應用拓展教學法講授“信號產生電路”初探

摘要本文以“信號產生電路”教學為例，闡述了中職學校教師對《電子技術基礎》教學難點部分采用拓展教學法，可以拓展學生思維視野、提高學生課堂興趣、促進學生掌握相關知識，達到提高教學質量之目的。

關鍵詞振蕩電路 拓展教學法 提高學習興趣

中圖分類號:G420文獻標識碼:A

“信號產生電路”部分是《模擬電子技術》教學的難點內容，學生學習起來不感興趣、精力不能集中，為了讓學生克服困難、接受知識，我在教學實踐中采用拓展教學法，從人類文明進程與振蕩方式的變革的關系講起，逐漸引入產生正弦振蕩的條件、LC正弦波振蕩電路的工作原理、LC正弦波振蕩電路的工作判別、石英晶體振蕩電路及其工作原理等教學內容，并注意適當引導學生主動尋找生活中時鐘振蕩電路在各種智能控制電路的實例來說明“信號產生電路”在現代科技生活中的重要作用，拓展學生思維視野，提高學生課堂興趣，收到良好的教學效果。實踐教學中要注意以下幾個拓展內容:

1 人類文明進程中的計時工具

上古時代人們日出而作日入而息，以日為計時單位，人類生活從狩獵轉為農耕，生活節奏緩慢，活動半徑以腳步度量。人們按照樹木在日照不同時間形成的影子為原理，制成計時用的日晷，一年四季周而復始。1270年前后歐洲出現的早期機械式時鐘，以秤錘作動力，每一小時自動報時一次。在接下來的幾個世紀里，歐洲各國的教堂紛紛建起鐘塔，人們在鐘聲伴隨下生活慢慢發生著變化，商業從農業中分離出來。擺鐘成為時間觀念誕生的標志，由于惠更斯在螺旋彈簧的發明，游絲的出現使鐘表體積大為縮小。1510年，第一塊懷表誕生了，它的出現方便了鐘表的隨身攜帶，表盤上出現的分針和秒針，能更精確地顯示時間。時間就是金錢成為商人獲得利益的座右銘。鐘表成為商人計劃、協調和控制日常活動的工具。隨著鐘表制作技藝不斷發展，鐘表精度越來越高，人類文明的腳步從中世紀晚期到近代初期明顯加快了節奏，被廣泛使用的石英手表的精度遠遠大于機械手表。石英振蕩技術的出現有力的推動現代社會文明節奏。

2 計時精度與時基系統

鐘表有振動周期比較穩定的振蕩系統，此為振蕩時基。頻率是振蕩器每秒振動的次數。如機械鐘表是以擺輪游絲為振蕩系統或擺振蕩系統作為時基，機械手表中擺輪游絲系統的振動頻率稍好一點，最常見的為3Hz，最大不過10 Hz;石英電子鐘表則以石英晶體振蕩器作為時基。石英電子手表中的晶振頻率一般為 32 768Hz，某些石英電子鐘中的晶振頻率為4 194 304Hz。原子鐘的精度最高，其精度可以達到每100萬年誤差1秒。因此，常用振蕩系統的振動頻率或節拍數作為鐘表的一項精度技術指標。

在1762年，最好的機械表已經能夠達到每3天才差1秒鐘的精確程度，這樣的時鐘，即使放在如今的日常生活中，也足夠用了。但在天文、物理等科學領域中，人們對時間精確度的要求，卻并不以此為止境。

1949年在美國學者伊西多·伊薩克·拉比使用氨分子作為磁振源制成了世界上首臺原子鐘，精確程度已經可以達到在30萬年的時間中，既不會快1秒，也不會慢1秒了。1967年召開的國際計量大會(General Conference on Weights and Measures，簡稱CGPM)上，科學家們根據銫原子的振蕩頻率定義了秒的長度，那就是:銫133原子基態的兩個超精細能量級間躍遷輻射振蕩9 192 631 770周所持續的時間為1秒。自此，全世界的計時標準不再建立于天文學的基礎上，而這一標準也一直被沿用至今。

3 現代生活中無處不在的時鐘電路

采用銫原子鐘的躍遷頻率作為時間頻率的標準給人類帶來的益處更是無處不在，被廣泛使用在天文、大地測量和國防建設等各個領域中。從GPS衛星的導航定位系統，到無線通訊和光纖數據傳輸技術，精準計時被用來測試物理學的某些理論，如相對論和量子電動力學等尖端研究。它們的背后，都響著原子鐘的“嘀噠”聲。采用了精巧與精準的時鐘電路，極大方便了人們的現代生活:

(1)手機中有一個不可缺少的器件(電路)，就是13MHz的振蕩器及產生13MHz時鐘的電路，它在手機(下轉第38頁)(上接第34頁)中用于產生鎖相環的基準頻率和主時鐘信號，它的正常工作為手機系統正常開機和正常工作提供了必要條件。

(2)電腦時鐘電路大多數由一個晶振、一個時鐘芯片、電阻、電容等構成，部分主板由一個晶振、多個時鐘芯片構成。(無晶振的時鐘芯片是專門給內存和北橋提供時鐘的)，晶振工作之后會輸出一個基本頻率，由時鐘芯片(又叫分頻器)分割成不同周期的信號，再對這些信號進行升頻或降頻處理，最后通過時鐘芯片旁邊的電阻(外圍元件)輸出，大多會連接到各個設備去，有的會連接到無晶振的時鐘芯片去。晶體產生的頻率總和是14.318M。

(3)空調時鐘電路石英晶振主要用于CPU時鐘電路。振蕩電路提供微處理器時鐘基準信號，振蕩信號的頻率是4.19MHz.用示波器測量14腳可以看到4.19M的正弦波。時鐘電路是由晶體NT及兩個啟振電容、DC5V組成并聯諧振電路，與主芯片內部振蕩電路相連，其內部電路以一定頻率自激振蕩，為主芯片工作提供時鐘脈沖，用以控制壓縮機工作頻率(變頻)。

(4)電視機、智能家電等復雜的電子產品，晶振是必須的，而RC或LC振蕩無法企及，原因就是信號的穩定性不夠，晶振和晶體又稱作有源和無源器件，無源的沒有電壓的問題，信號電平可以改變，并且可以和其它電路組成振蕩器，適應于多種電壓，而有源的信號質量好，比較穩定，連接方式相對也較簡單。晶體振蕩器主要作用于各類振蕩電路中，以及通信系統中用作頻率發生器，為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號，常用于數字電路中。

4 把“最精確”作為一種追求

或許“最精確”是個一出現就立刻成為過去時的概念，或許它是一個永遠都無法企及的將來時，但無論如何，在從精確到更精確的現在時中，人類在進步。從人類計時工具的演進“日晷→機械鐘表→石英晶體振蕩器→原子鐘” 無一不是時基系統的演進。時基系統的演進是一個漸進式的永恒主題，不會停止，是現代技術文明的金鑰匙，誰掌握了這把金鑰匙，誰就能夠打開通向未來科技世界的大門。

總之，采用拓展教學法，注重教學過程，拓展學生思維，可以使“信號產生電路”部分教學變的輕松、有趣。課堂上通過引導學生了解人類計時文明的演進，調動學生主動尋找生活中的各種具體“信號產生電路”，讓其擴大視野、延伸視覺，從而使學生獲得興趣、自信，使教與學不再相互孤立。真正認識、掌握時鐘電路不僅為商業活動提供精準的時間，同時還為供電、交通、醫療、科研、軍事活動提供基準信號。