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5.2 典型应用电路

传感器及其在物理实验中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用二极管单向导电性,将交变电流转换为脉动直流电流的电路组合。

从哪来 建立在 7.1 交变电流图像 之上,需理解正弦交流电的正负半周特性。

为什么 二极管具有单向导电性(正向导通、反向截止)。当交变电流流过时,正半周二极管导通,负载有电流;负半周二极管截止,负载无电流。因此负载上得到的是单向的、大小随时间变化的脉动电流,而非恒定直流。

适合:形象思维强、喜欢生活实例的学生** **类比法
把二极管比作“单向阀门”(如自来水管的止回阀)。交变电流像“来回推拉的水流”,只有向前推时水才能流过阀门到达负载,向后拉时阀门关闭,水流被挡住。这样负载里只有“向前”的水流,虽然水流大小有波动,但方向不变。
适合:逻辑严密、擅长图像分析的学生** **图像叠加法
画出完整的正弦交流电 $i-t$ 图像。在 $t$ 轴上方(正半周),保留原曲线;在 $t$ 轴下方(负半周),将曲线“折叠”或“抹去”(取决于半波/全波整流,此处以半波为例,直接置零)。强调:输出波形是输入波形的一部分,体现了“筛选”过程。
适合:动手能力强、喜欢实验验证的学生** **实验探究法
搭建简单电路(交流电源+二极管+小灯泡/电流表)。先断开二极管,观察灯泡亮度变化(交流电特征);再接入二极管,观察灯泡亮度是否变暗且不再闪烁(或电流表指针是否只向一个方向偏转)。通过对比现象,直观感受“单向性”。
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练一道
基础题
某半波整流电路中,输入交流电压 $u = 220\sqrt{2}\sin(100\pi t) \text{ V}$。求负载电阻 $R$ 上的电压平均值(取 $\pi \approx 3.14$,$\sin$ 积分结果已知)。
变式
若将上述电路改为全波整流(桥式),求负载电压平均值。
试试手自己判
检测题
一个半波整流电路,输入交流电有效值为 10V。若负载电阻为 10Ω,求负载上的平均电流。
看答案和判分标准
答案:$U_{avg} = \frac{U_m}{\pi} = \frac{10\sqrt{2}}{\pi} \approx \frac{14.14}{3.14} \approx 4.5 \text{ V}$。 $I_{avg} = \frac{U_{avg}}{R} = \frac{4.5}{10} = 0.45 \text{ A}$。
判对标准:
1. 正确识别半波整流平均值公式 $U_{avg} = \frac{U_m}{\pi}$ 或 $U_{avg} \approx 0.45 U_{rms}$。
2. 正确计算数值(允许误差 $\pm 0.05 \text{ A}$)。
3. 单位正确。
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