邵 紅，張洪群，張翔宇，劉豐源

（海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041）

1 實驗簡介

1.1 實驗?zāi)康?/h3>

本次實驗的實驗?zāi)康木褪抢?55定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，進(jìn)而實現(xiàn)防盜報警電路的設(shè)計。其中，利用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器是實驗的關(guān)鍵，學(xué)員需要知道實驗原理，畫出準(zhǔn)確的電路圖，并能夠搭建、調(diào)試成功。

1.2 實驗物料

萬用表，面包板，直流穩(wěn)壓電源，面包板1快，555時基電路1個，電位器1個，電容器3個，電阻器3個，開關(guān)1個，喇叭1個，發(fā)光二極管1個，細(xì)導(dǎo)線若干。

1.3 工作步驟

（1）明確555時基電路作為電路的核心器件，辨明各引腳編號的含義。

（2）通過測量，選擇合適的電阻并記錄其參數(shù)。

（3）檢測面包板、電容元件、電位器、發(fā)光二極管的好壞并記錄其參數(shù)。

（4）根據(jù)電路圖在面包板上插接電路，并調(diào)試電路使其工作。

2 重要問題的牽引主線

問題一“什么樣的設(shè)備可以對歹徒起到警示作用？”引題。

一直以來，人身安全和財產(chǎn)安全是工作和生活中的一重大問題，關(guān)系到人們的生活質(zhì)量。以學(xué)員身邊關(guān)心并且常見的保護(hù)人身財產(chǎn)安全現(xiàn)象引題更能激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，對后續(xù)課程內(nèi)容的開展起到推動作用。并且目的明確這節(jié)課就是用555制作一個報警電路。焊接一個完整電路并實現(xiàn)報警功能。

問題二“如何制作報警電路呢？”引出電路組成。

承接上面的問題，利用問題，引出電路的組成部分。一個完整的防盜報警系統(tǒng)包括入侵探測器+傳輸系統(tǒng)+報警控制器三部分。入侵探測器發(fā)現(xiàn)入侵后產(chǎn)生報警觸發(fā)信號，由傳輸系統(tǒng)傳送到報警控制器，報警控制器顯示報警狀態(tài)，發(fā)出聲、光或以數(shù)字或圖像形式顯示地點(diǎn)、時間等。

問題三“需要遵循什么樣的制作思路？”引出制作思路。

學(xué)員思考最核心的問題“需要遵循什么樣的制作思路？”。遵循的常規(guī)思路是：設(shè)計一個電路首先要明白為什么要設(shè)計，也就是這個電路的作用功能要明確，在明確功能需求的基礎(chǔ)上還要確定所需元器件。

2017年，原國土資源部貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于深化石油天然氣體制改革的若干意見》，穩(wěn)步推進(jìn)油氣勘查開采體制改革。積極開展頁巖氣區(qū)塊出讓工作，委托貴州省政府拍賣出讓正安頁巖氣勘查區(qū)塊；繼續(xù)推進(jìn)新疆油氣勘查開采改革試點(diǎn)，委托新疆維吾爾自治區(qū)政府掛牌出讓柯坪南、溫宿、溫宿西三個油氣勘查區(qū)塊；實施煤層氣礦業(yè)權(quán)審批改革試點(diǎn)，將煤層氣委托審批下放試點(diǎn)從山西擴(kuò)大到新疆、貴州等六省(區(qū))，山西省國土資源廳完成了10個煤層氣勘查區(qū)塊的招標(biāo)出讓；經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，天然氣水合物成為我國第173個礦種。

問題四“電路圖設(shè)計好了，是不是就可以馬上準(zhǔn)備器件焊接報警電路了？”。

問題五“采用什么方法可以驗證所設(shè)計電路的可行性呢？”。

問題六“需要什么器件實現(xiàn)報警功能？”。

問題四、五、六都是在制作過程中融入的問題，問題四、五體現(xiàn)“理虛實”的結(jié)合，電路圖設(shè)計好后，采用Multisim仿真軟件進(jìn)行仿真，調(diào)試參數(shù)沒有問題后，再在面包板上搭建電路。問題六，則是設(shè)計的主體。

3 制作思路

報警系統(tǒng)的制作思路可遵循以下幾步：（1）明確所制作電路的功能需求。（2）確定所需元器件，準(zhǔn)確分析的基礎(chǔ)上實現(xiàn)電路設(shè)計，然后畫出電路圖。（3）畫電路圖。需要理需結(jié)合。因為所畫、設(shè)計的電路圖不一定可行，結(jié)構(gòu)和參數(shù)不一定準(zhǔn)確。必須在準(zhǔn)確的電路圖的基礎(chǔ)上才能來制作出達(dá)到功能需求的實物電路。可采用仿真的手段方便快捷的驗證設(shè)計電路的可行性。（4）焊接電路板電路，體驗焊接技巧。（5）通電檢查。（6）排故。本次課通過理虛實相結(jié)合的六步完成報警電路的制作。

4 所需器件的選取

這節(jié)課所制作電路的功能需求已經(jīng)非常的明確，就是用555做個報警功能的電路。通過制作電路的名字555報警電路知道，我們知道肯定會用到這555個器件，作為主要器件。

4.1 主要教學(xué)器件的介紹

4.2 構(gòu)成多諧振蕩器的思路

要用555構(gòu)成多諧振蕩器，首先要清楚什么是多諧振蕩器。它是一種不需外加觸發(fā)信號就能自行產(chǎn)生矩形脈沖的電路。又因為它所產(chǎn)生的矩形脈沖含有豐富的高次諧波，人們習(xí)慣上把它叫作多諧振蕩器。它有兩個特點(diǎn)：無外觸發(fā)；無穩(wěn)態(tài)。

具體思路是：無穩(wěn)態(tài)，兩暫態(tài)不斷交替。如圖1所示，利用放電管T作為受控電子開關(guān)，使C充、放電，而改變TH、TL，交替置 0、置 1。兩觸發(fā)端接一起（2、6），放電端接兩電阻之間。

圖1

工作過程是：在通電源的瞬間，2腳和6腳的電壓小于VCC/3，此時3腳輸出狀態(tài)為1，555內(nèi)部的晶體管T截止，電源通過R1和 R2對電容 C充電。在電容電壓沒有充電到2VCC/3之前，輸出一直保持1不變，一旦充至2VCC/3，2腳和6腳的電壓等于2VCC/3，3腳輸出由1翻轉(zhuǎn)為0。同時，晶體管T導(dǎo)通，電容C經(jīng)R2、T放電，一直至VCC/3，使得輸出回到1，進(jìn)入循環(huán)。輸出方波的周期T的計算：T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C。高電平對應(yīng)充電時間常數(shù)為（R1+R2）C，低電平對應(yīng)放電時間常數(shù)為R2C。如何改變方波的占空比呢？改變充放電回路的時間常數(shù)即可。

4.3 器件選取過程

555也是一種多用途的單片集成電路。結(jié)構(gòu)簡單，芯片8個引腳，使用方便，功能比較強(qiáng)，只要在外圍配上合適的阻容元件就可以構(gòu)成脈沖電路。如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器，可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器及指示燈等。恰好滿足報警電路警示作用需求。

555報警電路就是在555構(gòu)成多諧振蕩器的基礎(chǔ)上實現(xiàn)報警功能。555構(gòu)成多諧振蕩器的電路圖是成熟電路，如圖2所示。4腳復(fù)位端還沒接，讓他輸出矩形波需要接高電平，接電源。通過一個51K的電阻接電源。3腳輸出矩形脈沖。組成報警電路，還要有警示作用的負(fù)載。

圖2

圖2中多諧振蕩器和警示負(fù)載就是完整的報警電路嗎？很顯然不是。這個電路只要通電，不管有沒有發(fā)生入侵，喇叭一直響，燈一直閃。我們要在通電條件下，初始狀態(tài)：喇叭不響，燈滅。只要4腳復(fù)位接低電平。本次試驗通過導(dǎo)線接地，如圖3所示，導(dǎo)線代表入侵探測器和傳輸系統(tǒng)。這也是為什么通過51K電阻，而不直接接6v電源，防止電源短路。

圖3

5 問題牽引法的好處

新模式的教學(xué)課堂，要求教員處于主導(dǎo)地位，而學(xué)員處于主體地位，營造出積極活躍的課堂氛圍。教員主導(dǎo)地位的作用發(fā)揮就是引導(dǎo)學(xué)員充分發(fā)揮個體和團(tuán)體的主體作用，讓他們在課堂上能體會到、發(fā)現(xiàn)自我價值。問題牽引法恰好體現(xiàn)了這一好處。

6 總結(jié)

以問題環(huán)環(huán)相扣作牽引，通過以理論為支撐、以虛擬實驗為輔助和以實際操作為主體的“理虛實三結(jié)合”的教學(xué)方法，讓學(xué)員體會實操的嚴(yán)謹(jǐn)性、解決問題的層次性和多種方法結(jié)合解決問題的好處，抓住學(xué)員注意力，加大他們的參與力度，確保每位學(xué)員的實驗都能成功完成。