集成門電路組成的多諧振蕩器一體化教學(xué)

尹清華　惠州市惠州工程技術(shù)學(xué)?！?16001

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集成門電路組成的多諧振蕩器一體化教學(xué)

尹清華惠州市惠州工程技術(shù)學(xué)校516001

【文章摘要】

集成門電路的多諧震蕩器在實(shí)際的教學(xué)過程中需要講究一定的方式方法，以便學(xué)生能夠在較短的時(shí)間內(nèi)快速地掌握相關(guān)的知識。多諧振蕩器的工作原理相對較為復(fù)雜，其中主要涉及到了歐姆定律、電位與電壓的關(guān)系、電容的充放電規(guī)律等重要的知識點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】

多諧振蕩器；數(shù)字系統(tǒng)；電容；歐姆定律；頻率

做好集成門電路組成的多諧振蕩器一體化的教學(xué)工作，需要充分地理解和掌握歐姆定律、電位與電壓等知識。在實(shí)際的教學(xué)過程中，為了達(dá)到理想的教學(xué)效果，需要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的基礎(chǔ)上回憶以前重要的知識點(diǎn)。只有這樣，學(xué)生在實(shí)際的課堂學(xué)習(xí)中才能真正地理解相關(guān)知識點(diǎn)的本質(zhì)，提高自身的學(xué)習(xí)效率。

1　理解和掌握電位與電壓的關(guān)系

提高學(xué)生對集成門電路多諧振蕩器工作過程的認(rèn)識，需要讓他們更好地理解和掌握電位與電壓的關(guān)系。電路中不同點(diǎn)的電位求解過程與兩端的電壓及流過對應(yīng)電阻的電流有關(guān)。電位與電壓的關(guān)系需要通過具體計(jì)算相關(guān)電阻上流過的電流，確定出不同點(diǎn)的電位，利用電位差的關(guān)系確定出兩點(diǎn)之間的電壓。比如，已知 UA=5V，三個串聯(lián)電阻分別為10Ω、25Ω、15Ω，求出電路中A,B,C各點(diǎn)的電位UA,UB,UC。對于這類題型，老師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生首先計(jì)算出串聯(lián)回路中的總電流：I=5V/ （10+25+15）Ω=0.1A。然后利用歐姆定律U=IR,分別計(jì)算出A,B,C三點(diǎn)的電位，得出：UA=5V，UB=4V，UC=1.5V。當(dāng)?shù)玫竭@三點(diǎn)的電位后，可以利用UAB=UA-UB=5-4=1V

，以此類推，分別計(jì)算出其它兩點(diǎn)之間的電壓。除此之外，在計(jì)算出總電流后，也可以利用歐姆定律直接計(jì)算出對應(yīng)的電壓。在具體的計(jì)算過程中，需要弄清電阻是否是非線性，保證電位與電壓相關(guān)公式的適用性。

2　準(zhǔn)確把握電容的充放電規(guī)律

2.1 電容充放電的相關(guān)知識

學(xué)生對于集成門電路組成的多諧振蕩器的理解，也需要掌握電容的充放電規(guī)律。電源的充放電規(guī)律與開關(guān)是否閉合有著直接的關(guān)系。一般情況下，當(dāng)電路中的開關(guān)閉合后，相鄰的電容器在電源的作用下將會開始慢慢的充電。充電的瞬間將會產(chǎn)生一定的電流。此時(shí)利用歐姆定律計(jì)算出電流值的大小。充電完成后，充電電流為0A，電阻上的電壓為0V，此時(shí)電容上的電壓達(dá)到最大值。比如，在一個只有100Ω的電阻、兩端分別標(biāo)有A和B的電容器、開關(guān)、導(dǎo)線、電源組成的串聯(lián)電路中，求電容器兩端的最大電壓（已知UA=5V）。

對于這類題型，需要對電容器的充放電原理有著充分的了解。開關(guān)未合上時(shí)，電容是空的，還未充上電，所以UAB=0。剛合上開關(guān)的瞬間，電源準(zhǔn)備對電容充電，但還未充上電，所以UAB還是為0伏。已知UB=5V，因?yàn)閁AB=UA-UB=UA-5V=0，可得出UA=5V。此時(shí)5V電壓都降落在電阻上，這個瞬間的充電電流為5V/100Ω=0.05A。當(dāng)充電完成之后，充電電流為0。電阻上的電壓保持開路狀態(tài)，具體大小為為0伏，而電容上的電壓最大，達(dá)到5V。由此可得出：

（1）隨著充電的進(jìn)行，電容上的電荷越來越多，電容上的電壓也越來越大，而電阻上的電壓越來越小。

（2）電容一端的電位突然升高（降低），另一端電位也會隨著突然升高（降低）;

2.2電容充放電規(guī)律在多諧振蕩器中的應(yīng)用

當(dāng)已知開機(jī)時(shí)的輸出電壓，可以通過電容器的充放電原理得出具體的反饋機(jī)制。如果剛開機(jī)時(shí)輸出電壓Uo是高電平1，則可判斷出第一個與非門的輸出端A是低電平0，輸入端B是高電平1，Uo通過電容反饋回B去的也是高電平1，屬于正反饋，此時(shí)需要讓學(xué)生弄清楚電流的流向。隨著充電的進(jìn)行，從前面的預(yù)備知識可知，電阻上的電壓會越來越小，而這個電壓正是第一個與非門的輸入電壓UB，也就是UB會變?yōu)榈碗?，這時(shí)電路會進(jìn)入圖1所示的狀態(tài)。

第一個非門的輸出端A翻轉(zhuǎn)為高電平1，總輸出Uo翻轉(zhuǎn)為低電平0，Uo通過電容反饋回B端去的也是低電平0，屬于正反饋，相應(yīng)就有圖中對應(yīng)的充電電流。隨著充電的進(jìn)行，從前面的預(yù)備知識可知，電容上的電壓會越來越大，而這個電壓正是第一個與非門的輸入電壓 UB，也就是UB會變?yōu)楦唠娖?，所以此時(shí)UB=1電路回到初始狀態(tài)。可見，開機(jī)后，電路會在以上兩種狀態(tài)上不斷交替變化，輸出電壓表現(xiàn)為方波。為了驗(yàn)證相關(guān)數(shù)據(jù)的正確性，可以采用簡單的與門、非門，與非門電路原理圖進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。通過對電路原理圖的分析，可以得出時(shí)間常數(shù)RC。加電后，可以觀察到某些接觸點(diǎn)的發(fā)光管亮滅交替，保持一閃一閃的狀態(tài)，此時(shí)電阻變大。如果發(fā)光管燈閃的速度變慢，電容變大，流過的電流將會相應(yīng)的減小。

一般情況下，可觀察到亮的時(shí)間大概持續(xù)3秒，滅的時(shí)間大概也持續(xù)3秒也就是閃一次需要6秒鐘。當(dāng)電阻保持原先的電阻不變,電容變化時(shí)時(shí)，時(shí)間常數(shù)也會發(fā)生相應(yīng)的變化。此時(shí)可觀察到亮的時(shí)間大概持續(xù)1秒，滅的時(shí)間大概也持續(xù)1秒。這時(shí)發(fā)光管閃一次需要2秒鐘，比上一次閃得更快。

已知R=10K,C=33uF的接線圖，可以觀察振蕩器工作時(shí)頻率的變化情況。當(dāng)電阻為10k,電容為33uF時(shí)，時(shí)間常數(shù)RC=10*1000*33*10-6=0.33秒，可觀察到亮的時(shí)間大概持續(xù)0.3秒，滅的時(shí)間大概也持續(xù)0.3秒。此時(shí)發(fā)光管閃一次需要0.6秒鐘，燈閃得速度正在加快。通過這樣的教學(xué)方法，有利于加深學(xué)生對多諧振蕩器的振蕩原理的理解，也會逐漸接受“電容越大，充放電速度越慢;電阻越大，充放電速度也越慢”這個結(jié)論。

3　結(jié)束語

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，多諧震蕩器主要依賴于數(shù)字系統(tǒng)，屬于一種自激振蕩器。當(dāng)電源接通后，由于信號的變化將會產(chǎn)生一定的頻率及矩形波，需要利用電容充放電的知識進(jìn)行必要地分析。同時(shí)，老師在講解多諧振蕩器相關(guān)知識的過程中，也需要利用合理的教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們自主探究的綜合能力。

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