Bài 4: Dòng điện chỉnh lưu 2 chiều

Trang 1

NGÀY SOẠN:… /……/……

BÀI 4: CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I MỤC TIÊU

1 Kiến thức

Sau bài học này, HS sẽ:

- Thực hiện thí nghiệm, vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy quadiode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó

- Vẽ được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode.- Vẽ được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.- So sánh được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì

2 Năng lực

a Năng lực chung:

- Năng lực tự học: Tự chủ và hợp tác thực hiện thí nghiệm khảo sát mối quan hệ

giữa dòng điện chạy qua diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó

- Năng lực giải quyết vấn đề: Xác định và tìm hiểu về chỉnh lưu dòng điện xoay

chiều

- Năng lực giao tiếp hợp tác: Thảo luận và trao đổi ý kiến để tìm hiểu về diode

bán dẫn và chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

b Năng lực vật lí:

- Nêu được cấu tạo của diode bán dẫn.- Thực hiện được thí nghiệm và vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điệnchạy qua diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó

- Vẽ được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode.- Vẽ được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.- So sánh được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì

- Máy chiếu, máy tính (nếu có).- Phiếu học tập

2 Đối với học sinh:

Trang 2

- HS mỗi nhóm: Dụng cụ thí nghiệm: 1 diode bán dẫn, 1 điện trở loại 10 W, 1 biếntrở loại 0 – 100 W, 1 công tắc, 2 đồng hồ đo điện đa năng; 1 biến áp nguồn, 2 bảng lắpmạch điện và các dây nối.

việc sử dụng dòng điện xoay chiều trong một số thiết bị điện tử

b Nội dung: GV cho HS thảo luận về nội dung mở đầu trong SGK, HS phát biểu ý kiến

của bản thân về cách chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, từ đó GVđịnh hướng HS vào nội dung của bài học

c Sản phẩm học tập: HS bước đầu phát hiện vấn đề và thảo luận về câu hỏi khởi động.d Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh sạc pin điện thoại, sạc pin máy tính, tai nghe không dây cho HSquan sát

- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Dòng điện được truyền từ nhà máy đến nơi tiêu thụ làdòng điện xoay chiều, nhưng một số thiết bị điện tử lại sử dụng dòng điện một chiều.Làm thế nào chuyển từ dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS làm việc cá nhân, quan sát hình ảnh và suy nghĩ, trả lời câu hỏi khởi động

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày câu trả lời của mình

Gợi ý đáp án:

Để chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cần dùng thiết bị chỉnh dòngđiện, bộ chuyển đổi,…

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Sau khi HS trao đổi, phát biểu ý kiến, GV nhận xét và dẫn dắt vào bài mới: Dòng điệnđược truyền từ nhà máy đến nơi tiêu thụ là dòng điện xoay chiều nhưng một số thiết bịđiện tử lại sử dụng dòng điện một chiều Để chuyển từ dòng điện xoay chiều thành dòngđiện một chiều ta cần chỉnh lưu dòng điện, sử dụng linh kiện điện tử gọi là diode bán

Trang 3

dẫn Để tìm câu trả lời chính xa cho câu hỏi vừa nêu, chúng ta cùng tìm hiểu bài học

mới: Bài 4: Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.

B HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨCHoạt động 1 Tìm hiểu diode bán dẫn

a Mục tiêu:

- HS nêu được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của diode bán dẫn.- HS thực hiện thí nghiệm, vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy quadiode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó

b Nội dung: GV hướng dẫn HS thực hiện theo các hoạt động trong SGK để tìm hiểu về

diode bán dẫn và nguyên tắc hoạt động của diode

(1) Hoàn thành bảng kết quả thí nghiệm

(2) Từ bảng kết quả thí nghiệm, hãy vẽ đường đặc trưng I – U của diode bán dẫn

(3) Nhận xét về giá trị của cường độ dòng điện qua diode khi diode được mắc phân cựcthuận và khi diode được mắc phân cực ngược

d Tổ chức thực hiện:

Trang 4

- GV chiếu hình ảnh diode bán dẫn và kí hiệu (hình 4.1)và diode mắc phân cực thuận và mắc phân cực ngượctrong mạch điện một chiều (hình 4.2) cho HS quan sát

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và nêu cấu tạo củadiode bán dẫn và nguyên tắc hoạt động của diode khicho dòng điện đi qua theo phân cực thuận, phân cựcngược

- GV yêu cầu HS đọc nội dung Em có biết (SGK –tr19) để tìm hiểu về diode bán dẫn.

- GV chia lớp thành 6 – 8 nhóm.- GV phát dụng cụ thí nghiệm, phiếu học tập cho cácnhóm và hướng dẫn HS thực hiện thí nghiệm theo

hướng dẫn trong nội dung Hoạt động (SGK – tr20).

- Sau khi HS thảo luận và hoàn thành các nhiệm vụtrong Phiếu học tập, GV nhận xét và kết luận về đườngđặc trưng I – U của diode bán dẫn

- HS đọc thông tin SGK, tiến hành thí nghiệm, thảoluận về kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết)

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Phiếu học tập

1 HS tự hoàn thành bảng kết quả thí nghiệm.2 HS tự vẽ đường đặc trưng I – U của diode bán dẫn.(Đường đặc trưng I – U có dạng như sau)

I DIODE BÁN DẪN

- Diode bán dẫn là linh kiện bándẫn cho dòng điện đi qua theomột chiều

- Cấu tạo của diode bán dẫn cóhai cực là anode (A) và cathode(K)

- Đối với dòng điện một chiều,khi mắc diode có anode nối vớicực dương và cathode nối vớicực âm của nguồn thì nó chodòng điện chạy qua, gọi là dòngđiện thuận Nếu mắc diode theochiều ngược lại thì dòng điện điqua có cường độ rất nhỏ, gọi làdòng điện ngược

Trang 5

3 Nhận xét:+ Khi diode mắc thuận: cường độ dòng điện có giá trịtăng rất nhanh khi điện áp tăng.

+ Khi diode mắc ngược: cường độ dòng điện gần nhưbằng 0 và gần như không đổi.

+ Chốt kiến thức về đường đặc trưng I – U của diodebán dẫn

- GV kết luận về nội dung Tìm hiểu diode bán dẫn.- GV chuyển sang nội dung Chỉnh lưu dòng điện xoaychiều.

Hoạt động 2 Tìm hiểu về chỉnh lưu dòng điện xoay chiềua Mục tiêu:

- HS nêu được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode.- HS nêu được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu.- HS so sánh được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì

b Nội dung: GV hướng dẫn HS thực hiện theo các hoạt động trong SGK để tìm hiểu về

chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

c Sản phẩm:

- Kết quả HS thực hiện các yêu cầu, gợi ý, dẫn dắt của GV để tìm hiểu chỉnh lưu dòngđiện xoay chiều

d Tổ chức thực hiện:

Nhiệm vụ 1 Tìm hiểu về chỉnh lưu nửa chu kì

- GV đặt vấn đề: Chỉnh lưu dòng điện là chuyển từ

II CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆNXOAY CHIỀU

Chỉnh lưu dòng điện là chuyển từ

Trang 6

dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều.

- GV chiếu hình ảnh và giới thiệu cho HS về sơ đồmạch điện chỉnh lưu nửa chu kì (hình 4.6)

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, thảo luận theo

nhóm đôi và trả lời nội dung Hoạt động (SGK –tr22)

Quan sát Hình 4.7a và Hình 4.7b, thực hiện cácyêu cầu sau:

1 Nêu sự khác nhau về hình dạng đồ thị điện ápvào và điện áp ra theo thời gian.

2 Mô tả dòng điện chạy trong mạch khi hiệu điệnthế giữa another và cathode của diode là âm hoặcdương.

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về nội dungchỉnh lưu nửa chu kì

- HS đọc thông tin SGK, thực hiện nhiệm vụ họctập và rút ra kết luận

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cầnthiết)

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo

dòng điện xoay chiều sang dòngđiện một chiều

Dựa vào tính dẫn điện một chiềucủa diode bán dẫn ta có thể sửdụng diode để biến dòng điệnxoay chiều thành dòng một chiều.Ta nói diode có tính chỉnh lưu

1 Chỉnh lưu nửa chu kì

- Nếu chỉ sử dụng một diode bándẫn trong mạch điện xoay chiềuthì ta sẽ chỉnh lưu được nửa chu kìdòng điện

Trang 7

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr22)

1 Điện áp vào là đường liên tục, hình sin, có cảchiều âm và dương Điện áp đầu ra là đường giánđoạn, không còn chiều âm, chỉ còn chiều dương.Điện áp đầu ra có phần dương đồng pha với điệnáp đầu vào.

2 Từ đồ thị cho thấy, điện áp từ anode đếncathode không bị ảnh hưởng về pha qua diode,còn theo chiều ngược lại bị chặn, giá trị cường độdòng điện bằng 0 hay diode chỉ cho dòng điệntheo chiều thuận từ anode đến cathode, chiềungược lại bị chặn.

Nhiệm vụ 2 Tìm hiểu về chỉnh lưu cả chu kì

- GV chiếu hình ảnh và giới thiệu cho HS về sơ đồmạch điện chỉnh lưu cả chu kì (hình 4.8)

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK, thảo luận theo

nhóm đôi và trả lời nội dung Hoạt động (SGK –tr23)

Quan sát Hình 4.9 và Hình 4.10, thực hiện các yêucầu sau:

2 Chỉnh lưu cả chu kì

- Khi cần chỉnh lưu cả chu kì (2nửa chu kì dòng điện) người ta sửdụng 4 diode bán dẫn, mắc thànhmạch cầu chỉnh lưu như hình vẽ:

Do các diode tạo thành các cặpphân cực thuận, phân cực ngượcluân phiên nhau

Ở nửa chu kì đầu khi dòng điệncó chiều đi đến vị trí 1 thì dòngđiện sẽ đi qua D1 (vì D1 phân cực

Trang 8

1 Nêu sự khác nhau về hình dạng đồ thị điện ápgiữa hai đầu đoạn mạch và hai đầu điện trở.2 Hãy mô tả chiều dòng điện chạy qua điện trở R(Hình 4.8) trong mỗi chu kì.

3 Hãy so sánh đồ thị điện áp chỉnh lưu nửa chu kì(Hình 4.7b) và chỉnh lưu cả chu kì (Hình 4.10).- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về nội dungchỉnh lưu cả chu kì

- HS đọc thông tin SGK, thực hiện nhiệm vụ họctập và rút ra kết luận

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cầnthiết)

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảoluận:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr23)

1 Phần dương của đồ thị điện áp vẫn giữ nguyên ởđồ thị điện trở; phần âm của đồ thị điện áp thì đổidấu, nhưng vẫn giữ nguyên giá trị tuyệt đối ở đồthị điện trở

2 Dòng điện đi từ nguồn đến điểm 1, đi quaD1 đến điểm 2 (không qua D4 vì D4 phân cựcngược), sau đó qua R đến điểm 4, rồi qua D3 đếnđiểm 3 và trở về nguồn

Dòng điện xoay chiều, đi từ nguồn đến điểm 3, điqua D2 đến điểm 2 (không qua D3 vì D3 phân cực

thuận, D4 phân cực ngược), do đóhiệu điện thế tại 2 dương, đến vịtrí 2 thì dòng điện không đi quaD2 do D2 lúc này phân cực ngược,dòng điện sẽ đi qua điện trở R vàvề vị trí 4 Dòng điện lúc này sẽ điqua D3 và đến vị trí 3 sau đó vềnguồn, tại vị trí 4 điện thế lúc nàydương

Ở nửa chu kì tiếp theo, dòng điệnđổi chiều thì dòng điện sẽ đi đếnvị trí 3, lúc này dòng điện sẽ quaD2 (vì D2 phân cực thuận, D3 phâncực ngược), vị trí 2 lúc này sẽ cóđiện thế dương Dòng điện ở vị trí2 sẽ đi qua điện trở R (không điqua D1 vì lúc này D1 phân cựcngược), dòng điện qua R lại về vịtrí 4, vị trí 4 lúc này có điện thếdương, sau đó dòng điện qua D-

4 và về 1, sau đó về nguồn

Trang 9

ngược), sau đó qua R đến điểm 4, rồi qua D4 đếnđiểm 1 và trở về nguồn.

3 Ở đồ thị điện áp chỉnh lưu nửa chu kì, phần hiệuđiện thế âm của nguồn có giá trị bằng 0; Ở đồ thịđiện áp chỉnh lưu cả chu kì, phần hiệu điện thế âmcủa nguồn giữ nguyên giá trị tuyệt đối, nhưng đổidấu từ âm thành dương

Hoạt động 4: Vận dụnga Mục tiêu:

- Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác vớicộng đồng Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau

b Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ ở nhà theo nhóm hoặc cá nhânc Sản phẩm: Bài tự làm vào vở ghi của HS.

d Tổ chức thực hiện:

Nội dung1:

Vận dụngkiến thức

- Giải thích được cách chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện mộtchiều bằng diode bán dẫn

- Thiết kế được mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều nửa chu kì và cả chukì thành dòng điện một chiều

- Giải thích được hoạt động của thiết bị sạc điện

Nội dung2:

Mở rộng

Giải thíchd được tại sao sau khi lắp tụ điện vào mạch chỉnh lưu hai nửa chukì thì đồ thị điện áp sau khi chỉnh lưu sẽ “phẳng” hơn

Nội dung3:

Chuẩn bịcho tiếtsau

- Tìm hiểu về tia X chuẩn bị cho tiết học sau

Ngày…… tháng……năm

Phê duyệt của tổ trưởng Nguyễn Hữu Khánh