资源简介

任务49 认识稳压二极管并联型稳压电源电路
课 时：2课时
一、教材分析与处理
本课题的教学内容选自由高等教育出版社出版、崔陵主编的浙江省电气技术应用专业课程改革成果教材《电子基本电路装接与调试》项目4—直流稳压电源的装接与调试，任务2—稳压二极管并联型稳压电路的装接与调试。
教材中将“认识稳压二极管并联型稳压电源电路”作为“直流稳压电源的装接与调试”的知识与技能基础来处理，主要包括“并联型稳压电源电路结构、并联型稳压电源工作过程、负载上直流电压和电流的估算、稳压二极管的选择”等内容。认识并联型稳压电源电路是学生该课程中学习另一种电子电路，教材中强调学生通过认识并联型稳压电源电路结构、并联型稳压电源工作过程、负载上直流电压和电流的估算、稳压二极管的选择等基本知识的学习与掌握。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“认识并联型稳压电源电路”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为——“并联型稳压电源电路结构、并联型稳压电源工作过程、负载上直流电压和电流的估算、稳压二极管的选择”等具体的任务。
二、学情分析
授课对象是电气技术应用、电气运行与控制等专业二年级学生，通过“电工基本电路安装与测试”等专业核心课程的学习，学生对电工电子基本电路的认识已有一定的基础，掌握了一定的认识电子电路的基本方法与基本技能，有一定的电工电子常用仪器仪表及工具的使用技能。由于本课程为新开设课程，学生对常用装接工具认知缺乏系统性，但学生对学习本课程的知识、技能有很强烈的兴趣与愿望。
三、设计理念
电子基本电路的识图、安装、测试与应用是本课程的核心技能。基于现代教育思想和教学理论，充分利用信息化技术、数字化资源和理实一体教学环境，通过转换教师角色、优化教学内容、创新教学方法、加强师生互动、注重过程评价等手段，通过“并联型稳压电源电路结构、并联型稳压电源工作过程、负载上直流电压和电流的估算、稳压二极管的选择”等具体的任务学习，引导学生主动探索、勤于动手、相互竞争学习，激发学生学习兴趣和参与意识，体验“学中做”、“做中学”的乐趣，引导学生通过学习检测二极管的过程，提高学习兴趣，激发学习动力，培养学生综合职业能力。
四、教学目标
1.知识目标
（1）熟悉并联型稳压电源电路结构。
（2）会分析并联型稳压电源电路工作原理。
2.技能目标
（1）会估算并联型稳压电源电路负载上直流电压和电流。
（2）会根据电路特点选择稳压二极管。
3.情感目标
（1）感受学习电气技术的乐趣，激发学习兴趣。
（2）养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
五、教学重点与难点
1．教学重点：熟悉并联型稳压电源电路结构。
2．教学难点：会分析并联型稳压电源电路工作原理。
六、教法与学法
1.学法
建议根据学情设计任务书，学生根据任务书，通过小组合作学习，按步骤认识并联型稳压电源电路结构、并联型稳压电源工作过程、负载上直流电压和电流的估算、稳压二极管的选择，养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“认识并联型稳压电源电路”为任务主线，利用信息技术，变抽象为直观，突出重点，突破难点；应用实践操作法，让学生做中学，达成教学目标。
七、教学准备
1.教师准备：多媒体课件、学习任务书、评价表、网络资源等相关教学资料；万用表及常见并联型稳压电源套件等教学设备。
2.学生准备：按同组异质对学生进行分组，每组2人。
八、课时安排
共计2课时
九、教学资源
教学课件：可从高等教育出版社中职网站http://sve..cn下载，用于辅助教师教学。
十、教学实施建议
1．建议本课在具有理实一体教学功能的“电子基本电路安装与测试实训室”进行，要求实训室设置理论学习区和实践操作训练区，配备多媒体教学设备、计算机及互联网、参考资料柜、器材柜、工具柜等设施，使实训室具备知识讲授、实践操作、小组讨论、成果展示、资料检索等功能，保障学习性工作任务的实施，为完成课程设计目标提供有力支撑。
2．为了保证教学效果，建议课前培养“小导师”，作为课堂教学的助手。
3．建议为每组学生配备常用装接工具一套，以保证每位学生都能进行实践操作。
4．课堂教学组织建议采用“任务导入—任务实施—任务小结—任务拓展—评价反馈”的流程形式。
十一、教学过程
（一）任务导入
教师结合课件或实物讲解认识并联型稳压电源电路的应用实例，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
教师讲解：并联型稳压电源电路结构、并联型稳压电源工作过程、负载上直流电压和电流的估算、稳压二极管的选择。
学生小组合作，根据任务书，对照需求正确认识并联型稳压电源电路，并将相关记录填入任务书中。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生操作情况解疑，点评学生学习情况。
任务1 认识并联型稳压电源电路结构
二极管并联型稳压电路主要由限流电阻R、稳压二极管VZ、负载电阻RL组成，如图4-9所示。由于稳压二极管与负载电阻并联，故称之为并联型稳压电路。
图4-9 二极管并联型稳压电路
任务2 认识二极管并联型稳压电路工作过程
（1）当并联型稳压电路的输入电压Ui保持不变，负载电阻RL增大时，输出电压Uo将升高，稳压管两端的电压Uz上升，电流Iz将迅速增大，流过R的电流IR也增大，导致R上的压降UR上升，从而使输出电压Uo下降，即输出电压Uo稳定。上述过程简单表述如下：
RL↑→Uo↑→Iz↑→IR↑→UR↑→Uo↓
稳定
（2）如果负载电阻RL减小，其工作过程与上述相反，输出电压Uo仍保持基本不变。
RL↓→Uo↓→Iz↓→IR↓→UR↓→Uo↑
稳定
（3）当负载电阻RL保持不变，电网电压下降导致Ui下降时，输出电压Uo也将随之下降，但此时稳压管的电流Iz急剧减小，则在电阻R上的压降UR减小，以此来补偿Ui的下降，使输出电压Uo基本保持不变。上述过程简单表述如下：
Ui↓→Uo↓→Iz↓→IR↓→UR↓→Uo↑
稳定
（4）如果输入电压Ui升高，R上压降UR增大，其工作过程与上述相反，输出电压Uo仍保持基本不变。
Ui↑→Uo↑→Iz↑→IR↑→UR↑→Uo↓
稳定
由以上分析可知，硅稳压管稳压原理是利用稳压管两端电压Uz的微小变化，引起电流Iz的较大的变化，通过电阻R起电压调整作用，保证输出电压基本恒定，从而达到稳压作用。
任务3 估算负载上直流电压和电流
（1）负载上的直流电压Uo
由于负载电阻R与稳压二极管VZ并联，所以负载上直流电压值等于二极管的稳压值，即
Uo=Uz
（2）负载上的直流电流I0
流过负载RL的直流电流平均值根据欧姆定律得
I0
任务4 选择稳压二极管和限流电阻
稳压二极管的伏安特性曲线，如图4-10所示。其正向特性与普通二极管相同，反向特性曲线在击穿区域比普通二极管更陡直。正常情况下稳压管工作在反向击穿区，反向电流在很大范围内交化时，管子两端电压变化很小，所以只有稳压作用。其主要参数有：
图4-10 稳压二极管伏安特性曲线
（1）稳定电压Uz。稳定电压就是稳压二极管在正常工作时，流过规定电流稳压二极管两端的反向电压值，其值决定于稳压二极管的反向击穿电压值；实际上稳压管稳定电压值很难做到是同一数值，而是有一个小的数值范围。
（2）稳定电流Iz。指稳压二极管稳压工作时的参考电流值，工作电压等于稳定电压时的反向电流，其值在稳压去的最小稳定电流IZmin和最大稳定电流IZmax之间。当流过管子的反向电流小于最小稳定电流IZmin时，管子不能起稳压作用；当流过管子的反向电流小于最小稳定电流IZmax时，管子可能过热而烧毁。
（3）最大耗散功率PZM。指为了保证二极管正常工作不被热击穿而规定的极限参数，由二极管允许的最高结温决定。它近似等于稳定电压与最大稳定电流的乘积，即PZM=UZIZM。
（4）动态电阻rZ。指稳压范围内电压变化量与对应的电流变化量之比，即rZ＝△UZ／△IZ。其值越小，表示稳压性能越好
（5）电压温度系数CTV。指温度每增加1℃时，稳定电压的相对变化量。
（6）限流电阻的计算。限流电阻R上的选取必须保证稳压管在稳压工作区内。所以根据电网电压、稳压管稳定电流、负载电阻RL的变化范围，可以正确地选择限流电阻R大小。限流电阻R的表达式。
图4-11 稳压二极管并联型稳压电路
【例4-5】稳压管稳压电路如图4-11所示。负载RL由开路变化到2kΩ，输入直流电压UI=30V,要求输出直流电压UO=12V，请选择稳压管VZ和限流电阻R。
解：
（1）选择稳压管
根据输出电压UO=12V的要求，负载电流最大值为：
IOmax=
查晶体管手册，可选择稳压管2CW5，其主要指标为：Uz=11.5V~14V，IZmin=5mA，PZM=0.28W，所以
IZmax=
通常为了留有余量，一般要求流过稳压管的最大稳压电流IZmax比最大负载电流Iomax大2倍以上，可见2CW5是满足要求的。
（2）选择限流电阻R
假定输入直流电压UI的变化范围是±10%，那么：
UImax=1.1UI=1.1·30=33V
UImin=0.9UI=0.9·30=27V
当输入电压UI最高时，限流电阻的功耗最大为：
P=
因此，R可选0.5W，1.2kΩ的电阻。
任务5 认识稳压二极管并联型稳压电路特点
稳压二极管并联型稳压电路结构简单、设计制作容易。但其输出电压受稳压管限制，稳压管选定后，输出电压就固定了。输出电流的变化范围也较小，效率低，一般适用于小功率负载且负载电流变化范围不大的场合。
（三）任务小结
由学生小结本次课知识要点，并完成任务评价表。
教师通过点评、分析学生学习情况，总结认识并联型稳压电源电路。
表2 认识并联型稳压电源电路
任务名称 认识并联型稳压电源电路
班级 姓名 学号 日期
实训 结果 记录 并联型稳压电源电路结构 电路工作过程
实训 收获
实训 体会
实训评价 评定人 评　　　　语 等级 签名
自 评
互 评
师 评
综合 评定
（四）任务拓展
本内容视教学情况，可安排为学生课后延伸拓展作业。
学习并联型稳压电源电路参数选择方法相关知识。
十二、作业布置
1.过网络查找有关常用并联型稳压电源电路应用实例，并简述稳压二极管参数选择方法。
2.完成任务评价表相关内容。
十三、教学反思
1．学生学习情况反馈：
2．教学特色、亮点、不足及改进策略：
教学附件：
课后拓展材料 电源设备实际应用概述
1电源简介
电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。
所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。
2两类电源比较
线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。
缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有35~60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。
其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。在这种背景下，开关稳压电源应运而生。
任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。
随着电子技术的发展，人们对如何提高电源的转换效率，增强对电网的适应性，缩小体积，减轻重量进入了深入的研究。开关电源应运而生。七十年代，便应用于电视机的接收，现在已经广泛用于彩电，录像机，计算机，通讯设备，医疗器械，气象等行业。
开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要优越性是交换效率可高达70~95%。开关稳压电源的优越性还体现在：功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下，交替的工作在导通-截止的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右。开关晶体管的功耗很小，电源的效率可以大幅度的提高，达到80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。电压的变化可以通过调频或调宽来控制，在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有效的稳定输出电压。
开关稳压电源实现稳压的方法也较多，可以根据实际应用的要求，灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。
开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。当今，开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大，维修麻烦和成本较高。
开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。开关稳压电源中采用了开关变压器，使之由一组输入，得到极性，大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率，必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路元器件的要求，有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。
工作在线性状态的稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且纹波电压输出较小。但是，在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网，影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点，进一步提高它的使用范围，是要解决的第三个问题。
附件 综合职业能力评估表
综合职业能力评估表
任务 评价标准 配分 扣分
着装及仪表仪容 （1）按规范穿工作服 不穿工作服不得进入实训室 （2）仪表仪容整洁 3分 3
人际交往与团队合作 （1）能与师生进行良好的交流沟通 2分 （2）能与同伴良好的合作 2分 4
工作责任感与自主学习 （1）有强烈的工作责任感 2分 （2）能较好地开展自主学习 2分 4
工作态度与吃苦耐劳 （1）工作态度认真 2分 （2）能吃苦耐劳 2分 4
运用7S管理能力 （1）工器具、器材整理到位 1分 （2）实训工位清洁 1分 （3）节约实训材料 1分 （4）实训安全等 1分 （5）技术资料归档 1分 5
备注 各项目的最高扣分不应超过配分数 成绩
学生自评： 学生签名： 年 月 日
教师评语： 教师签名： 年 月 日
评价反馈汇总表
序号 评价项目 得分 总分
1 任务完成评价（占30%）
2 任务评价表（占50%）
3 综合职业能力评估（占20%）

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