點流入電路時，二極管D3、D1導通，電流從B點流經二極管當，流經負載電阻，流經二極管D1，最后回到A點，電流形成一個閉合的回路。由此可見，不管是正弦交流電的正半周期還是負半周期加在電路中，流過負載電阻的電流方向是固定的，且每時每刻都有負載電壓輸出。所以電源的利用率提高了。通過分析計算發現，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，因為它能夠在正弦交流電一個完整的周期內都能使得負載上面輸出直流電，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，零線直接與負載相連，三相電路的相位差為120°。電路的結構為3個整流二極管并聯然后與負載電阻串聯，二極管左側接三相交流電源的三相電壓。當三相電壓加在電路當中時，每次只有一相電壓使得其中一個二極管導通，另外的兩個二極管都截止，所以在三相交流電的整個周期中每次都可以從負載輸出一相電壓。通過這種電路連接方式，負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，負載上輸出的直流電的穩定性也大大提高。

因為生活中人們用到的電都是220 V的三相交流電，所以在整流電路中應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設計

在教學設計過程中，我們要明確教學目標，知識目標的明確通過教學讓學生進一步了解二極管的單向導電性、電路符號及主要參數。對流電路、濾波電路的工作過程、原理、應用通過實驗進行理解；技術目標的明確，通過教學設計學生能夠搭建出整流和濾波電路，合理選擇元件的參數，能夠運用萬用表和示波器有效地測量相關電量參數和波形。良好的教學設計能夠讓學生通過理論結合實際的方式學習知識，也能形成良好的操作能力，還能教會學生如何正確使用計算機。

通過上面的教學內容分析，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導電性原理。為了更好地讓學生理解和掌握二極管的相關知識，本研究從以下幾個反面進行信息化教學設計。

2.1 學情分析

這節課的內容是機電類專業學生的專業基本課程內容，基本上授課的學生都是高職院校二年級的學生。在這之前他們已經學習了“電子元器件的檢測”、“電子CAD”、“電工基礎”等專業課程，因此都具備了一定的專業基礎知識和技能。但是高職院校的學生普遍存在的問題就是專業基礎知識環節薄弱，理論的知識講解對于他們來講比較難理解。他們普遍喜歡實際的動手操作，而對于理論知識的積累不太感興趣。而且普遍會做，但是不知道為什么要這么做，表達和協調能力都有待提高。

2.2 教材分析

本節課的內容為模擬電子技術的一個小節的內容，考慮到學生學習的情況和教材的實用性，以及學院的實訓設備配套情況，我們選擇了偏向于項目化教學的實用教程。每節課的內容就是一個項目任務，通過實際操作完成任務來學習相關的理論知識，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。但是教學效果并不是很好，因為學生普遍不喜歡長篇大論式的理論講解，講多了還會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目教學法作為主要方式的一體化教材，并且結合學院世界對教材的內容進行了整合梳理，提煉出了適合湖南財經工業職業技術學院學生的教學內容。

2.3 教學策略

教學過程中采用理實一體化教學，仿真軟件模擬仿真以及視頻演示的方法來進行。將學生分成若干小組，小組內分工協作，組與組之間競爭合作，允許通過網絡資源查閱相關資料。

以往的教學過程大多數時候都是老師一個人在講臺上面講，在講臺上面演示，學生的參與度不高，并且學習的積極性不高。通過教學環節的巧妙設計，讓學生都能夠積極地參與到課堂教學過程中來，極大地調動了學生學習的積極性，并且培養了學生的創新動手能力和小組分工協作的能力。

2.4 教學活動設計

首先，在課前對整個班級學生進行分組，完成課前舊知識點的復習和新知識的預習工作。重點要求學生通過教材、圖書、網絡查閱二極管整流電路的相關資料。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生看，調動學生的學習積極性。接下來，學生動手連接電路并對電路進行調試，在這個過程中教師只是巡回指導，課堂的主動權掌握在學生手中，學生通過小組分工協作完成實際電路的連接和調試。

2.5 學生活動設計

學生在課前要完成舊的相關知識點的回顧和復習，通過網絡查閱本節課的新內容半導體二極管整流電路的相關知識。老師講解相關內容時，認真聽講，與老師積極互動，回答老師提出的問題，并能夠有所思考。體會仿真模擬軟件的效果，認真領會電路中電流的流向和最后輸出的直流電的大小。在實際連接電路操作環節，要認真讀懂電路圖，根據電工操作要求連接電路，電路連接好后要進行調試，調試無誤后才可以進行波形演示。

各小組完成自己的電路連接和實物演示時候，就進入各小組上臺展示環節，每個小組派出一個代表上臺展示本組成員的作品質量和效果，說明小組成員的分工協作任務分工，通過展示，老師根據展示情況和電子工藝要求進行點評和更正，并評選出優秀的作品進行展示。小組與小組之間也可以進行相互點評，結合老師的點評和其他小組成員的點評，各小組要對本小組存在的問題進行糾正，以達到良好的教學效果。

2.6 教學反思

通過上述的信息化教學設計，學生對二極管整流電路的原理及工作過程有了深刻的理解，并掌握了實際電路的連接和調試方法，動手能力和協作能力都得到了很大的提高，教學的效果比單純地講解式教學效果良好。

在今后的教學過程中，還要繼續注意理實一體化教學，引導學生邊學邊做，通過小組合作，鍛煉學生的自主學習能力和學習的主動性。

通過小組展示的方法極大地鍛煉了學生的語言表達能力和創新精神。針對實際操作中發現的問題及時糾正引導，能夠及時有效地解決學習過程中的難題。

二極管整流電路是“模擬電子技術”這門課程中的其中一個小節的內容，通過本節課的學習和實際動手操作，學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，這給后續內容的學習打下了良好的基礎，使得學習過程不再是枯燥乏味聽不懂的壓抑狀態了，而是變成積極操作，展現自我的愉悅體驗時間。

3 結語

由于本課程的知識非常抽象，對與學生理解的難度提高，通過上面的教學設計學生能夠更快速地了解知識點，給后續內容的學習打下了良好的基礎，還能有效地提升教學質量。