Bài giảng Chuyên đề học tập vật lí 12-Chân trời sáng tạo. Bài 3. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

Bài giảng Chuyên đề học tập vật lí 12-Chân trời sáng tạo. Bài giảng soạn theo từng bài trong sách chuyên đề học tập Vật lí lớp 12, bộ sách CTST. Bài 3. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

NHIỆT LIỆT CHÀO ĐÓN

CẢ LỚP ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI!

Một số thiết bị điện sử dụng dòng điện một chiều như điện thoại, xe đạp điện,

xe máy điện, ô tô điện, Tuy nhiên, khi sạc pin cho điện thoại, ta vẫn cắm điện thoại vào ổ điện xoay chiều thông qua bộ sạc pin Làm thế nào có thể chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều?

KHỞI ĐỘNG

Gợi ý

Sử dụng bộ chuyển đổi dòng điện từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều, thông thường thiết bị chính của

bộ chuyển đổi đó là diode

BÀI 3: CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

NỘI DUNG BÀI HỌC

THÍ NGHIỆM VỀ SỰ DẪN ĐIỆN

CỦA DIODE BÁN DẪN

a) Khái niệm diode bán dẫn

Một số loại diode bán dẫn

Mô tả cấu tạo và nêu đặc tính của diode bán dẫn

GHI NHỚ

 Diode bán dẫn là linh kiện bán dẫn chỉ

cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều nhất định

 Diode bán dẫn có hai cực: cực dương (A)

và cực âm (K) Diode bán dẫn chỉ dẫn điện theo một chiều từ A sang K

Video tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của diode

b) Thực hiện thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp qua diode bán dẫn

Thảo luận 1 (SGK - tr.19)

Tiến hành thí nghiệm theo các

bước gợi ý từ đó thu thập và

ghi nhận số liệu vào vở theo

mẫu bảng 3.1, bảng 3.2

Chia lớp thành các nhóm 4 - 5 HS

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện chạy qua

diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó

Chuẩn bị dụng cụ như hình

Tiến hành a) Phân cực thuận

 Bước 1: Đặt ampe kế ở thang đo mA.

 Bước 2: Mắc mạch điện như Hình

3.4 để khảo sát mạch điện diode phân cực thuận

 Bước 3: Điều chỉnh biến trở Rb để số chỉ của vôn kế tăng dần từ 0, ghi lại

số chỉ trên vôn kế và ampe kế mỗi lần điều chỉnh Rb.

Tiến hành b) Phân cực ngược

 Bước 1: Đặt ampe kế ở thang đo mA.

 Bước 2: Mắc mạch điện như Hình

3.5 để khảo sát mạch điện diode phân cực ngược

 Bước 3: Điều chỉnh biến trở Rb để số chỉ của vôn kế tăng dần từ 0, ghi lại

số chỉ trên vôn kế và ampe kế mỗi lần điều chỉnh Rb.

Thực hiện yêu cầu:

 Từ bảng số liệu vừa khảo sát, hãy vẽ đồ thị I theo U của diode

Đường đặc trưng I – U của diode

 Từ đồ thị, nhận xét về chiều dòng điện chạy qua diode bán dẫn

Từ đồ thị, nhận xét về tính dẫn điện của diode khi phân cực thuận và phân cực ngược.

Thảo luận 2 (SGK - tr.19)

NHẬN XÉT

 Khi phân cực ngược: Diode không cho dòng điện chạy qua

 Khi phân cực thuận: Diode dẫn điện, ban đầu cường độ dòng điện

tăng chậm theo điện áp; khi điện áp vượt qua một ngưỡng nhất định thì cường độ dòng điện tăng rất nhanh

Như vậy, diode chỉ dẫn điện một chiều từ A sang K

Luyện tập (SGK - tr.20)

Quan sát Hình 3.4 và 3.5, nhận xét và giải thích về cách mắc ampe

kế A trong mạch điện

Ampe kế được mắc nối tiếp

với bộ gồm diode và vôn kế

mắc song song

Ampe kế được mắc nối tiếp với diode và bộ gồm hai dụng cụ này mắc song song với vôn kế

Cách mắc ampe kế như vậy nhằm làm giảm sai số trong phép đo cường độ dòng điện và điện áp của diode.

Cường độ dòng điện thuận qua diode lớn hơn rất nhiều so với cường độ dòng điện qua vôn kế (do điện trở của vôn kế có một giá trị lớn hữu hạn nào

đó chứ không phải lớn vô cùng nên vẫn có dòng điện chạy qua nó) Khi đó, số chỉ của ampe kế xấp

xỉ cường độ dòng điện thuận qua diode và số chỉ của vôn kế đúng bằng điện áp hai đầu của diode.

Khi diode được phân cực thuận:

Khi diode được phân cực ngược:

Cường độ dòng điện ngược qua diode

là rất nhỏ, số chỉ của ampe kế đúng bằng cường độ dòng điện ngược qua diode và số chỉ của vôn kế xấp xỉ điện

áp hai đầu diode (vì vẫn tồn tại điện

áp có giá trị nhỏ ở hai đầu ampe kế)

CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Trạm 2:

• Tìm hiểu cách chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu

• Trả lời câu Thảo luận 4, 5 (SCĐ - tr.22)

Trạm 1:

• Tìm hiểu cách chỉnh lưu

nửa chu kì sử dụng diode

• Trả lời câu Thảo luận 3

(SGK - tr.21)

CHIA LỚP THÀNH 2 TRẠM

a) Chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode

Sơ đồ mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode:

a) Đồ thị điện áp vào u v theo thời gian

b) Đồ thị điện áp sau khi chỉnh lưu nửa chu kì (điện áp u r theo thời gian)

Đồ thị điện áp vào uv (a) và điện áp ra ur (b) theo thời gian của mạch chỉnh lưu nửa chu kì

Thảo luận 3 (SGK - tr.21)

Dựa vào tính dẫn điện một chiều của diode bán dẫn, giải thích kết quả của đồ thị điện áp ra trong Hình 3.8b

Hình 3.8b Đồ thị điện áp sau khi chỉnh lưu

nửa chu kì (điện áp u r theo thời gian)

 Giả sử trong nửa chu kì đầu tiên (thời gian từ 0

đến T/2), điện áp uAK dương, diode phân cực

thuận nên cho dòng điện chạy qua điện trở R Khi

đó, điện áp ra ur (cũng là điện áp ở hai đầu điện

trở R) bằng điện áp vào nhưng biên độ nhỏ hơn.

 Trong nửa chu kì sau (thời gian từ T/2 đến T), điện áp uAK âm, diode phân cực ngược, không có dòng điện qua điện trở R, nên điện áp ra bằng 0 Kết quả này được lặp lại trong các chu kì tiếp theo của điện áp vào diode

Giải thích:

b) Chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu

 Cầu chỉnh lưu gồm 4 diode

bán dẫn ghép với nhau

thành vòng kín:

 Sơ đồ mạch chỉnh lưu

cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu:

a) Đồ thị điện áp vào u v theo thời gian

b) Đồ thị điện áp sau khi chỉnh lưu cả chu kì (điện áp u r theo thời gian)

Đồ thị điện áp vào uv (a) và điện áp ra ur (b) theo thời gian của mạch chỉnh lưu cả chu kì

Thảo luận 4 (SGK - tr.22)

Dựa vào tính dẫn điện một chiều của diode bán dẫn, hãy mô tả chiều dòng điện chạy qua điện trở R trong mỗi nửa chu kì.

 Đặt điện áp xoay chiều vào hai đầu A và B của mạch chỉnh lưu Giả sử trong nửa chu kì đầu của điện áp vào, A là cực dương, B là cực âm; diode Đ1 và

Đ3 phân cực thuận, dòng điện từ A đi qua Đ1, qua điện trở R, qua Đ3 và về B.

 Trong nửa chu kì tiếp theo, cực B dương, cực A âm; diode Đ2 và Đ4 phân cực thuận, dòng điện từ B đi qua Đ2, qua diện trở R, qua Đ4 và về A Kết quả này được lặp lại trong các chu kì tiếp theo Như vậy, trong hai nửa chu kì, dòng điện qua điện trở R chỉ chạy theo cùng một chiều xác định.

Giải thích:

Thảo luận 5 (SGK - tr.22)

So sánh đồ thị điện áp ra trong chỉnh lưu nửa chu kì (Hình 3.8b) và đồ thị điện áp trong chỉnh lưu cả chu kì (Hình 3.11b) về: chu kì và biên độ

So sánh đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và đồ thị chỉnh lưu cả chu kì

Luyện tập (SGK - tr.22)

Từ Hình 3.11, giải thích tại

sao tần số của điện áp sau

chỉnh lưu lớn gấp đôi tần số

điện áp trước chỉnh lưu

a) Đồ thị điện áp vào u v theo thời gian b) Đồ thị điện áp sau khi chỉnh lưu cả chu kì (điện áp u r theo thời gian)

a) Đồ thị điện áp vào u v theo thời gian b) Đồ thị điện áp sau khi chỉnh lưu cả chu kì (điện áp u r theo thời gian)

Giải thích:

Trong thực tế mạch chỉnh lưu sử dụng cầu chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi hơn

do nó có độ ổn định cao hơn và hiệu suất chuyển đổi năng lượng tốt hơn

Lưu ý

Câu 1: Xét một diode bán dẫn có cấu tạo như hình bên Điện cực X có tên gọi là

Câu 2: Đồ thị nào sau đây vẽ đúng đường đặc trưng I – U của một diode bán dẫn?

Câu 3: Mạch chỉnh lưu được sử dụng nhiều trên thực tế là

D

mạch chỉnh lưu cả chu kì sử

dụng cầu chỉnh lưu

A

Câu 4: Đặt một điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz vào một mạch chỉnh lưu Nội dung nào sau đây là đúng?

Nếu X là mạch chỉnh lưu nửa

a) Đây là mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode.  b) Dòng điện chạy qua tải R luôn có chiều từ M sang N.  c) Điện áp hiệu dụng đặt vào hai đầu tải R là 220 V.

d) Tần số của điện áp đặt vào điện trở R là 50 Hz.

Đ

Đ

Đ

S

Hãy chọn Đ (Đúng) hoặc S (Sai)

a) Đây là mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu. b) Dòng điện qua tải R luôn có chiều từ N sang M. 

Bài tập 1 (SGK - tr.23)

Giả sử có sẵn một số diode bán dẫn

giống nhau chỉ cho phép dòng điện

thuận tối đa cỡ 1,0 A Trong khi ta lại

cần một mạch chỉnh lưu cả chu kì

cho phép hoạt động với dòng điện

2,5 A Hãy vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu

thỏa mãn yêu cầu bài toán

Ta có thể mắc thêm một diode nối tiếp với diode Đ1 và một diode nối tiếp với diode Đ2

Gợi ý

Bài tập 2 (SGK - tr.23)

Một bạn học sinh dự định lắp một mạch điện chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu, nhưng do sơ suất nên mắc nhầm cực của diode Đ3 (Hình 3P.1a) Đặt vào hai đầu A, B một điện áp xoay chiều có dạng như Hình 3P.1b Hỏi ở đầu ra trên điện trở R có tạo được điện áp chỉnh lưu cả chu kì như Hình 3.11b không? Hãy vẽ hình dạng đồ thị điện áp ra trên điện trở R khi đó.

Không Điện áp ra trên điện trở luôn bằng 0.

VẬN DỤNG

Sử dụng đèn LED bán dẫn (Hình 3.12) để tạo ra mạch điện minh hoạ cho chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì.

Hình 3.12 Một số đèn LED

Hướng dẫn:

 Gắn các đèn LED vào vị trí của các diode bán dẫn trong các Hình 3.7 và 3.10 với các chân A, K tương ứng và nối mạch với điện áp xoay chiều có điện áp phù hợp với thông số của mạch điện

 Để tăng hiệu ứng cho mạch, có thể thay thế điện trở bằng đèn LED thứ 5 và thay nguồn điện áp bằng máy phát tần số và điều chỉnh tần số về giá trị nhỏ để quan sát sự sáng lên của các đèn LED

EM ĐÃ HỌC

1 Diode bán dẫn cho dòng điện chạy theo

một chiều từ anode đến cathode

2 Dòng điện xoay chiều đi qua các diode bán dẫn

biến đổi thành dòng điện một chiều

3 Cách chỉnh lưu dòng điện xoay chiều nửa chu kì

và cả chu kì bằng diode bán dẫn

Chuẩn bị bài sau -

Bài 4: Chẩn đoán bằng siêu âm

CẢM ƠN CÁC EM ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE BÀI GIẢNG!