集成門電路組成的多諧振蕩器一體化教學

尹清華　惠州市惠州工程技術(shù)學校　516001

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集成門電路組成的多諧振蕩器一體化教學

尹清華惠州市惠州工程技術(shù)學校516001

【文章摘要】

集成門電路的多諧震蕩器在實際的教學過程中需要講究一定的方式方法，以便學生能夠在較短的時間內(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。

【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。在實際的教學過程中，為了達到理想的教學效果，需要讓學生在學習新知識的基礎(chǔ)上回憶以前重要的知識點。只有這樣，學生在實際的課堂學習中才能真正地理解相關(guān)知識點的本質(zhì)，提高自身的學習效率。

1　理解和掌握電位與電壓的關(guān)系

提高學生對集成門電路多諧振蕩器工作過程的認識，需要讓他們更好地理解和掌握電位與電壓的關(guān)系。電路中不同點的電位求解過程與兩端的電壓及流過對應電阻的電流有關(guān)。電位與電壓的關(guān)系需要通過具體計算相關(guān)電阻上流過的電流，確定出不同點的電位，利用電位差的關(guān)系確定出兩點之間的電壓。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各點的電位UA,UB,UC。對于這類題型，老師應該引導學生首先計算出串聯(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,分別計算出A,B,C三點的電位，得出：UA=5V，UB=4V，UC=1.5V。當?shù)玫竭@三點的電位后，可以利用UAB=UA-UB=5-4=1V

，以此類推，分別計算出其它兩點之間的電壓。除此之外，在計算出總電流后，也可以利用歐姆定律直接計算出對應的電壓。在具體的計算過程中，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。此時利用歐姆定律計算出電流值的大小。充電完成后，充電電流為0A，電阻上的電壓為0V，此時電容上的電壓達到最大值。比如，在一個只有100Ω的電阻、兩端分別標有A和B的電容器、開關(guān)、導線、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，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，因為UAB=UA-UB=UA-5V=0，可得出UA=5V。此時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，達到5V。由此可得出：

（1）隨著充電的進行，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用

當已知開機時的輸出電壓，可以通過電容器的充放電原理得出具體的反饋機制。如果剛開機時輸出電壓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，此時需要讓學生弄清楚電流的流向。隨著充電的進行，從前面的預備知識可知，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?，這時電路會進入圖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，相應就有圖中對應的充電電流。隨著充電的進行，從前面的預備知識可知，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UB=1電路回到初始狀態(tài)。可見，開機后，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行相關(guān)的實驗。通過對電路原理圖的分析，可以得出時間常數(shù)RC。加電后，可以觀察到某些接觸點的發(fā)光管亮滅交替，保持一閃一閃的狀態(tài)，此時電阻變大。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的減小。

一般情況下，可觀察到亮的時間大概持續(xù)3秒，滅的時間大概也持續(xù)3秒也就是閃一次需要6秒鐘。當電阻保持原先的電阻不變,電容變化時時，時間常數(shù)也會發(fā)生相應的變化。此時可觀察到亮的時間大概持續(xù)1秒，滅的時間大概也持續(xù)1秒。這時發(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頻率的變化情況。當電阻為10k,電容為33uF時，時間常數(shù)RC=10*1000*33*10-6=0.33秒，可觀察到亮的時間大概持續(xù)0.3秒，滅的時間大概也持續(xù)0.3秒。此時發(fā)光管閃一次需要0.6秒鐘，燈閃得速度正在加快。通過這樣的教學方法，有利于加深學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

在實際的應用過程中，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行必要地分析。同時，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方法激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)他們自主探究的綜合能力。

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