第14课 电容延时、门电路多谐振荡器-【精彩三年】2024-2025学年高中通用技术选择性必修1课程探究与巩固Word教参（苏教版2019）

第五章│电子控制系统的设计及其应用 第14课　电容延时、门电路多谐振荡器(见学生用书P82) ——5　电子控制系统的设计及其应用，教材P98～99 1．掌握电容的常见的延时电路。　2.了解数字门电路组成的多谐振荡器。 安装与调试数字门电路组成的多谐振荡器 由数字门电路和电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，它只有两个暂稳态，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡。 1．电容的延时作用：通过电容的充放电实现延时 周期T与电阻R、电容C有关，R阻值越大，C容量越大，周期越大；周期越大，充放电时间就越长。一般可以使用电解电容来分析，比较方便。 常见延时电路分析： 图1：充电→当A点为高电平，二极管导通，电阻值小，T值减小，B点为高电平。 放电→当A点为低电平时，二极管截止，通过电阻R放电，电阻阻值大，T值增长，实现放电延时功能。 图2：充电→按下开关，对电容进行充电，A点为高电平。 放电→按钮开关，自动断开，通过电阻R放电，实现放电延时功能。 图3：放电→按下开关，对电容进行放电，A点为低电平。 充电→按钮开关，自动断开，通过电阻R充电，实现充电延时功能。 图4：充电→当A点为高电平时，二极管导通，电阻值小，T值减小，三极管基极为高电平。 放电→当A点为低电平，二极管截止，通过电阻R及三极管放电，实现放电延时功能。 图5：充电→当A点为低电平时，三极管基极为低电平。 放电→当A点为高电平，通过电阻R及三极管放电，实现放电延时功能。 2．门电路多谐振荡器 (1)与非门振荡器：1为输入端，当输入端为高电平时，起振，输出端输出方波。 初始：V1为0→V3为1→V4为0→进入充电过程(3、R、2、C、4)；C充满后，V2为1 起振：V1为1→V3为0→V4为1→进入放电过程(C、2、R、3)；C放电后V2为0→V3为1→V4为0→进入充电过程(3、R、2、C、4)；C充满后，V2为1→V3为0→V4为1→进入放电过程(C、2、R、3)。 最终：V4输出高低跳变的波形。 (2)或非门振荡器：当输入端为低电平时，输出端输出方波。 例1 小明想设计一组延时电路，要求按一下S，灯亮起然后延时熄灭。下列电路中不能实现该功能的是(　D　) 　A.　　　　　　　　　B.　　　　　　　　　　　C.　　　　　　　　　　D. 【解析】 选项D的电路按下S灯不亮，松开后一会儿才亮起，与要实现的功能不符，故选项D错误。 变式1 如图所示，这是小宇设计的房间自动排气装置电路。当窗户打开时，排气装置不工作，当窗户关闭时，排气装置能自动开启。此电路选用干簧管作为传感器，窗户关闭时干簧管闭合。下列关于该电路的说法中，不正确的是(　D　) A．在印制板上焊接电阻R1时，烙铁头同时加热电阻引脚和印制板上的焊盘 B．当排气装置工作时，三极管处于截止状态，此时用万用表分别测量三极管的Ube和Uce，测得Ube为0 V，Uce为6 V C．电路中的电容可以选择25 V、10 μF规格的电解电容 D．当窗户刚打开时，为了延时关闭排气装置的时间能明显加长，R1和R2电阻中应该选择更换R2，将电阻R2由2 kΩ更换为200 kΩ 【解析】 当关闭窗户时，干簧管闭合，电容快速放电；当打开窗户时，干簧管断开，电容充电延时，充电线路为电源、R1、电容，所以延时时间与R1有关，选项D错误。 变式1题图 　　　　变式2题图 变式2 光控实验电路如图所示，光敏电阻RG上套有遮光筒，只有当强光直射RG时其电阻才会改变，非直射情况下外界光照强度对其阻值影响不大。下列说法正确的是(　C　) A．用激光笔直射RG，小灯泡L1亮后立即停止照射RG，停止照射后小灯泡熄灭 B．用激光笔直射RG时，三极管VT1处于饱和导通状态 C．小灯泡发光后，用激光笔持续照射光敏电阻RG一段时间后，小灯泡熄灭 D．小灯泡发光后，无论用激光笔照射光敏电阻RG多长时间，小灯泡都不可能熄灭 【解析】 用激光笔直射RG，三极管VT1导通，三极管VT3导通，继电器吸合，小灯泡L1点亮，停止照射后，由于J——1的存在，进入开关自锁，三极管VT3保持导通，小灯泡L1继续点亮，选项A错误；三极管VT1是共集电极接法，处于放大导通状态，选项B错误；小灯泡发光后，用激光笔持续照射光敏电阻RG一段时间后，电容C1进行充电，当充到一定量时，VT2导通，解除VT3的自锁状态，小灯泡熄灭，选项C正确，选项D错误。 例2 2023·浙江1月选考如图所示的信号处理电路，ui为输入信号，uo为输出信号。下列输出波形与输入波形关系中可能的是(　A　) 　　　　　　　　　　 　A.　　　　　 　　B.　　　　　　　C.　　　　　　　D. 【解析】 本题考查电容充放电，结合门电路考查输入输出波形。解题关键是电容充电起始时刻，两端电压差为0，随着充电进行，电压差增大，放电起始时，电容两端电压差相对较大，随着放电过程，两端电压差减小。当输入ui＝0时，非门输入是低电平，此时uo＝1，故选项C错误。当ui变为高电平时，电容C开始充电，充电起始时刻，非门输入依然是低电平，因此uo维持高电平输出，当充电至一定大小时，uo＝0，选项D错误。当输入ui又切换为低电平时，电容C开始放电，放电起始时刻，非门输入依然是高电平，因此uo维持低电平输出，当放电至低于一定大小后，uo＝1，因此选项B错误，选项A正确。 变式 2023·学军中学检测如图所示的信号处理电路，ui为输入信号，uo为输出信号。已知R1阻值远小于R2，电源接通后，下列输出波形与输入波形关系中不可能的是(　B　) 　　　 　　　　　　　　　　　 　　A.　　　 　　B.　　　　 　C.　　　　 　D. 【解析】 本题当电路输入端ui为低电位时，电路充放电稳定后门电路输入端为低电平(因R1阻值远小于R2，电路稳定后，电容器两端的电压即门电路输入端的电位为低电平，R2和R1、VD的分压很低)，当电路输入端ui为高电位时，电路充放电稳定后门电路输入端为高电平。当电路输入端ui从低电平变为高电平时，电容器处于充电状态，充电回路为电源、电阻R2和电容C，当电路输入端ui从高电位变为低电平时，电容器处于放电状态，放电回路为电容C、VD和电阻R1。因R1阻值远小于R2，充电的时间常数远大于放电的时间常数，所以充电延迟时间要比放电延迟时间长。这样，选项A、C、D均是正确的，而选项B的波形就不符合上面的充放电情形。故选项B符合题意。 例3 下列关于如图所示电路的说法中，正确的是(　A　) A．当外界光照非常强时，无源蜂鸣器发出蜂鸣声 B．当外界光照非常强时，无源蜂鸣器不发声 C．当外界光照非常强时，无源蜂鸣器处于工作和不工作交替进行的状态中 D．无源蜂鸣器是否发声与光照强弱无关，仅取决于多谐振荡器 【解析】 记第1个与非门为A1，第2个与非门为A2；光线暗时，R2分压小，A1出1，A2出0，此时经过R3对C1进行充电，充满后C1的左端为高电平；当光线变亮后，A1的另一个输入端为1，全1出0，A2出1，此时C1通过R3放电，C1的左侧为低电平，A1出1，再次重复充放电过程，此时A2的输出高低电平跳变，选项A正确。 变式 如图所示，这是某信号处理电路的输出与输入波形图，ui为输入信号，uo为输出信号。下列信号处理电路中与波形图相吻合的是(　A　) 　　　　　A.　　　　　　　　B.　　　　　　　　C.　　　　　　　　D. 【解析】 与非门振荡器，当输入端为高电平时，起振，输出端输出方波；或非门振荡器，当输入端为低电平时，输出端输出方波。由波形图可知，排除选项B和选项D；选项C中输入端与电阻R1相连(有点)，无法实现振荡，选项错误。 |随|堂|检|测| 1．2023·永嘉中学检测如图所示的电容实验电路，当稳定状态时断开S1，则Uo与t的函数图像是(　B　) 　 　　　　　　　　　A.　　　　　　　　B.　　　　　　　C.　　　　　　　　D. 【解析】 因为R1和R2均为10 kΩ，因此稳定状态时，R1和R2中点电压为5 V，即电容下极板电位为5 V，当S1断开时，R2两端有电势差，C1通过R2对地放电，随着放电过程进行中，C1下极板电位逐步降低，选项B正确。 2．如图所示，这是光控点动开关电路图，用手电筒照射一下光敏电阻RG，可实现V4发光，再用手电筒照射光敏电阻RG，时间比上次稍久，就可实现V4熄灭。下列关于该电路的说法中，不正确的是(　D　) A．当RG受到手电筒第一次短时间照射时，V4发光，V3处于导通状态 B．当RG受到手电筒第二次长时间照射时，Cl经历了充电过程 C．当V2饱和时，V3不导通 D．C1、C2都是电解电容，在该电路中都起到延时作用 【解析】 C2是滤波电容，起到稳压的作用，选项D错误。 3．如图所示的信号处理电路，ui为输入信号，uo为输出信号，三极管VT工作在开关状态。下列输出波形与输入波形关系中，正确的是(　D　) 　 　　　　　　　　　　　　　　A.　　　　　B.　　　　　　C.　　　　　　D. 【解析】 与非门在电路中起到非门的作用；此题考查电容的延时作用，此电路为电容充电延时；首先，根据非门作用排除选项A、C；再根据电容的延时，排除选项B。 4．小明在电路板上用与非门芯片搭建了如图所示的电路，当光线变暗时，与非门Va会输入一个低电平信号，分析该电路，下列说法不正确的是(　C　) A．电路中，电容C1有延时作用，电容C2和与非门Vc、Vd、电阻R3构成振荡电路 B．光敏电阻遮光一次，无源蜂鸣器会发出一定时长的声音 C．增大C1容量或减小R1阻值，可使蜂鸣器发声时间变长 D．改变R3、C2大小可改变发声的频率 【解析】 增大C1容量或增大R1阻值，可使蜂鸣器发声时间变长，选项C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$