集成门电路组成的多谐振荡器一体化教学

尹清华　惠州市惠州工程技术学校　516001



集成门电路组成的多谐振荡器一体化教学

尹清华惠州市惠州工程技术学校516001

【文章摘要】

集成门电路的多谐震荡器在实际的教学过程中需要讲究一定的方式方法，以便学生能够在较短的时间内快速地掌握相关的知识。多谐振荡器的工作原理相对较为复杂，其中主要涉及到了欧姆定律、电位与电压的关系、电容的充放电规律等重要的知识点。

【关键词】

多谐振荡器；数字系统；电容；欧姆定律；频率

做好集成门电路组成的多谐振荡器一体化的教学工作，需要充分地理解和掌握欧姆定律、电位与电压等知识。在实际的教学过程中，为了达到理想的教学效果，需要让学生在学习新知识的基础上回忆以前重要的知识点。只有这样，学生在实际的课堂学习中才能真正地理解相关知识点的本质，提高自身的学习效率。

1　理解和掌握电位与电压的关系

提高学生对集成门电路多谐振荡器工作过程的认识，需要让他们更好地理解和掌握电位与电压的关系。电路中不同点的电位求解过程与两端的电压及流过对应电阻的电流有关。电位与电压的关系需要通过具体计算相关电阻上流过的电流，确定出不同点的电位，利用电位差的关系确定出两点之间的电压。比如，已知 UA=5V，三个串联电阻分别为10Ω、25Ω、15Ω，求出电路中A,B,C各点的电位UA,UB,UC。对于这类题型，老师应该引导学生首先计算出串联回路中的总电流：I=5V/ （10+25+15）Ω=0.1A。然后利用欧姆定律U=IR,分别计算出A,B,C三点的电位，得出：UA=5V，UB=4V，UC=1.5V。当得到这三点的电位后，可以利用UAB=UA-UB=5-4=1V

，以此类推，分别计算出其它两点之间的电压。除此之外，在计算出总电流后，也可以利用欧姆定律直接计算出对应的电压。在具体的计算过程中，需要弄清电阻是否是非线性，保证电位与电压相关公式的适用性。

2　准确把握电容的充放电规律

2.1 电容充放电的相关知识

学生对于集成门电路组成的多谐振荡器的理解，也需要掌握电容的充放电规律。电源的充放电规律与开关是否闭合有着直接的关系。一般情况下，当电路中的开关闭合后，相邻的电容器在电源的作用下将会开始慢慢的充电。充电的瞬间将会产生一定的电流。此时利用欧姆定律计算出电流值的大小。充电完成后，充电电流为0A，电阻上的电压为0V，此时电容上的电压达到最大值。比如，在一个只有100Ω的电阻、两端分别标有A和B的电容器、开关、导线、电源组成的串联电路中，求电容器两端的最大电压（已知UA=5V）。

对于这类题型，需要对电容器的充放电原理有着充分的了解。开关未合上时，电容是空的，还未充上电，所以UAB=0。刚合上开关的瞬间，电源准备对电容充电，但还未充上电，所以UAB还是为0伏。已知UB=5V，因为UAB=UA-UB=UA-5V=0，可得出UA=5V。此时5V电压都降落在电阻上，这个瞬间的充电电流为5V/100Ω=0.05A。当充电完成之后，充电电流为0。电阻上的电压保持开路状态，具体大小为为0伏，而电容上的电压最大，达到5V。由此可得出：

（1）随着充电的进行，电容上的电荷越来越多，电容上的电压也越来越大，而电阻上的电压越来越小。

（2）电容一端的电位突然升高（降低），另一端电位也会随着突然升高（降低）;

2.2电容充放电规律在多谐振荡器中的应用

当已知开机时的输出电压，可以通过电容器的充放电原理得出具体的反馈机制。如果刚开机时输出电压Uo是高电平1，则可判断出第一个与非门的输出端A是低电平0，输入端B是高电平1，Uo通过电容反馈回B去的也是高电平1，属于正反馈，此时需要让学生弄清楚电流的流向。随着充电的进行，从前面的预备知识可知，电阻上的电压会越来越小，而这个电压正是第一个与非门的输入电压UB，也就是UB会变为低电0，这时电路会进入图1所示的状态。

第一个非门的输出端A翻转为高电平1，总输出Uo翻转为低电平0，Uo通过电容反馈回B端去的也是低电平0，属于正反馈，相应就有图中对应的充电电流。随着充电的进行，从前面的预备知识可知，电容上的电压会越来越大，而这个电压正是第一个与非门的输入电压 UB，也就是UB会变为高电平1，所以此时UB=1电路回到初始状态。可见，开机后，电路会在以上两种状态上不断交替变化，输出电压表现为方波。为了验证相关数据的正确性，可以采用简单的与门、非门，与非门电路原理图进行相关的实验。通过对电路原理图的分析，可以得出时间常数RC。加电后，可以观察到某些接触点的发光管亮灭交替，保持一闪一闪的状态，此时电阻变大。如果发光管灯闪的速度变慢，电容变大，流过的电流将会相应的减小。

一般情况下，可观察到亮的时间大概持续3秒，灭的时间大概也持续3秒也就是闪一次需要6秒钟。当电阻保持原先的电阻不变,电容变化时时，时间常数也会发生相应的变化。此时可观察到亮的时间大概持续1秒，灭的时间大概也持续1秒。这时发光管闪一次需要2秒钟，比上一次闪得更快。

已知R=10K,C=33uF的接线图，可以观察振荡器工作时频率的变化情况。当电阻为10k,电容为33uF时，时间常数RC=10*1000*33*10-6=0.33秒，可观察到亮的时间大概持续0.3秒，灭的时间大概也持续0.3秒。此时发光管闪一次需要0.6秒钟，灯闪得速度正在加快。通过这样的教学方法，有利于加深学生对多谐振荡器的振荡原理的理解，也会逐渐接受“电容越大，充放电速度越慢;电阻越大，充放电速度也越慢”这个结论。

3　结束语

在实际的应用过程中，多谐震荡器主要依赖于数字系统，属于一种自激振荡器。当电源接通后，由于信号的变化将会产生一定的频率及矩形波，需要利用电容充放电的知识进行必要地分析。同时，老师在讲解多谐振荡器相关知识的过程中，也需要利用合理的教学方法激发学生的学习兴趣，培养他们自主探究的综合能力。

【参考文献】

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[4]王刚,李桂林.基于电容充放电原理的纳秒级时间精度测量技术[J].化工自动化及仪表,2010,（08）.