555時基電路實作成果導(dǎo)向教學(xué)設(shè)計*

張明芹

(黑龍江職業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150080)

1 引言

“成果導(dǎo)向+行動學(xué)習(xí)”不僅是學(xué)習(xí)方式也是教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心開展教學(xué)，關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展，行動學(xué)習(xí)就是把行動和學(xué)習(xí)統(tǒng)一起來的活動，在教師行動導(dǎo)向下，通過多種不定型的活動形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣[1].行動學(xué)習(xí)是指在教學(xué)目標(biāo)的指導(dǎo)下學(xué)生進(jìn)行主動和全面的學(xué)習(xí),并通過行動學(xué)習(xí)培養(yǎng)職業(yè)能力和關(guān)鍵能力[2].經(jīng)過4年的成果導(dǎo)向教學(xué)改革實踐，取得一定的成效，以案例形式撰寫了一些切實可行的改革方案和建議，形成成果導(dǎo)向教學(xué)設(shè)計案例集，Multisim仿真案例集，指導(dǎo)教與學(xué)，實現(xiàn)“線上+線下”，學(xué)習(xí)活動同頻，提高了電子技術(shù)課程的教學(xué)效率.

集成555時基電路(也稱為555定時器)的工作原理及應(yīng)用，理論上復(fù)雜難學(xué)，采用情景化教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)科學(xué)學(xué)習(xí)方法與職業(yè)素養(yǎng).小組通過制作作品(實作)，熟悉555定時器應(yīng)用電路，知道改變外圍電阻和電容及高、低觸發(fā)端的接法，就可以構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路，達(dá)到學(xué)以致用.

2 學(xué)習(xí)目標(biāo)

2.1 知識與技能

通過實驗探究，知道555時基電路的工作原理及應(yīng)用；能用555時基電路設(shè)計、制作簡單的報警器、延時開關(guān)電路、門鈴等應(yīng)用電路.

2.2 過程與方法

通過設(shè)計、搭建仿真或組裝調(diào)試光控照明燈、頻閃燈、門鈴、液位報警器等功能電路，學(xué)習(xí)科學(xué)實驗研究方法，培養(yǎng)學(xué)生追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感 .

2.3 情感態(tài)度與價值觀

通過行動、情感體驗，分享自主創(chuàng)新的學(xué)習(xí)成果，體會到555時基電路在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用價值，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新意識.

3 學(xué)習(xí)任務(wù)

任務(wù)1：制作光控照明燈(由555時基電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器)

任務(wù)2：制作頻閃燈(閃光胸針)(由555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器)

任務(wù)3：制作觸摸延時開關(guān)(由555時基電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)

4 引導(dǎo)問題

(1)說出555定時器組成及各部分的作用；

(2)熟悉555定時器引腳功能；

(3)列出由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的主要應(yīng)用，各自的工作特性；

(4)觀看仿真頻視，設(shè)計制作光控照明燈、觸摸延時開關(guān)、頻閃燈電路，畫出電路圖，分析工作過程.

5 探究過程

5.1 熟悉器材

Multisim仿真軟件，光敏電阻，穩(wěn)壓電源，電容器，負(fù)載(電位器、定值電阻、直流電動機(jī)、直流電磁繼電器、蜂鳴器、小燈泡、發(fā)光二極管等)，電子示波器，數(shù)字萬用表，集成LM555，金屬片，面包板，跳線等.

5.2 實驗探究

重點說明任務(wù)1制作光控照明燈與任務(wù)2制作閃光胸針(頻閃燈)學(xué)習(xí)過程，任務(wù)3制作觸摸延時開關(guān)與任務(wù)1和2學(xué)習(xí)方法相似，以下不再說明.

5.2.1 制作光控照明燈

制作的光控照明燈，不用調(diào)試，簡單實用，靈敏度高，形象直觀地演示了由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器工作原理及光控開關(guān)的應(yīng)用.

(1)電路組成及各元件作用

參考電路如圖1所示，圖中集成555定時器為核心元件，外接電阻R1和RG，RG為光敏電阻(用10 kΩ電位器代替)，提供觸發(fā)輸入信號，C1為濾波電容使5管腳(外加電壓控制端)電位穩(wěn)定，LED發(fā)光二極管為輸出負(fù)載，也可將LED換成5 V電磁繼電器的線圈，電磁繼電器常開控制觸點和220 V照明燈電路相連接(電路圖略).

圖1 光控照明燈電路

(2)電路工作原理

(3)光控照明燈電路工作過程

在圖1所示電路中，用仿真直觀操作，從實踐中記憶工作原理，用電位器替代光敏電阻，模擬光照強(qiáng)度變?nèi)?黑天)時,照明燈自動點亮過程.增大電位器的阻值，當(dāng)阻值達(dá)到60%(10 kΩ)以上時，LED自動發(fā)光；減少電位器的阻值，模擬光照強(qiáng)度增強(qiáng)(白天)時，電位器阻值減少到15%(10 kΩ)以下時，LED自動熄滅.

(4)知識拓展

可用電壓表測試輸入2端和輸出3端電位，測出正向、負(fù)向閾值電壓，用實驗數(shù)據(jù)驗證理論上的電壓傳輸特性.或去掉R1和RG，在輸入端接入函數(shù)信號發(fā)生器，用示波器觀看輸入、輸出波形，直觀理解將輸入的三角波、正弦波，變換成矩形波，記憶實現(xiàn)波形變換功能，用實驗幫助理解施密特觸發(fā)器工作原理及應(yīng)用，學(xué)習(xí)活動理論與實驗同步，形象直觀，增強(qiáng)教學(xué)效果.

5.2.2 制作頻閃燈(閃光胸針)

制作的頻閃燈或門鈴，調(diào)試簡單，靈敏度高，動作準(zhǔn)確，可用于家中當(dāng)作呼叫器、電子玩具.

(1)電路結(jié)構(gòu)

電路如圖2所示，是由555時基電路構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器典型應(yīng)用，芯片555定時器和外圍定時元件R1，RP，R2，C1組成，R3，R4為限流電阻, LED1和LED2是發(fā)光二極管，電源可用5～12 V.外圍定時元件和555時基電路共同確定了振蕩電路的振蕩頻率，調(diào)節(jié)電位器RP改變電路的振蕩頻率與占空比.電路中的輸出端(3管腳)輸出一定頻率的矩形波信號.

圖2 頻閃燈電路

(2)電路工作原理

Tmax=0.7[R1+2(R2+RP)]C1 =

0.7×[1.5×103Ω+2(1.5×104Ω+

1×106Ω)]×1×10-6F=1.42 s

最小頻率為

輸出最小振蕩周期為

Tmin=0.7[R1+2(R2+RP)]C1=

0.7×[1.5×103Ω+2(1.5×104Ω+0)]×

1×10-6F=22.5 ms

最大頻率為

驗證理論知識：可在輸入端A點和輸出端B點接入示波器，觀看到輸入端電容器充、放電電壓波形，充電對應(yīng)著高電平，LED2發(fā)光；放電對應(yīng)著低電平，LED1發(fā)光，調(diào)電位器使其阻值增大或增加電容C1容量，可看到兩個LED發(fā)光時間變長，交替閃爍的頻率變慢.也可以從示波器中測試周期(最大周期1.40 s，最小周期22.38 ms)和理論數(shù)值進(jìn)行比較，從實踐中理解理論知識，明確555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波的原理，理論和實踐相結(jié)合.

(3)頻閃燈工作過程

打開仿真開關(guān)，閉合開關(guān)看到兩只發(fā)光二極管交替發(fā)光，調(diào)節(jié)電位器時，雙燈閃爍的快慢不一樣，每個二極管點亮的時間也在改變，電位器阻值大，點亮?xí)r間長.3管腳輸出高、低電平，可控制LED2和 LED1的閃爍.當(dāng)輸出高電平時，LED2亮LED1不亮；當(dāng)輸出低電平時,LED1亮LED2不亮；3管腳不停地輸出高、低電平的矩形波,看到兩個二極管交替發(fā)光，隨著電路振蕩頻率不同，發(fā)光二極管閃爍的頻率也發(fā)生變化.

(4)門鈴電路制作過程

在輸出端接門鈴或者蜂鳴器，將LED2換成門鈴或蜂鳴器(電路圖略)，開關(guān)用按鈕開關(guān)，當(dāng)開關(guān)斷開時，多諧振蕩電路沒接電源不工作，當(dāng)按下開關(guān)時，電路開始工作，輸出端3輸出矩形波信號，當(dāng)3端為高電平時蜂鳴器被接通，發(fā)出蜂鳴聲，為低電平時蜂鳴器被斷開，此電路靈敏度高、可操作性強(qiáng)，可用于家中門鈴或呼叫器.

6 結(jié)束語

各小組總結(jié)分析探究結(jié)果，包括問題、方案的可操作性、作品的靈敏度、作品展示與收藏，學(xué)生通過實驗探究輕松地得出課前引導(dǎo)問題中的答案，而且印象深、能應(yīng)用.對于設(shè)計的電路，制作光控照明燈、制作觸摸延時開關(guān)、制作頻閃燈或門鈴電路效果好，電路工作原理簡單，易學(xué)易作，應(yīng)用性強(qiáng)，靈敏度高，可用于課堂教學(xué)演示教具.

在實作學(xué)習(xí)活動中，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，提高了電子技術(shù)課程的教學(xué)效果.在設(shè)計搭建電路中，幫助學(xué)生養(yǎng)成實事求是、積極探索的科學(xué)態(tài)度，認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，將學(xué)習(xí)成果內(nèi)化為堅定的理想信念，激勵學(xué)生以良好的學(xué)習(xí)態(tài)度調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)行為，自覺不斷地探究學(xué)習(xí)，成為德才兼?zhèn)涞娜?