Giải Câu hỏi trang 24 Chuyên đề Vật lí 12
Đề bài
Từ sơ đồ như Hình 4.8, hãy chứng tỏ rằng dù hiệu điện thế giữa hai điểm 1 và 3 có giá trị dương hay âm thì hiệu điện thế giữa hai điểm 2 và 4 luôn có giá trị dương.
Mô tả hình bằng lời
Hình 4.8: Mạch cầu chỉnh lưu cả chu kì gồm 4 diode bán dẫn D1, D2, D3, D4 mắc thành cầu hình thoi với bốn đỉnh đánh số 1 (trái), 2 (trên), 3 (phải), 4 (dưới). Nhánh trên trái từ 1 đến 2 là D1 (hướng dẫn từ 1 lên 2), nhánh trên phải từ 2 đến 3 là D2 (hướng dẫn từ 3 lên 2), nhánh dưới trái từ 4 đến 1 là D4 (hướng dẫn từ 4 lên 1), nhánh dưới phải từ 4 đến 3 là D3 (hướng dẫn từ 4 lên 3). Nguồn điện xoay chiều (~) nối vào hai điểm 1 và 3. Hai điểm 2 và 4 nối ra mạch ngoài gồm một vôn kế V đo điện áp U_R và điện trở tải R mắc song song; dòng điện I chạy qua R theo chiều mũi tên.
Lời giải
Phân tích mạch cầu chỉnh lưu (Hình 4.8)
Theo sơ đồ, bốn diode được mắc sao cho dòng điện chỉ đi qua chúng theo chiều thuận (từ anode sang cathode):
- $D_1$: dẫn theo chiều $1 \to 2$
- $D_2$: dẫn theo chiều $3 \to 2$
- $D_3$: dẫn theo chiều $4 \to 3$
- $D_4$: dẫn theo chiều $4 \to 1$
Như vậy điểm $2$ là nơi dòng điện "đi vào" (từ $D_1$ và $D_2$), còn điểm $4$ là nơi dòng điện "đi ra" (qua $D_3$ và $D_4$). Ta xét hai nửa chu kì của hiệu điện thế xoay chiều đặt vào hai điểm $1$ và $3$.
a) Nửa chu kì thứ nhất: hiệu điện thế giữa $1$ và $3$ dương, tức $U_{13}>0$ (điểm $1$ có điện thế cao hơn điểm $3$)
Khi $V_1 > V_3$:
- Diode $D_1$ ($1 \to 2$) được phân cực thuận nên dẫn điện; diode $D_3$ ($4 \to 3$) cũng được phân cực thuận nên dẫn điện.
- Hai diode $D_2$ và $D_4$ bị phân cực ngược nên khóa.
Dòng điện đi theo đường: $1 \to D_1 \to 2 \to R \to 4 \to D_3 \to 3$ rồi về nguồn.
Dòng điện chạy qua tải $R$ từ $2$ sang $4$, nên điểm $2$ có điện thế cao hơn điểm $4$:
$$U_{24} = V_2 - V_4 > 0.$$
b) Nửa chu kì thứ hai: hiệu điện thế giữa $1$ và $3$ âm, tức $U_{13}<0$ (điểm $3$ có điện thế cao hơn điểm $1$)
Khi $V_3 > V_1$:
- Diode $D_2$ ($3 \to 2$) được phân cực thuận nên dẫn điện; diode $D_4$ ($4 \to 1$) cũng được phân cực thuận nên dẫn điện.
- Hai diode $D_1$ và $D_3$ bị phân cực ngược nên khóa.
Dòng điện đi theo đường: $3 \to D_2 \to 2 \to R \to 4 \to D_4 \to 1$ rồi về nguồn.
Lần này dòng điện vẫn chạy qua tải $R$ từ $2$ sang $4$, nên điểm $2$ vẫn có điện thế cao hơn điểm $4$:
$$U_{24} = V_2 - V_4 > 0.$$
c) Kết luận
Dù hiệu điện thế giữa hai điểm $1$ và $3$ có giá trị dương hay âm, dòng điện qua tải $R$ (giữa hai điểm $2$ và $4$) luôn giữ một chiều cố định: đi từ $2$ sang $4$. Do đó điểm $2$ luôn ở điện thế cao hơn điểm $4$, nghĩa là hiệu điện thế giữa hai điểm $2$ và $4$ luôn dương:
$$U_{24} = V_2 - V_4 > 0 \quad \text{(đpcm)}.$$
Đây chính là nguyên lí của mạch chỉnh lưu cả chu kì: cả hai nửa chu kì của dòng xoay chiều đều được "nắn" thành dòng một chiều có cùng cực tính trên tải.
Đáp số
Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.