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第五章　电子控制系统的设计及其应用
一、 简单功能电路的安装与调试
1. 比较（运算放大）器
（1）引脚排列图、芯片实物图及电路符号
比较（运算放大）器通常有两个输入端，即同相输入端和反相输入端，有且只有一个输出端（输出信号一般只有高电平和低电平两个稳定状态的电压）。部分比较（运算放大）器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性的补偿引脚。
图a　引脚排列 图b　芯片实物 图c　电路符号
（2）引脚功能
若芯片的正电源引脚接＋VCC，负电源引脚接－VCC，输入输出关系如下：
输入 输出Uo
U＋＞U－ ＋VCC
U＋＝U－ 0
U＋＜U－ －VCC
　　若芯片的正电源引脚接＋VCC，负电源引脚接地，输入输出关系如下：
输入 输出Uo
U＋＞U－ ＋VCC
U＋＝U－ VCC
U＋＜U－ 0
2. 555集成电路
555时基集成电路实物图 555时基集成电路引脚图 555时基集成电路内部电路图
3. 多谐振荡电路
多谐振荡电路图 振荡过程分析
若电路通电瞬间电容器不带电，A点电位UA=0，则UB=1，UF=0。此时B和F两点通过电阻R给电容器C充电，随着充电进行，A点电位上升，当A点电位上升为高电平UA=1时，UB=0，UF =1，电容器开始放电并反向充电，A点电位下降，当A点电位下降为低电平UA=0时，UB=1，UF =0，重复上诉充电过程。如此反复，F点输出高低变化的数字信号。
当I＝0时，B＝1，F＝0，电路不振荡。当I＝1时，假设初始电容器不带电，则A＝0，B＝1、输出端F＝0，电容器C充电（左极板带正电，右极板带负电），随着充电进行，电容器C极板所带电荷量Q增加，其两端电压U升高（Q＝CU），A点电位上升，充电一段时间后，A＝1，B＝0、输出端F＝1，电容器C放电，此时A点仍旧是高电平，待电容器放电完毕，立即反向充电，当电容器两端电压升高到一定程度时，A＝0，B＝1、输出端F＝0，电容器重复上述充放电。因此F点会输出呈周期性变化的高低电平。
当I＝1时，B＝0，F＝1，电路不振荡。当I＝0时，电路开始振荡，振荡过程类似与非门电路。
R2＝R3，假设初始状态电容器不带电，接通电源，U－＝0，电路受干扰，若U＋＞U－（也有可能U＋＜U－），运算放大器输出高电平VCC，电容器开始充电，当电容器充电电压刚好超过电源电压的二分之一时，U＋＜U－，运算放大器输出低电平－VCC，电容器开始放电然后反向充电，当电容器两端电压降低刚好低于－VCC的二分之一时，U＋＞U－，运算放大器又输出高电平VCC，电容器先放电然后再充电，如此循环往复充电放电，运算放大器输出高低变化的电平。
闭合开关S，假设初始电容器不带电Q＝0，Uc＝0，2和6引脚电位等于电容器电压，U2，6＝0，U3＝1，7脚悬空，电源经过R1和Rp给电容器充电，U2，6上升，U2，6超过三分之一不到三分之二电源电压时，555处于保持充电状态， U3＝1，7脚悬空。U2，6超过三分之二电源电压时，U2，6＝1，U3＝0，7脚接地U7＝0，电容器经过Rp放电，U2，6下降， U2，6低于三分之二但超过三分之一电源电压时，555处于保持放电状态， U3＝0，7脚接地U7＝0。 当U2，6小于三分之一电源电压时，U2，6＝0，U3＝1，7脚悬空，电源经过R1和Rp又给电容器充电，重复前面的过程。在电容器不断地充电放电过程中，3脚输出呈周期性变化的高低电平。
4. JN6201音乐集成电路
JN6201管脚排列图　　　JN6201的输入输出端口对应的引脚
JN6201音乐集成电路功能说明：
（1）任意输入端高电平触发，每次只有1个输入脚可以输入，但4个输出脚可以同时输出。每个输入端对应一首不同的歌曲。
（2）输入端I1、I2 、I3、I4有一个为高电平，则输出端O1 、O2 、O3为高电平，O4为低电平；输入端I1、I2 、I3、I4全部为低电平，则输出端O1 、O2 、O3为低电平， O4为高电平。
（3）引脚11、引脚14是音乐输出端，一般接扬声器；引脚10接发光二极管；引脚9接继电器；输出端一般不直接接用电器，需通过三极管来驱动用电器。
【项目情境】
小林同学发现，老师和同学们进出学校时总是要大声呼叫传达室内的门卫师傅开门，既喧哗又很不方便。小林同学决定利用所学的电子控制技术知识设计一款电子门铃。老师告诉他，在生产和生活中的电子控制系统很多都是由一些实用的功能电路组成的。于是，小林同学决定从认识简单功能电路开始。
【任务1】　安装与调试数字逻辑门电路组成的多谐振荡器
小林同学利用与非门芯片和相关电子元器件设计了如图所示的电子门铃电路，下列说法中，错误的是（　D　）
A. 当光线亮的时候蜂鸣器才会响起
B. 改变R2、C的大小可改变蜂鸣器的发声频率
C. 增大R2的阻值或C的容量，可使蜂鸣器发声频率变低
D. 电路中左边的与非门换成或非门电路功能不变
【解析】 当光线亮的时候，Rg电阻小，R1分得电压高，给与非门输入高电平，与非门组成的多谐振荡器开始振荡，蜂鸣器发出声音，A选项正确；R2和C组成电容器充放电回路参与振荡，改变R2、C的大小可改变振荡的频率，因此可改变发声的频率，B选项正确；增大R2的阻值或C的容量，使充放电时间变长，振荡周期变大，可使蜂鸣器发声频率变低，C选项正确；电路中左边的与非门换成或非门后，光线暗才开始振荡，因此电路的功能改变，D选项错误。
【任务2】　安装与调试运算放大器组成的多谐振荡器
如图所示为小林同学利用运算放大器等元器件为耳聋患者设计的电子“门铃”的部分电路，已知R2＝R3，初始状态电容器不带电，运算放大器输出与输入的关系为：输入端U＋＞U－时，输出端Uo＝＋VCC，输入端U＋＜U－时，输出端Uo＝－VCC。接通电源，下列说法中，正确的是（　C　）
A. A和D两点为模拟信号，B点为数字信号
B. 接通电源瞬间，发光二极管不发光
C. 为了提高发光二极管的闪烁频率，可以减少电容器C的容量或者把电阻R1换成更小的阻值
D. 增大电阻R2的阻值发光二极管的闪烁频率会提高
　　　请画出接通电源后A点和B点的电位随时间变化的图像。
【解析】 接通电源A点为模拟信号，B和D两点为数字信号，所以A选项错误；接通电源瞬间，电容器不带电，U－＝0，受干扰，若U＋＞U－，运算放大器输出高电平VCC，发光二极管发光，所以B选项错误；减少电容器容量C或者减少电阻R1的阻值，充放电时间变短，发光二极管的闪烁频率变高，所以C选项正确；增大电阻R2的阻值会使发光二极管的闪烁频率降低，所以D选项错误。
A点和B点的电位随时间变化的图像如图所示：
【任务3】　认识555集成电路，根据555集成电路内部电路结构推导输出与输入的关系，填入表格中。
555集成电路引脚图　　　555集成电路内部电路图
555集成电路输出与输入的关系
输入 输出
4 2 6 3 7
0 × × 0 接地
1 ＜VCC × 1 悬空
1 ＞VCC ＜VCC 保持 保持
1 ＞VCC ＞VCC 0 接地
【任务4】　安装与调试555集成电路组成的多谐振荡器
小林同学利用555集成电路和相关电子元器件设计的电子门铃电路如图所示：
初始状态电容器C1不带电，请画出接通电源后555集成电路的2和6脚电位U2，6以及3脚电位U3随时间变化的图像。
讨论：
（1）发光二极管VD1和VD2单次发光时长谁更长一些？为什么？
【答案】 充电时间跟R1、Rp和C1有关，放电时间跟Rp和C1有关。因此充电时间长，放电时间短，充电时3脚输出高电平，VD2发光，放电时3脚输出低电平，VD1发光，因此VD2单次发光时间更长一些。
（2）用555集成电路组成的多谐振荡器能否使扬声器奏出美妙的音乐？为什么？
【答案】 不能用555集成电路组成的多谐振荡器使扬声器奏出美妙的音乐，因为555集成电路3脚交替输出高低电平，周期固定，只能发出单调的声音。
【任务5】　安装与调试JN6201音乐集成电路
如图所示为小林同学利用JN6201集成电路、干簧管等电子元器件设计的一款电子音乐门铃，JN6201集成电路引脚功能见“知识梳理”，干簧管在门关闭时闭合、门打开时断开。下列说法中，错误的是（　C　）
A. 三极管VT2导通时处于放大状态
B. 闭合开关S，开门时扬声器SP播放音乐
C. 闭合开关S，关门时发现扬声器SP播放音乐，可以通过调小R2关闭扬声器
D. 若JN6201集成电路1脚折断，连接到2脚也可以实现功能
【解析】 JN6201集成电路14脚输出音乐信号时，通过三极管VT2放大后音乐信号更强，所以三极管VT2导通时要处于放大状态，答案A正确；闭合开关S，门打开时干簧管断开，三极管VT1处于截止状态，JN6201集成电路1脚输入高电平，14脚输出音乐信号，扬声器SP播放音乐，答案B正确；从电路的逻辑功能来看，门打开时扬声器SP播放音乐，门关闭时扬声器SP不播放音乐，闭合开关S，门关闭时三极管VT1处于导通状态，JN6201集成电路1脚应该为低电平，但是现在有音乐信号输出，说明此时1脚实际为高电平，可以通过调大R2或者调小R3使三极管集电极电位降低实现1脚输入为低电平，因此C选项错误；从JN6201集成电路引脚功能可知：1脚、2脚、3脚和4脚只要任何一个脚输入高电平都可以输出音乐信号，所以D选择正确。
【知识札记】　本项目涉及的知识如下：门电路、运算放大器、555集成电路、JN6201音乐集成电路、电容器和三极管等。
　　如图所示为三极管测试电路，闭合开关S1，三极管VT处于放大工作状态。根据电路图及描述，完成第1—2题。
1. 组成电路中的多谐振荡器，下列集成芯片可以的是（　D　）
A. B.
C. D.
【解析】 题图是二输入与非门芯片，可以利用D选项四输入与非门代替。
2. VD1与VD2是两只相同的发光二极管，闭合开关S1，关于此电路，下列说法中合理的是（　B　）
A. 电容器C1与C2功能相同
B. 发光二极管VD1与VD2一直闪烁
C. 增大R1或者C1，可以使发光二极管VD1与VD2闪烁加快
D. 三极管VT发射结和集电结均正偏
【解析】 A项，C1充放电实现延时，C2是耦合电容；B项，左边是与非门构成的振荡电路，一直输出周期性的高低电平，发光二极管VD1与VD2一直闪烁，B项正确；C项，增大R1或者C1，电路振荡周期变大，发光二极管VD1与VD2闪烁变慢；D项，三极管VT处于放大状态，集电结反偏。
3. 如图所示为土壤湿度报警电路，下列关于该电路的分析，正确的是（　C　）
A. 当土壤湿度过小时，无源蜂鸣器发出蜂鸣声
B. 当土壤湿度过大时，电容C处于充电过程
C. 在蜂鸣器发出蜂鸣声时发现频率太低，可将电容C换小
D. 用两个或非门替换图中的两个与非门，电路功能不变
【解析】 题图是一个用二个与非门组成多谐振荡器电路，电容器C和电阻器R2是多谐振荡器电路的充放电回路。对于A选项，当土壤湿度过小时，a点电位为低电位，多谐振荡器电路就不振荡，所以A选项错；对于B选项，当土壤湿度过大时，a点电位为高电位，多谐振荡器电路就振荡起来，电容器C就不断地在充放电，所以B选项错；对于C选项，在蜂鸣器发出蜂鸣声时发现频率太低，将电容C换小或者将电阻器R2的阻值改小，可以减小充放电的时间，即增大振荡电路的频率，所以C选项正确；对于D选项，用两个或非门替换图中的两个与非门，虽然电路也能振荡，但控制振荡的逻辑变了。是当a点电位低时，即当土壤湿度过小时，电路报警，所以D选项错。
4. 如图所示为小明设计的继电器控制电路。S1、S2是按钮开关，按下时接通，松开时断开。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。下列分析中，不正确的是（　C　）
A. V4发光表示继电器J释放
B. S2按下后松开，V3发光
C. S1按下后松开，继电器J吸合
D. 同时按下S1和S2，不能使继电器J吸合
【解析】 V4发光，比较器输出为0，三极管V7截止，继电器J释放，A选项正确；S2按下，三极管V2导通，集电极为低电平，运算放大器输出为高电平，S2松开后三极管还是导通，V3发光，B选项正确；S1按下，比较器输出为0，V7截止，继电器J释放，三极管V2截止，集电极为高电位，S1松开三极管V2还是截止，集电极仍为高电位，比较器输出仍为0，继电器J仍释放，C选项不正确；同时按下S1和S2，比较器输出为0，不能使继电器J吸合，D选项正确。
5. 如图所示为采用TTL门电路设计的开门报警系统。电路主要由基本触发器和振荡电路组成。在电路设计时，分别将磁铁、干簧管安装在门和门框上。门打开，则干簧管断开（此时A点为低电平）；门关闭，则干簧管闭合。下列关于该电路的说法，不正确的是（　B　）
A. 当S1断开，门打开时蜂鸣器报警
B. 当S1断开，门打开后再关闭，蜂鸣器不报警
C. 报警后将门关闭，再闭合S1，则蜂鸣器不报警
D. 当Q为高电平时，振荡电路起振，蜂鸣器报警
【解析】 当S1断开，＝1，门打开，＝0，Q＝1，振荡电路起振，三极管VT导通，蜂鸣器报警，此时关闭门，＝1，触发器处于保持状态，蜂鸣器继续报警，再闭合S1，＝0，Q＝0，蜂鸣器不报警。
6. 在电路试验板上搭接好如图所示电路，用手遮一下光敏电阻Rg后拿开，10脚会出现一个宽度（持续时间）一定的低电平，持续时间由C1和R1决定。从手遮住光敏电阻Rg开始到手拿开很长时间后，下列关于电路中发光二极管的描述，正确的是（　A　）
A. 先闪烁，后一直亮 B. 先不亮，后闪烁
C. 先一直亮，后闪烁 D. 先闪烁，后不亮
【解析】 用手遮一下光敏电阻，单稳态触发器输入高电平，10脚出现低电平的暂稳态，电容开始充电，12脚和13脚为低电平，11脚和9脚为高电平，充电持续进行。在此过程中，多谐振荡电路2脚输入低电平，4脚振荡，发光二极管闪烁。随着充电过程，12脚和13脚变为高电平，11脚和9脚变为低电平，10脚变为高电平的稳态，电容充电结束。此后2脚输入高电平，多谐振荡电路停止振荡，4脚输出高电平，发光二极管一直亮。
7. 如图a所示为小明设计的具有快慢充功能的电池充电电路。E是充满电压为1.5 V的充电电池，快慢充转换的基准电压设定为1.42 V。当电池快充到1.42 V后，转换为慢充；两个发光二极管分别指示快充和慢充状态。请回答相关问题：
a
（1）根据电路原理分析，快充状态指示灯是　B　（单选，填字母）；
A. VD1 B. VD2
（2）小明搭建了电路并通电测试，当IC1的输出为低电平时，VD1、VD2同时发光，无法正确指示快充与慢充状态，可能的原因有　AC　（多选，填字母）；
A. R1阻值偏大 B. R1阻值偏小
C. R4阻值偏小 D. R4阻值偏大
（3）小明在对图a电路的测试中发现电池充满后还保持充电状态，可能会造成安全隐患，于是决定改进电路，使电池充到1.5 V 后能自动停止充电。小明画出了部分电路图如图b所示，请在虚线框中连接给定的元器件，将电路补充完整；
b
【答案】 如图所示：
（4）小明还发现电源电压波动时，会导致快慢充转换的基准电压也发生波动。为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改进，请在图c虚线框中连接给定的元器件（二极管为硅管），将电路补充完整。
c
【答案】 见下图，答案不唯一。
【解析】 （1）电池E电压较低时，比较器输出低电平，VT1导通，三极管Uec较小，VD1熄灭，VD2点亮。
（2）VT1导通，VD1发光，说明VT1是放大导通。R1偏大或R4偏小，不利于VT1进入饱和状态。
（3）电池E充到1.5 V时，比较器IC2输出低电平至三极管基极，三极管截止，断开电源。
（4）三个二极管串联可以起到稳压2.1 V的效果，减小电源波动的影响。2.1 V通过Rp分压，得到所需的电位标准。
8. 小明利用课本里学到的多谐振荡器设计了如图所示的非法闯入报警电路，其中C1＝C2，R1＝R2。调试好后的电路功能是：平时安防导线处于接通状态，VD不报警，非法闯入后安防导线被撞断，VD报警。相关分析中，正确的是（　D　）
A. 平时VD常灭，非法闯入后，VD常亮报警
B. 平时VD常灭，非法闯入后，VD闪烁报警
C. 若C2短路，非法闯入后，稳定状态下VD常亮
D. 若R2短路，非法闯入后，稳定状态下VD常灭
【解析】 设电容C1上端为A点，下端为B点，C2上下分别为C、D点，电路的基本功能是：平时电路处于稳态，稳态下D必为0，故AB为1，C为0，VD常亮。非法闯入后：安防导线被撞断，根据教材学到的，电路中间部分为多谐振荡电路，输出方波，V1闪烁发光。故应为平时VD常亮，非法闯入时VD闪烁，AB均错。该电路的振荡机制是：C1充电的开始阶段，B为高电平，C为低电平，C2放电，D为低电平，A为高电平保持，此为第一个暂稳态；C1充电的末尾阶段，B为低电平，C为高电平；C2充电的开始阶段，D为高电平，A为低电平，C1放电，B为低电平，C为高电平保持，此为第二个暂稳态；C2充电的末尾阶段，D为低电平，B为高电平；以上为第一个周期。以此类推，C处产生方波。C错：C2短路后，电路必不振荡。若安防导线被撞断，稳态下B必为0，C为1，VD常灭；D对：若R2短路，则D必为0，A必为1，故电路必不振荡。若安防导线被撞断，稳态下B必为0，C为1，VD常灭。
9. 如图所示为小明设计的闪烁灯控制电路。IC1为比较器，V＋＞V－时，输出VCC，V＋＜V－时，输出－VCC。请回答相关问题：
a
（1）电路中采用的C1为　B　（单选，填字母）；
A. 电解电容 B. 陶瓷电容
（2）小明搭建了电路并通电测试，发现D1与D2均不闪烁，其中可能的原因有　AB　（多选，填字母）；
A. C1短路 B. R1断路
C. R3断路 D. R4断路
（3）为了提高发光二极管闪烁的频率，下列哪些措施是有效的　AD　（多选，填字母）；
A. 减小C1容值 B. 增加R5阻值
C. 增大R1阻值 D. 增大R2阻值
（4）调试电路时，小明发现D1、D2亮灯的时间相等且不可调节。小明重新设计了电路，由R5控制D2亮灯时间，R6控制D1亮灯时间。请在虚线框中选择合适的端子补全电路，实现控制功能。
b
【答案】 如图所示。
【解析】 这个由电压比较器组成的振荡电路的振荡过程：设初始状态是电容器C1不带电，电压比较器输出为＋VCC。这样电压比较器“－”输入端电位为0，“＋”输入端的电位＝。此时电容器C1处于充电状态（充电回路为R5、C1组成），随着充电过程的进行，电容器C1上的电压升高，当升高到＞时，电压比较器输出就跳变至－VCC，这时“＋”输入端的电位＝－。电容器C1就变为放电（放电回路也为R5、C1组成），随着放电过程的进行，电容器C1上的电压降低，当降低到＜－时，电压比较器输出就跳变到＋VCC。这时由容器C1就又变为充电过程，以此不断循环往复。
对于第（1）小题，从前面原理可知，电容器C1上极板的电位要从到－之间不断变动，所以应该选用无极性电容器。
对于第（2）小题，从前面原理可知，对于C1短路，则没有了充放电过程，所以D1与D2不闪烁，A正确；对于R1断路，比较器的输入端U＋跟其输出电位相等，最终比较器输出电位为0，此时U＋＝U－＝0，电路不振荡，D1与D2不闪烁，B正确；对于R3和R4断路，则不影响振荡电路工作，所以只是其中一只发光二极管有闪烁，所以C、D不正确。所以本小题的正确选项为AB。
对于第（3）小题，要提高发光二极管闪烁的频率，就是要减小充放电时间，所以减小电容器C1的电容量是一个方法，所以A正确；增大R5是增大充放电时间，所以B不正确；增大R1阻值，从前面所述的原理可知，电容器充放电的最大电压的要增大，也延长了充放电的时间，所以C不正确；而增大R2阻值，则降低了电容器充放电的最大电压，也就缩短了充放电的时间，所以D正确。
对于第（4）小题，要实现D1、D2亮灯的时间的单独调节，则可以从改变充放电回路的电阻实现，因在充电时是D2亮，放电时是D1亮。
1. 如图所示为由555集成电路构成的多谐振荡器，合上开关S，扬声器SP发声。关于电路的分析，错误的是（　D　）
A. 电容C1的充电时间大于放电时间
B. 当电容C1充电时，3脚输出高电平
C. 正常工作后，2、6脚电位在2 V～4 V之间变化
D. 调大Rp，电路振荡频率变大，扬声器音调变高
【解析】 此题是利用555实现的振荡电路，7脚是放电脚。分析电路振荡原理，需要先分析明确电容的充放电回路。充电回路是：VCC→R→Rp→C1→接地。充电起始时刻，C1上极板电位较小，即2、6脚低电平，3脚高电平。随着充电过程进行，C1上极板（2、6脚）电位增加，当增加至2/3 VCC时，3脚出低，7脚也变低，电容开始放电。放电回路是：C1上极板→Rp→7脚→接地（C1负极板）。放电时，C1上极板（2、6脚）电位下降，当下降至1/3 VCC时，3脚出高，7脚悬空，此时电容又开始充电，电路进入电容不断充放电的循环，从而3脚输出高低变化的振荡信号。A选项，充电回路比放电回路中的电阻更大，充电时间更长。B选项，充电时，2、6脚电位低，3脚出高。C选项，2、6脚电位在1/3 VCC至2/3 VCC之间变化，VCC是6 V，因此2、6脚电位在2 V～4 V之间变化。D选项，Rp增大，会使得充放电回路中的阻值均增大，充放电时间更长，周期长，振荡频率变低。
2. 如图所示为555单稳态电路及555电路功能表，关于输出（uo）波形与输入（ui）波形的关系，不合理的是（　D　）
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
A. B.
C. D.
【解析】 本题考查555芯片组成的单稳态电路。A选项对应的是当2脚输入低电位，电源通过R1向电容器C1充电电压还没有达到2VCC/3（＝4 V），输入端就跳变为低电位出现的波形，所以A选项正确。B选项对应的是当2脚输入低电位，电源通过R1向电容器C1充电电压已经达到2 VCC/3（＝4 V）以上时，输入端就跳变为低电位出现的波形，所以B选项正确。C选项就是在A选项的情景时出现的波形（短时间的高电位仍处于保持状态），所以C选项正确。对于D选项，在输入端为低电位的状态下，输出是不可能出现低电位的，所以D选项错误。
3. 如图所示为小明设计的电动牙刷振动提醒电路方案，接通电源后，刷头马达MS转动，每隔30秒，MS停止转动，振动提醒马达MZ即发出1秒提醒信号。MS和MZ分别由继电器常开触点控制（图中未画出）。下列分析中，不正确的是（　C　）
A. R1阻值大于R2
B. 若设置为每1分钟提醒一次，应将R1变大
C. J1控制MZ，J2控制MS
D. 若7脚虚焊，则振动提醒马达MZ一直工作
【解析】 电源接通瞬间，2、6脚为低电平，3脚出1，J1吸合，此时通过R1、R2向C1充电；2、6脚电位上升到VCC时，3脚出0，J2吸合，此时7脚接地，C1放电，当放电电位小于VCC时，2、6脚为低电平，再次充电，得知充电时间长，放电时间短，由题意可知，J1控制MS，J2控制MZ。
4. 如图所示为小明设计的光线变化提醒电路。下列说法中，正确的是（　C　）
A. 电路中的元器件有二极管、三极管、电位器、光敏电阻等
B. 启动电路，光线暗时，扬声器SP发出音乐声音
C. 三极管VT1为NPN型，在电路中起开关的作用
D. 调大Rw阻值，光线更亮的时候扬声器SP才发出音乐声音
【解析】 电路中没有二极管，A项错误；光线暗时，Rg阻值大，三极管VT1导通，1脚为低电平，14脚没有音乐信号输出，扬声器SP不发声，B项错误；天亮时，调大Rw阻值，扬声器SP发声时Rg也要更大，所以光线更暗的时候扬声器SP才发出音乐声音，D项错误。
5. 如图所示为夜间防盗电路，夜晚房门被打开时发出报警信号。房门关闭时，干簧管闭合；房门打开时，干簧管断开，V3、V4、V5 均为硅管。下列分析中，正确的是（　B　）
A. 报警后，关闭房门立马停止报警
B. C1短路时，BP始终不报警
C. 小幅调小Rp3，BP的声音变得急促
D. 当3脚为低电位时，2、6的电位大于2.1 V
【解析】 C1、接在555的2、6、3脚，构成多谐振荡电路，C1要是短路，无法形成振荡电流，扬声器不会发声，B正确；夜晚房门被打开时，与门输入两个高电势，输出高电势，而且通过二极管反馈锁定高电势，即使赶紧关窗，与门的输入不变，555的4脚输入高电势，继续报警，故A错；555的5脚与大地之间是3个二极管，其电势不随Rp3的小幅变化而变化，C错；5脚锁定2.1 V，当2、6两脚高于2.1 V时，3脚输出0，电容C1放电，2、6两脚电势开始降低，1.05V6. 如图所示为小明设计的定时转向喷水控制电路。已知集成电路IC1每隔3小时输出1分钟的低电平信号， 其余时间均输出高电平信号；三极管V1工作在开关状态；继电器J1吸合时喷头转向，继电器J2吸合时喷头喷水。555功能如表所示，比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。下列分析中，正确的是（　C　）
1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚
GND ＜1/3VCC 任意 高电平 断开 VCC
＞1/3VCC ＜2/3VCC 保持 保持
＞1/3VCC ＞2/3VCC 低电平 接地
A. 若喷头始终无法转向，应增大R5的阻值
B. 调大RP阻值，单次喷水时间增长，单次转向时间缩短
C. 若C1连焊，则电路功能变为每隔3小时持续喷水1分钟
D. 正常转向喷水后，555的2、6脚电位在3 V～9 V之间变化
【解析】 工作原理分析：IC1比较器为后面电路每3个小时提供1分钟的高电平，中间区域为555芯片构成的无稳态电路（给它供电后会在3脚输出方波信号）。3脚输出高电平时，三极管V3导通，喷头喷水；3脚输出低电平时，三极管V2导通，喷头转向。A. 增大R5的阻值，三极管V2更靠近截止状态，喷头仍然无法转向，A选项错误；B. 单次喷水时长受到R4、Rp和C1的共同影响，单次转向时长受到Rp和C1的共同影响，所以调大Rp阻值，单次喷水和单次转向的时间均增长，B选项错误；C. C1连焊后，2脚和6脚实际电位为0 V，在1分钟的高电平时间内，3脚输出高电平，三极管V3导通，喷头喷水，C选项正确；D. 若三极管V1导通时Uec压降为约为0 V，则555集成电路的8脚约为9 V，2、6脚电位会在3 V—6 V之间变化（555芯片无稳态电路规律），D选项错误。
7. 科学研究表明，下小雨时发出的“嘀嘀”声有助于失眠者进入梦乡，具有一定的催眠作用，小明设计了这种模拟雨滴声的催眠器电路，原理图如下：
a
（1）小明搭建完电路并在测试时发现雨滴声过于急促，有关操作不能解决这个问题的是　D　；
A. 调大Rp阻值
B. R更换更大阻值
C. 增大C1的电容量
D. 增大C2的电容量
（2）小明用面包板搭建了图a电路，面包板上的黑点表示引脚已经插入该孔中，电容C3和扬声器BP已经插入面包板但未和电路相连，请在图b中完成布线，注意插入的插孔需要用黑点标明；
b
【答案】 见解析，答案仅供参考，不唯一。
（3）小明发现这个电路在失眠者入睡后仍持续工作，准备给这个电路加上一个定时器，工作一段时间后能自动停止并能调节定时的时间，请在虚线框中连线，帮助小明完成电路设计；
c
【答案】 如图所示：
（4）小明搭建好电路后发现扬声器不能发声，下列故障中，可能的是　BD　（多选，填字母）。
A. C1短路 B. C3短路
C. C5短路 D. IC27脚虚焊
【解析】 （1）题干描述小明搭建完电路并在测试时发现雨滴声过于急促，说明3脚输出的振荡信号周期过小，频率过大。要解决这个问题，只能是调大振荡周期，时间常数τ∝RC，充放电回路里的电阻、电容越大，周期就会越大，充电回路如下图中直线箭头，由VCC→R→Rp→C1组成。放电回路如下图中曲线箭头，由C1→Rp→7脚→地组成。所以B和C选项都可以解决这个问题，而D选项的C2的作用是让5脚和地可靠的断开，不能改变周期。而A答案Rp触点下滑，充电时，电容C1必须充到更高的电位，才能使U6＝1，放电时，必须使C1放到更低电位才能使U6＝0，相当于也增大了周期。
（2）按照电路图去连线，注意3脚连电容正极，扬声器两个脚没有正负之分，已经画了黑点的孔是不能再插第二根线的，题干已经说明插线孔要画黑点。
（3）题干要求连线实现定时器功能，并且能调节时间，也就是当S1按下，3脚要出1一段时间，当U2＝0时，U3＝1，所以考虑2脚连A。接下去松开了S1，UA＝1＝U2。这时需要6脚的连线要能够实现U6从低慢慢变高，完成U3从1变0的过程，才能起到延时作用。并且还需要能够调节U6升高到1的时间，所以6脚可以连B，C脚悬空或和B点相连都可以。最后还要解决电容放电的问题，为下一次充电做准备，当U3＝0时，7脚是接地的，所以将7脚连到6脚或者连到C点都可以，因为放电时间可以不考虑。
　　　　
（4）当C3短路，在IC1的3脚出一段时间1的过程中，IC2的26脚恒为某个电位，U3不会振荡，扬声器不发声。当7脚虚焊，在IC1的3脚出一段时间1的过程中，IC2的26脚完成一次从0到1的转变，IC2的3脚只有一次从1到0的转变，不能正常发声。C5短路振荡信号仍能传到扬声器。
8. 如图1所示为门铃实验电路，当客人按下按钮S1时，BP发声。请回答相关问题：
图1
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
（1）555集成电路管脚识别正确的是　B　（单选，填字母）；
A. B.
C. D.
（2）按下S1后电路正常工作时，2脚电压U2的U－t图线正确的是　B　（单选，填字母）；
A.
B.
C.
D.
（3）夜晚客人来访时，会因不熟悉而找不到门铃按钮开关。小明想在门铃的按钮处安装一个指示灯，方便晚间来访客人。指示灯平时常亮，当客人按下按钮后指示灯明暗交替闪烁。请你在图2的虚线框1内连线以实现功能；
图2 图3
【答案】 如图所示：
或
（4）为增加简易防盗报警功能，小明重新设计了图3所示的电路，当盗贼破门碰断警戒线 AB时会报警。 电路搭建完成后，小明发现如果盗贼破门后重新连接AB，会立刻停止报警。请你在图4的虚线框2中设计电路，将电路补充完整，设计要求：①警戒线一旦断开后维持报警（重新连接无效）；②元器件自选。
图4
【答案】 如图所示：
【解析】 本题是利用3脚反馈实现的555振荡器电路。
（1）双列直插集成电路的管脚识别规则一般都是缺口或识别小圆点在左时，从左到右从下到上依次逆时针排列。
（2）2脚电位由电容充放电决定，电容充放电是非线性的，一开始快，越来越慢，首先排除AC。S1按下前4脚接地，因此3脚恒为0（不受2脚控制），则电容上的电压为0，2脚电位也为0；当S1按下时，因为2脚为0，3脚出1，此时3脚通过电阻R1对电容充电，2脚电位开始升高，升高到大于1/3 VCC时输出处于保持状态继续充电，直到高于2/3 VCC时因为6脚触发导致3脚输出0，此时电容开始放电，直到低于1/3 VCC时又会触发3脚出1继续充电，因此2脚电位稳定后始终保持在1/3 VCC～2/3 VCC。
（3） 或
根据题意按下时要求指示灯明暗交替，因此LED需要接在3脚输出端，同时又要求S1未按时LED常亮，此时3脚电位恒为0，因此LED阴极应该接3脚，阳极串联限流电阻接电源。而3脚为0时7脚内部放电管也能导通，因此接7脚也可以。
（4）
此题的关键是看到4脚上方多了一个开关J－1，AB重新接上不报警的原因是4脚变成了低电平，要使AB接上时还能维持报警只要这个开关J－1报警后能维持闭合即可，不难想到虚线框需要增加一个继电器电路控制J－1闭合，同时当AB断开输入高电平触发后要具有保持功能，上面给出的参考答案是比较器反馈实现自锁功能，其他采用触发器保持或两个三极管互锁电路也可以。以下是可行的其他答案：
9. 小明是个电子爱好者，他想自制一个喷泉（如图a所示）的控制电路，以下是他收集到可以用于喷泉的相关电路。IC1比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平；IC2为555集成电路，5脚电位为Vct，功能如图d所示。图b、图c电路2脚初始均为低电平，请回答相关问题：
a　　　　　　　　　b
c
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜Vct 任意 高电平 断开
＞Vct ＜Vct 保持 保持
＞Vct ＞Vct 低电平 接地
d
（1）图b中，R1＝R3＝R4＝2R2，闭合S1，IC1的A点电位为　A　（单选，填字母）；
A. 大于3 V B. 等于3 V C. 小于3 V
（2）闭合S1、S2时，下列波形图最符合B点和C点输出的是　C　（单选，填字母）；
A. B.
C. D.
（3）小明对图c电路调节好各元器件参数，使用时可以观察到喷泉水泵的工作状态的是　B　（单选，填字母）；
A. 连续不间断喷水
B. 连续间断性喷水
C. 喷水吸水轮流进行
（4）小明突发奇想，结合以上两个电路特点，两电路通过一个阻值较大（图e中虚框内电阻）连接，实现喷泉水泵间隔性喷水，并且间隔时间和喷水时长均发生有规律变化。请在图e虚框内选择合适端点完成连线，使电路实现以上功能。
e
【答案】 如图所示：
【解析】 （1）A根据题意，2脚初始低电平，当S1闭合后，U＋＞U－，所以6脚高电平，R1和R3并联后与R4串联，所以A点电位大于3 V。
（2）根据题意，两个电路2脚均为低电平，那么图b的B点信号为电容两端的电位，为低电平，然后电容充电B点电位升高，直到U－＞U＋时，6脚出低电平，电容放电，B点电位降低直到U＋＞U－，6脚出高电平，电容重新开始充电，周而复始，B点为低电平开始的振荡波形。图C是无稳态555电路，2脚低电平，3脚高电平，电源通过R5、R6向电容C2充电，2、6脚电位升高，当2、6脚电位为高电平时，3脚低电平，7脚接地，电容通过R6放电，直到2、6脚低电平，周而复始，3脚输出从高电平开始的方波。
（3）根据上小题分析，图C为从高电平开始的方波，因此电机连续的周期性转动，所以喷泉连续间断性喷水。
（4）根据电路输入输出关系（5脚对于555电路为输入端），题目要求间隔时间和喷水时长要有规律的发生变化，就需要改变IC2的充电电阻或电容，由于R5、R6、C2均无法改变，就需要改变5脚电位，因此IC1的输出信号通过电阻接到5脚可以完成5脚电位周期性变化。(共49张PPT)
电子控制系统的设计及其应用
一、 简单功能电路的安装与调试
第五章
1. 如图所示为由555集成电路构成的多谐振荡器，合上开关S，扬声器
SP发声。关于电路的分析，错．误．的是（　D　）
A. 电容C1的充电时间大于放电时间
B. 当电容C1充电时，3脚输出高电平
C. 正常工作后，2、6脚电位在2 V～4 V之间变化
D. 调大Rp，电路振荡频率变大，扬声器音调变高
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】 此题是利用555实现的振荡电路，7脚是放电脚。分析电路振
荡原理，需要先分析明确电容的充放电回路。充电回路是：
VCC→R→Rp→C1→接地。充电起始时刻，C1上极板电位较小，即2、6
脚低电平，3脚高电平。随着充电过程进行，C1上极板（2、6脚）电位
增加，当增加至2/3 VCC时，3脚出低，7脚也变低，电容开始放电。放
电回路是：C1上极板→Rp→7脚→接地（C1负极板）。放电时，C1上极
板（2、6脚）电位下降，当下降至1/3 VCC时，3脚出高，7脚悬空，此
时电容又开始充电，电路进入电容不断充放电的循环，从而3脚输出高
低变化的振荡信号。A选项，充电回路比放电回路中的电阻更大，充电
时间更长。B选项，充电时，2、6脚电位低，3脚出高。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
C选项，2、6脚电位在1/3 VCC至2/3 VCC之间变化，VCC是6 V，因此2、6
脚电位在2 V～4 V之间变化。D选项，Rp增大，会使得充放电回路中的
阻值均增大，充放电时间更长，周期长，振荡频率变低。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2. 如图所示为555单稳态电路及555电路功能表，关于输出（uo）波形
与输入（ui）波形的关系，不．合．理．的是（　D　）
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
　　　　　　
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A. B. C. D.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】 本题考查555芯片组成的单稳态电路。A选项对应的是当2脚输
入低电位，电源通过R1向电容器C1充电电压还没有达到2VCC/3（＝4 V），输入端就跳变为低电位出现的波形，所以A选项正确。B选项对应的是当2脚输入低电位，电源通过R1向电容器C1充电电压已经达到2 VCC/3（＝4 V）以上时，输入端就跳变为低电位出现的波形，所以B选项正确。C选项就是在A选项的情景时出现的波形（短时间的高电位仍处于保持状态），所以C选项正确。对于D选项，在输入端为低电位的状态下，输出是不可能出现低电位的，所以D选项错误。
1
2
3
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5
6
7
8
9
3. 如图所示为小明设计的电动牙刷振动提醒电路方案，接通电源后，
刷头马达MS转动，每隔30秒，MS停止转动，振动提醒马达MZ即发出1
秒提醒信号。MS和MZ分别由继电器常开触点控制（图中未画出）。下
列分析中，不．正．确．的．是（　C　）
A. R1阻值大于R2
B. 若设置为每1分钟提醒一次，应将R1变大
C. J1控制MZ，J2控制MS
D. 若7脚虚焊，则振动提醒马达MZ一直工作
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】 电源接通瞬间，2、6脚为低电平，3脚出1，J1吸合，此时通过
R1、R2向C1充电；2、6脚电位上升到VCC时，3脚出0，J2吸合，此时7
脚接地，C1放电，当放电电位小于VCC时，2、6脚为低电平，再次充
电，得知充电时间长，放电时间短，由题意可知，J1控制MS，J2控制
MZ。
1
2
3
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5
6
7
8
9
4. 如图所示为小明设计的光线变化提醒电路。下列说法中，正确的是
（　C　）
A. 电路中的元器件有二极管、三极管、电位器、光敏电阻等
B. 启动电路，光线暗时，扬声器SP发出音乐声音
C. 三极管VT1为NPN型，在电路中起开关的作用
D. 调大Rw阻值，光线更亮的时候扬声器SP才发出音乐声音
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】 电路中没有二极管，A项错误；光线暗时，Rg阻值大，三极管
VT1导通，1脚为低电平，14脚没有音乐信号输出，扬声器SP不发声，B
项错误；天亮时，调大Rw阻值，扬声器SP发声时Rg也要更大，所以光
线更暗的时候扬声器SP才发出音乐声音，D项错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5. 如图所示为夜间防盗电路，夜晚房门被打开时发出报警信号。房门
关闭时，干簧管闭合；房门打开时，干簧管断开，V3、V4、V5 均为硅
管。下列分析中，正确的是（　B　）
　　
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A. 报警后，关闭房门立马停止报警
B. C1短路时，BP始终不报警
C. 小幅调小Rp3，BP的声音变得急促
D. 当3脚为低电位时，2、6的电位大于2.1 V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】 C1、接在555的2、6、3脚，构成多谐振荡电路，C1要是短
路，无法形成振荡电流，扬声器不会发声，B正确；夜晚房门被打开
时，与门输入两个高电势，输出高电势，而且通过二极管反馈锁定高电
势，即使赶紧关窗，与门的输入不变，555的4脚输入高电势，继续报
警，故A错；555的5脚与大地之间是3个二极管，其电势不随Rp3的小幅
变化而变化，C错；5脚锁定2.1 V，当2、6两脚高于2.1 V时，3脚输出
0，电容C1放电，2、6两脚电势开始降低，1.05V1
2
3
4
5
6
7
8
9
6. 如图所示为小明设计的定时转向喷水控制电路。已知集成电路IC1每
隔3小时输出1分钟的低电平信号， 其余时间均输出高电平信号；三极
管V1工作在开关状态；继电器J1吸合时喷头转向，继电器J2吸合时喷头
喷水。555功能如表所示，比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜
V－时输出低电平。下列分析中，正确的是（　C　）
1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚
GND ＜1/3VCC 任意 高电平 断开 VCC
＞1/3VCC ＜2/3VCC 保持 保持
＞1/3VCC ＞2/3VCC 低电平 接地
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A. 若喷头始终无法转向，应增大R5的阻值
B. 调大RP阻值，单次喷水时间增长，单次转向时间缩短
C. 若C1连焊，则电路功能变为每隔3小时持续喷水1分钟
D. 正常转向喷水后，555的2、6脚电位在3 V～9 V之间变化
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】 工作原理分析：IC1比较器为后面电路每3个小时提供1分钟的
高电平，中间区域为555芯片构成的无稳态电路（给它供电后会在3脚输
出方波信号）。3脚输出高电平时，三极管V3导通，喷头喷水；3脚输出
低电平时，三极管V2导通，喷头转向。A. 增大R5的阻值，三极管V2更
靠近截止状态，喷头仍然无法转向，A选项错误；B. 单次喷水时长受到
R4、Rp和C1的共同影响，单次转向时长受到Rp和C1的共同影响，所以调
大Rp阻值，单次喷水和单次转向的时间均增长，B选项错误；C. C1连焊
后，2脚和6脚实际电位为0 V，在1分钟的高电平时间内，3脚输出高电
平，三极管V3导通，喷头喷水，C选项正确；D. 若三极管V1导通时Uec
压降为约为0 V，则555集成电路的8脚约为9 V，2、6脚电位会在3 V—6
V之间变化（555芯片无稳态电路规律），D选项错误。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7. 科学研究表明，下小雨时发出的“嘀嘀”声有助于失眠者进入梦
乡，具有一定的催眠作用，小明设计了这种模拟雨滴声的催眠器电路，
原理图如下：
a
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（1）小明搭建完电路并在测试时发现雨滴声过于急促，有关操作不能
解决这个问题的是 ；
A. 调大Rp阻值
B. R更换更大阻值
C. 增大C1的电容量
D. 增大C2的电容量
D　
a
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（1）题干描述小明搭建完电路并在测试时发现雨滴声过于急
促，说明3脚输出的振荡信号周期过小，频率过大。要解决这个问题，
只能是调大振荡周期，时间常数τ∝RC，充放电回路里的电阻、电容越
大，周期就会越大，充电回路如下图中直线箭头，由VCC→R→Rp→C1
组成。放电回路如下图中曲线箭头，由C1→Rp→7脚→地组成。所以B
和C选项都可以解决这个问题，而D选项的C2的作用是让5脚和地可靠的
断开，不能改变周期。而A答案Rp触点下滑，充电时，电容C1必须充到
更高的电位，才能使U6＝1，放电时，必须使C1放到更低电位才能使U6
＝0，相当于也增大了周期。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（2）小明用面包板搭建了图a电路，面包板上的黑点表示引脚已经插入
该孔中，电容C3和扬声器BP已经插入面包板但未和电路相连，请在图b
中完成布线，注意插入的插孔需要用黑点标明；
b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【答案】 见解析，答案仅供参考，不唯一。
【解析】（2）按照电路图去连线，注意3脚连电容正极，扬声器两个脚
没有正负之分，已经画了黑点的孔是不能再插第二根线的，题干已经说
明插线孔要画黑点。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（3）小明发现这个电路在失眠者入睡后仍持续工作，准备给这个电路
加上一个定时器，工作一段时间后能自动停止并能调节定时的时间，请
在虚线框中连线，帮助小明完成电路设计；
c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【答案】 如图所示：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（3）题干要求连线实现定时器功能，并且能调节时间，也就
是当S1按下，3脚要出1一段时间，当U2＝0时，U3＝1，所以考虑2脚连
A。接下去松开了S1，UA＝1＝U2。这时需要6脚的连线要能够实现U6从
低慢慢变高，完成U3从1变0的过程，才能起到延时作用。并且还需要能
够调节U6升高到1的时间，所以6脚可以连B，C脚悬空或和B点相连都可
以。最后还要解决电容放电的问题，为下一次充电做准备，当U3＝0
时，7脚是接地的，所以将7脚连到6脚或者连到C点都可以，因为放电
时间可以不考虑。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（4）小明搭建好电路后发现扬声器不能发声，下列故障中，可能的
是 （多选，填字母）。
A. C1短路 B. C3短路
C. C5短路 D. IC27脚虚焊
BD　
c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（4）当C3短路，在IC1的3脚出一段时间1的过程中，IC2
的26脚恒为某个电位，U3不会振荡，扬声器不发声。当7脚虚焊，
在IC1的3脚出一段时间1的过程中，IC2的26脚完成一次从0到1的转
变，IC2的3脚只有一次从1到0的转变，不能正常发声。C5短路振荡
信号仍能传到扬声器。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
8. 如图1所示为门铃实验电路，当客人按下按钮S1时，BP发声。请回答
相关问题：
图1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
555集成电路功能表　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（1）555集成电路管脚识别正确的是 （单选，填字母）；
　　 　　 　　
A. B. C. D.
【解析】本题是利用3脚反馈实现的555振荡器电路。
（1）双列直插集成电路的管脚识别规则一般都是缺口或识别小圆点在
左时，从左到右从下到上依次逆时针排列。
B　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（2）按下S1后电路正常工作时，2脚电压U2的U－t图线正确的是
（单选，填字母）；
A. B. C. D.
B　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（2）2脚电位由电容充放电决定，电容充放电是非线性的，一
开始快，越来越慢，首先排除AC。S1按下前4脚接地，因此3脚恒为0
（不受2脚控制），则电容上的电压为0，2脚电位也为0；当S1按下时，
因为2脚为0，3脚出1，此时3脚通过电阻R1对电容充电，2脚电位开始升
高，升高到大于1/3 VCC时输出处于保持状态继续充电，直到高于2/3
VCC时因为6脚触发导致3脚输出0，此时电容开始放电，直到低于1/3
VCC时又会触发3脚出1继续充电，因此2脚电位稳定后始终保持在1/3
VCC～2/3 VCC。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（3）夜晚客人来访时，会因不熟悉而找不到门铃按钮开关。小明想在
门铃的按钮处安装一个指示灯，方便晚间来访客人。指示灯平时常亮，
当客人按下按钮后指示灯明暗交替闪烁。请你在图2的虚线框1内连线以
实现功能；
图2
图3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【答案】 如图所示：
或
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（3） 或
根据题意按下时要求指示灯明暗交替，因此LED需要接在3脚输出端，
同时又要求S1未按时LED常亮，此时3脚电位恒为0，因此LED阴极应该
接3脚，阳极串联限流电阻接电源。而3脚为0时7脚内部放电管也能导
通，因此接7脚也可以。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（4）为增加简易防盗报警功能，小明重新设计了图3所示的电路，当盗
贼破门碰断警戒线 AB时会报警。 电路搭建完成后，小明发现如果盗贼
破门后重新连接AB，会立刻停止报警。请你在图4的虚线框2中设计电
路，将电路补充完整，设计要求：①警戒线一旦断开后维持报警（重新
连接无效）；②元器件自选。
图4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【答案】 如图所示：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（4）
此题的关键是看到4脚上方多了一个开关J－1，AB重新接上不报警的原
因是4脚变成了低电平，要使AB接上时还能维持报警只要这个开关J－1
报警后能维持闭合即可，不难想到虚线框需要增加一个继电器电路控制
J－1闭合，同时当AB断开输入高电平触发后要具有保持功能，上面给
出的参考答案是比较器反馈实现自锁功能，其他采用触发器保持或两个
三极管互锁电路也可以。以下是可行的其他答案：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9. 小明是个电子爱好者，他想自制一个喷泉（如图a所示）的控制电
路，以下是他收集到可以用于喷泉的相关电路。IC1比较器功能：V＋＞
V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平；IC2为555集成电路，5脚电
位为Vct，功能如图d所示。图b、图c电路2脚初始均为低电平，请回答
相关问题：
a　　　 b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2脚 6脚 3脚 7脚
＜Vct 任意 高电平 断开
＞Vct ＜Vct 保持 保持
＞Vct ＞Vct 低电平 接地
d
555集成电路功能表
c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（1）图b中，R1＝R3＝R4＝2R2，闭合S1，IC1的A点电位为 （单
选，填字母）；
A. 大于3 V B. 等于3 V C. 小于3 V
A　
a　　　 b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（1）A根据题意，2脚初始低电平，当S1闭合后，U＋＞U－，
所以6脚高电平，R1和R3并联后与R4串联，所以A点电位大于3 V。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（2）闭合S1、S2时，下列波形图最符合B点和C点输出的是 （单
选，填字母）；
　　 　　 　　
A. B. C. D.
C　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【解析】（2）根据题意，两个电路2脚均为低电平，那么图b的B点信
号为电容两端的电位，为低电平，然后电容充电B点电位升高，直到U－
＞U＋时，6脚出低电平，电容放电，B点电位降低直到U＋＞U－，6脚出
高电平，电容重新开始充电，周而复始，B点为低电平开始的振荡波
形。图C是无稳态555电路，2脚低电平，3脚高电平，电源通过R5、R6
向电容C2充电，2、6脚电位升高，当2、6脚电位为高电平时，3脚低电
平，7脚接地，电容通过R6放电，直到2、6脚低电平，周而复始，3脚输
出从高电平开始的方波。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（3）小明对图c电路调节好各元器件参数，使用时可以观察到喷泉水泵
的工作状态的是 （单选，填字母）；
c
B　
A. 连续不间断喷水
B. 连续间断性喷水
C. 喷水吸水轮流进行
【解析】（3）根据上小题分析，图C为从高电平开始的方波，因此电
机连续的周期性转动，所以喷泉连续间断性喷水。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
（4）小明突发奇想，结合以上两个电路特点，两电路通过一个阻值较
大（图e中虚框内电阻）连接，实现喷泉水泵间隔性喷水，并且间隔时
间和喷水时长均发生有规律变化。请在图e虚框内选择合适端点完成连
线，使电路实现以上功能。
e
1
2
3
4
5
6
7
8
9
【答案】 如图所示：
【解析】（4）根据电路输入输出关系（5脚对于555电路为输入端），
题目要求间隔时间和喷水时长要有规律的发生变化，就需要改变IC2的
充电电阻或电容，由于R5、R6、C2均无法改变，就需要改变5脚电位，
因此IC1的输出信号通过电阻接到5脚可以完成5脚电位周期性变化。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
谢谢大家第五章　电子控制系统的设计及其应用
一、 简单功能电路的安装与调试
1. 比较（运算放大）器
（1）引脚排列图、芯片实物图及电路符号
比较（运算放大）器通常有两个输入端，即同相输入端和反相输入端，有且只有一个输出端（输出信号一般只有高电平和低电平两个稳定状态的电压）。部分比较（运算放大）器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性的补偿引脚。
图a　引脚排列 图b　芯片实物 图c　电路符号
（2）引脚功能
若芯片的正电源引脚接＋VCC，负电源引脚接－VCC，输入输出关系如下：
输入 输出Uo
U＋＞U－ ＋VCC
U＋＝U－ 0
U＋＜U－ －VCC
　　若芯片的正电源引脚接＋VCC，负电源引脚接地，输入输出关系如下：
输入 输出Uo
U＋＞U－ ＋VCC
U＋＝U－ VCC
U＋＜U－ 0
2. 555集成电路
555时基集成电路实物图 555时基集成电路引脚图 555时基集成电路内部电路图
3. 多谐振荡电路
多谐振荡电路图 振荡过程分析
若电路通电瞬间电容器不带电，A点电位UA=0，则UB=1，UF=0。此时B和F两点通过电阻R给电容器C充电，随着充电进行，A点电位上升，当A点电位上升为高电平UA=1时，UB=0，UF =1，电容器开始放电并反向充电，A点电位下降，当A点电位下降为低电平UA=0时，UB=1，UF =0，重复上诉充电过程。如此反复，F点输出高低变化的数字信号。
当I＝0时，B＝1，F＝0，电路不振荡。当I＝1时，假设初始电容器不带电，则A＝0，B＝1、输出端F＝0，电容器C充电（左极板带正电，右极板带负电），随着充电进行，电容器C极板所带电荷量Q增加，其两端电压U升高（Q＝CU），A点电位上升，充电一段时间后，A＝1，B＝0、输出端F＝1，电容器C放电，此时A点仍旧是高电平，待电容器放电完毕，立即反向充电，当电容器两端电压升高到一定程度时，A＝0，B＝1、输出端F＝0，电容器重复上述充放电。因此F点会输出呈周期性变化的高低电平。
当I＝1时，B＝0，F＝1，电路不振荡。当I＝0时，电路开始振荡，振荡过程类似与非门电路。
R2＝R3，假设初始状态电容器不带电，接通电源，U－＝0，电路受干扰，若U＋＞U－（也有可能U＋＜U－），运算放大器输出高电平VCC，电容器开始充电，当电容器充电电压刚好超过电源电压的二分之一时，U＋＜U－，运算放大器输出低电平－VCC，电容器开始放电然后反向充电，当电容器两端电压降低刚好低于－VCC的二分之一时，U＋＞U－，运算放大器又输出高电平VCC，电容器先放电然后再充电，如此循环往复充电放电，运算放大器输出高低变化的电平。
闭合开关S，假设初始电容器不带电Q＝0，Uc＝0，2和6引脚电位等于电容器电压，U2，6＝0，U3＝1，7脚悬空，电源经过R1和Rp给电容器充电，U2，6上升，U2，6超过三分之一不到三分之二电源电压时，555处于保持充电状态， U3＝1，7脚悬空。U2，6超过三分之二电源电压时，U2，6＝1，U3＝0，7脚接地U7＝0，电容器经过Rp放电，U2，6下降， U2，6低于三分之二但超过三分之一电源电压时，555处于保持放电状态， U3＝0，7脚接地U7＝0。 当U2，6小于三分之一电源电压时，U2，6＝0，U3＝1，7脚悬空，电源经过R1和Rp又给电容器充电，重复前面的过程。在电容器不断地充电放电过程中，3脚输出呈周期性变化的高低电平。
4. JN6201音乐集成电路
JN6201管脚排列图　　　JN6201的输入输出端口对应的引脚
JN6201音乐集成电路功能说明：
（1）任意输入端高电平触发，每次只有1个输入脚可以输入，但4个输出脚可以同时输出。每个输入端对应一首不同的歌曲。
（2）输入端I1、I2 、I3、I4有一个为高电平，则输出端O1 、O2 、O3为高电平，O4为低电平；输入端I1、I2 、I3、I4全部为低电平，则输出端O1 、O2 、O3为低电平， O4为高电平。
（3）引脚11、引脚14是音乐输出端，一般接扬声器；引脚10接发光二极管；引脚9接继电器；输出端一般不直接接用电器，需通过三极管来驱动用电器。
【项目情境】
小林同学发现，老师和同学们进出学校时总是要大声呼叫传达室内的门卫师傅开门，既喧哗又很不方便。小林同学决定利用所学的电子控制技术知识设计一款电子门铃。老师告诉他，在生产和生活中的电子控制系统很多都是由一些实用的功能电路组成的。于是，小林同学决定从认识简单功能电路开始。
【任务1】　安装与调试数字逻辑门电路组成的多谐振荡器
小林同学利用与非门芯片和相关电子元器件设计了如图所示的电子门铃电路，下列说法中，错误的是（　D　）
A. 当光线亮的时候蜂鸣器才会响起
B. 改变R2、C的大小可改变蜂鸣器的发声频率
C. 增大R2的阻值或C的容量，可使蜂鸣器发声频率变低
D. 电路中左边的与非门换成或非门电路功能不变
【解析】 当光线亮的时候，Rg电阻小，R1分得电压高，给与非门输入高电平，与非门组成的多谐振荡器开始振荡，蜂鸣器发出声音，A选项正确；R2和C组成电容器充放电回路参与振荡，改变R2、C的大小可改变振荡的频率，因此可改变发声的频率，B选项正确；增大R2的阻值或C的容量，使充放电时间变长，振荡周期变大，可使蜂鸣器发声频率变低，C选项正确；电路中左边的与非门换成或非门后，光线暗才开始振荡，因此电路的功能改变，D选项错误。
【任务2】　安装与调试运算放大器组成的多谐振荡器
如图所示为小林同学利用运算放大器等元器件为耳聋患者设计的电子“门铃”的部分电路，已知R2＝R3，初始状态电容器不带电，运算放大器输出与输入的关系为：输入端U＋＞U－时，输出端Uo＝＋VCC，输入端U＋＜U－时，输出端Uo＝－VCC。接通电源，下列说法中，正确的是（　C　）
A. A和D两点为模拟信号，B点为数字信号
B. 接通电源瞬间，发光二极管不发光
C. 为了提高发光二极管的闪烁频率，可以减少电容器C的容量或者把电阻R1换成更小的阻值
D. 增大电阻R2的阻值发光二极管的闪烁频率会提高
　　　请画出接通电源后A点和B点的电位随时间变化的图像。
【解析】 接通电源A点为模拟信号，B和D两点为数字信号，所以A选项错误；接通电源瞬间，电容器不带电，U－＝0，受干扰，若U＋＞U－，运算放大器输出高电平VCC，发光二极管发光，所以B选项错误；减少电容器容量C或者减少电阻R1的阻值，充放电时间变短，发光二极管的闪烁频率变高，所以C选项正确；增大电阻R2的阻值会使发光二极管的闪烁频率降低，所以D选项错误。
A点和B点的电位随时间变化的图像如图所示：
【任务3】　认识555集成电路，根据555集成电路内部电路结构推导输出与输入的关系，填入表格中。
555集成电路引脚图　　　555集成电路内部电路图
555集成电路输出与输入的关系
输入 输出
4 2 6 3 7
0 × × 0 接地
1 ＜VCC × 1 悬空
1 ＞VCC ＜VCC 保持 保持
1 ＞VCC ＞VCC 0 接地
【任务4】　安装与调试555集成电路组成的多谐振荡器
小林同学利用555集成电路和相关电子元器件设计的电子门铃电路如图所示：
初始状态电容器C1不带电，请画出接通电源后555集成电路的2和6脚电位U2，6以及3脚电位U3随时间变化的图像。
讨论：
（1）发光二极管VD1和VD2单次发光时长谁更长一些？为什么？
【答案】 充电时间跟R1、Rp和C1有关，放电时间跟Rp和C1有关。因此充电时间长，放电时间短，充电时3脚输出高电平，VD2发光，放电时3脚输出低电平，VD1发光，因此VD2单次发光时间更长一些。
（2）用555集成电路组成的多谐振荡器能否使扬声器奏出美妙的音乐？为什么？
【答案】 不能用555集成电路组成的多谐振荡器使扬声器奏出美妙的音乐，因为555集成电路3脚交替输出高低电平，周期固定，只能发出单调的声音。
【任务5】　安装与调试JN6201音乐集成电路
如图所示为小林同学利用JN6201集成电路、干簧管等电子元器件设计的一款电子音乐门铃，JN6201集成电路引脚功能见“知识梳理”，干簧管在门关闭时闭合、门打开时断开。下列说法中，错误的是（　C　）
A. 三极管VT2导通时处于放大状态
B. 闭合开关S，开门时扬声器SP播放音乐
C. 闭合开关S，关门时发现扬声器SP播放音乐，可以通过调小R2关闭扬声器
D. 若JN6201集成电路1脚折断，连接到2脚也可以实现功能
【解析】 JN6201集成电路14脚输出音乐信号时，通过三极管VT2放大后音乐信号更强，所以三极管VT2导通时要处于放大状态，答案A正确；闭合开关S，门打开时干簧管断开，三极管VT1处于截止状态，JN6201集成电路1脚输入高电平，14脚输出音乐信号，扬声器SP播放音乐，答案B正确；从电路的逻辑功能来看，门打开时扬声器SP播放音乐，门关闭时扬声器SP不播放音乐，闭合开关S，门关闭时三极管VT1处于导通状态，JN6201集成电路1脚应该为低电平，但是现在有音乐信号输出，说明此时1脚实际为高电平，可以通过调大R2或者调小R3使三极管集电极电位降低实现1脚输入为低电平，因此C选项错误；从JN6201集成电路引脚功能可知：1脚、2脚、3脚和4脚只要任何一个脚输入高电平都可以输出音乐信号，所以D选择正确。
【知识札记】　本项目涉及的知识如下：门电路、运算放大器、555集成电路、JN6201音乐集成电路、电容器和三极管等。
　　如图所示为三极管测试电路，闭合开关S1，三极管VT处于放大工作状态。根据电路图及描述，完成第1—2题。
1. 组成电路中的多谐振荡器，下列集成芯片可以的是（　D　）
A. B.
C. D.
【解析】 题图是二输入与非门芯片，可以利用D选项四输入与非门代替。
2. VD1与VD2是两只相同的发光二极管，闭合开关S1，关于此电路，下列说法中合理的是（　B　）
A. 电容器C1与C2功能相同
B. 发光二极管VD1与VD2一直闪烁
C. 增大R1或者C1，可以使发光二极管VD1与VD2闪烁加快
D. 三极管VT发射结和集电结均正偏
【解析】 A项，C1充放电实现延时，C2是耦合电容；B项，左边是与非门构成的振荡电路，一直输出周期性的高低电平，发光二极管VD1与VD2一直闪烁，B项正确；C项，增大R1或者C1，电路振荡周期变大，发光二极管VD1与VD2闪烁变慢；D项，三极管VT处于放大状态，集电结反偏。
3. 如图所示为土壤湿度报警电路，下列关于该电路的分析，正确的是（　C　）
A. 当土壤湿度过小时，无源蜂鸣器发出蜂鸣声
B. 当土壤湿度过大时，电容C处于充电过程
C. 在蜂鸣器发出蜂鸣声时发现频率太低，可将电容C换小
D. 用两个或非门替换图中的两个与非门，电路功能不变
【解析】 题图是一个用二个与非门组成多谐振荡器电路，电容器C和电阻器R2是多谐振荡器电路的充放电回路。对于A选项，当土壤湿度过小时，a点电位为低电位，多谐振荡器电路就不振荡，所以A选项错；对于B选项，当土壤湿度过大时，a点电位为高电位，多谐振荡器电路就振荡起来，电容器C就不断地在充放电，所以B选项错；对于C选项，在蜂鸣器发出蜂鸣声时发现频率太低，将电容C换小或者将电阻器R2的阻值改小，可以减小充放电的时间，即增大振荡电路的频率，所以C选项正确；对于D选项，用两个或非门替换图中的两个与非门，虽然电路也能振荡，但控制振荡的逻辑变了。是当a点电位低时，即当土壤湿度过小时，电路报警，所以D选项错。
4. 如图所示为小明设计的继电器控制电路。S1、S2是按钮开关，按下时接通，松开时断开。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。下列分析中，不正确的是（　C　）
A. V4发光表示继电器J释放
B. S2按下后松开，V3发光
C. S1按下后松开，继电器J吸合
D. 同时按下S1和S2，不能使继电器J吸合
【解析】 V4发光，比较器输出为0，三极管V7截止，继电器J释放，A选项正确；S2按下，三极管V2导通，集电极为低电平，运算放大器输出为高电平，S2松开后三极管还是导通，V3发光，B选项正确；S1按下，比较器输出为0，V7截止，继电器J释放，三极管V2截止，集电极为高电位，S1松开三极管V2还是截止，集电极仍为高电位，比较器输出仍为0，继电器J仍释放，C选项不正确；同时按下S1和S2，比较器输出为0，不能使继电器J吸合，D选项正确。
5. 如图所示为采用TTL门电路设计的开门报警系统。电路主要由基本触发器和振荡电路组成。在电路设计时，分别将磁铁、干簧管安装在门和门框上。门打开，则干簧管断开（此时A点为低电平）；门关闭，则干簧管闭合。下列关于该电路的说法，不正确的是（　B　）
A. 当S1断开，门打开时蜂鸣器报警
B. 当S1断开，门打开后再关闭，蜂鸣器不报警
C. 报警后将门关闭，再闭合S1，则蜂鸣器不报警
D. 当Q为高电平时，振荡电路起振，蜂鸣器报警
【解析】 当S1断开，＝1，门打开，＝0，Q＝1，振荡电路起振，三极管VT导通，蜂鸣器报警，此时关闭门，＝1，触发器处于保持状态，蜂鸣器继续报警，再闭合S1，＝0，Q＝0，蜂鸣器不报警。
6. 在电路试验板上搭接好如图所示电路，用手遮一下光敏电阻Rg后拿开，10脚会出现一个宽度（持续时间）一定的低电平，持续时间由C1和R1决定。从手遮住光敏电阻Rg开始到手拿开很长时间后，下列关于电路中发光二极管的描述，正确的是（　A　）
A. 先闪烁，后一直亮 B. 先不亮，后闪烁
C. 先一直亮，后闪烁 D. 先闪烁，后不亮
【解析】 用手遮一下光敏电阻，单稳态触发器输入高电平，10脚出现低电平的暂稳态，电容开始充电，12脚和13脚为低电平，11脚和9脚为高电平，充电持续进行。在此过程中，多谐振荡电路2脚输入低电平，4脚振荡，发光二极管闪烁。随着充电过程，12脚和13脚变为高电平，11脚和9脚变为低电平，10脚变为高电平的稳态，电容充电结束。此后2脚输入高电平，多谐振荡电路停止振荡，4脚输出高电平，发光二极管一直亮。
7. 如图a所示为小明设计的具有快慢充功能的电池充电电路。E是充满电压为1.5 V的充电电池，快慢充转换的基准电压设定为1.42 V。当电池快充到1.42 V后，转换为慢充；两个发光二极管分别指示快充和慢充状态。请回答相关问题：
a
（1）根据电路原理分析，快充状态指示灯是　B　（单选，填字母）；
A. VD1 B. VD2
（2）小明搭建了电路并通电测试，当IC1的输出为低电平时，VD1、VD2同时发光，无法正确指示快充与慢充状态，可能的原因有　AC　（多选，填字母）；
A. R1阻值偏大 B. R1阻值偏小
C. R4阻值偏小 D. R4阻值偏大
（3）小明在对图a电路的测试中发现电池充满后还保持充电状态，可能会造成安全隐患，于是决定改进电路，使电池充到1.5 V 后能自动停止充电。小明画出了部分电路图如图b所示，请在虚线框中连接给定的元器件，将电路补充完整；
b
【答案】 如图所示：
（4）小明还发现电源电压波动时，会导致快慢充转换的基准电压也发生波动。为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改进，请在图c虚线框中连接给定的元器件（二极管为硅管），将电路补充完整。
c
【答案】 见下图，答案不唯一。
【解析】 （1）电池E电压较低时，比较器输出低电平，VT1导通，三极管Uec较小，VD1熄灭，VD2点亮。
（2）VT1导通，VD1发光，说明VT1是放大导通。R1偏大或R4偏小，不利于VT1进入饱和状态。
（3）电池E充到1.5 V时，比较器IC2输出低电平至三极管基极，三极管截止，断开电源。
（4）三个二极管串联可以起到稳压2.1 V的效果，减小电源波动的影响。2.1 V通过Rp分压，得到所需的电位标准。
8. 小明利用课本里学到的多谐振荡器设计了如图所示的非法闯入报警电路，其中C1＝C2，R1＝R2。调试好后的电路功能是：平时安防导线处于接通状态，VD不报警，非法闯入后安防导线被撞断，VD报警。相关分析中，正确的是（　D　）
A. 平时VD常灭，非法闯入后，VD常亮报警
B. 平时VD常灭，非法闯入后，VD闪烁报警
C. 若C2短路，非法闯入后，稳定状态下VD常亮
D. 若R2短路，非法闯入后，稳定状态下VD常灭
【解析】 设电容C1上端为A点，下端为B点，C2上下分别为C、D点，电路的基本功能是：平时电路处于稳态，稳态下D必为0，故AB为1，C为0，VD常亮。非法闯入后：安防导线被撞断，根据教材学到的，电路中间部分为多谐振荡电路，输出方波，V1闪烁发光。故应为平时VD常亮，非法闯入时VD闪烁，AB均错。该电路的振荡机制是：C1充电的开始阶段，B为高电平，C为低电平，C2放电，D为低电平，A为高电平保持，此为第一个暂稳态；C1充电的末尾阶段，B为低电平，C为高电平；C2充电的开始阶段，D为高电平，A为低电平，C1放电，B为低电平，C为高电平保持，此为第二个暂稳态；C2充电的末尾阶段，D为低电平，B为高电平；以上为第一个周期。以此类推，C处产生方波。C错：C2短路后，电路必不振荡。若安防导线被撞断，稳态下B必为0，C为1，VD常灭；D对：若R2短路，则D必为0，A必为1，故电路必不振荡。若安防导线被撞断，稳态下B必为0，C为1，VD常灭。
9. 如图所示为小明设计的闪烁灯控制电路。IC1为比较器，V＋＞V－时，输出VCC，V＋＜V－时，输出－VCC。请回答相关问题：
a
（1）电路中采用的C1为　B　（单选，填字母）；
A. 电解电容 B. 陶瓷电容
（2）小明搭建了电路并通电测试，发现D1与D2均不闪烁，其中可能的原因有　AB　（多选，填字母）；
A. C1短路 B. R1断路
C. R3断路 D. R4断路
（3）为了提高发光二极管闪烁的频率，下列哪些措施是有效的　AD　（多选，填字母）；
A. 减小C1容值 B. 增加R5阻值
C. 增大R1阻值 D. 增大R2阻值
（4）调试电路时，小明发现D1、D2亮灯的时间相等且不可调节。小明重新设计了电路，由R5控制D2亮灯时间，R6控制D1亮灯时间。请在虚线框中选择合适的端子补全电路，实现控制功能。
b
【答案】 如图所示。
【解析】 这个由电压比较器组成的振荡电路的振荡过程：设初始状态是电容器C1不带电，电压比较器输出为＋VCC。这样电压比较器“－”输入端电位为0，“＋”输入端的电位＝。此时电容器C1处于充电状态（充电回路为R5、C1组成），随着充电过程的进行，电容器C1上的电压升高，当升高到＞时，电压比较器输出就跳变至－VCC，这时“＋”输入端的电位＝－。电容器C1就变为放电（放电回路也为R5、C1组成），随着放电过程的进行，电容器C1上的电压降低，当降低到＜－时，电压比较器输出就跳变到＋VCC。这时由容器C1就又变为充电过程，以此不断循环往复。
对于第（1）小题，从前面原理可知，电容器C1上极板的电位要从到－之间不断变动，所以应该选用无极性电容器。
对于第（2）小题，从前面原理可知，对于C1短路，则没有了充放电过程，所以D1与D2不闪烁，A正确；对于R1断路，比较器的输入端U＋跟其输出电位相等，最终比较器输出电位为0，此时U＋＝U－＝0，电路不振荡，D1与D2不闪烁，B正确；对于R3和R4断路，则不影响振荡电路工作，所以只是其中一只发光二极管有闪烁，所以C、D不正确。所以本小题的正确选项为AB。
对于第（3）小题，要提高发光二极管闪烁的频率，就是要减小充放电时间，所以减小电容器C1的电容量是一个方法，所以A正确；增大R5是增大充放电时间，所以B不正确；增大R1阻值，从前面所述的原理可知，电容器充放电的最大电压的要增大，也延长了充放电的时间，所以C不正确；而增大R2阻值，则降低了电容器充放电的最大电压，也就缩短了充放电的时间，所以D正确。
对于第（4）小题，要实现D1、D2亮灯的时间的单独调节，则可以从改变充放电回路的电阻实现，因在充电时是D2亮，放电时是D1亮。
1. 如图所示为由555集成电路构成的多谐振荡器，合上开关S，扬声器SP发声。关于电路的分析，错误的是（　D　）
A. 电容C1的充电时间大于放电时间
B. 当电容C1充电时，3脚输出高电平
C. 正常工作后，2、6脚电位在2 V～4 V之间变化
D. 调大Rp，电路振荡频率变大，扬声器音调变高
【解析】 此题是利用555实现的振荡电路，7脚是放电脚。分析电路振荡原理，需要先分析明确电容的充放电回路。充电回路是：VCC→R→Rp→C1→接地。充电起始时刻，C1上极板电位较小，即2、6脚低电平，3脚高电平。随着充电过程进行，C1上极板（2、6脚）电位增加，当增加至2/3 VCC时，3脚出低，7脚也变低，电容开始放电。放电回路是：C1上极板→Rp→7脚→接地（C1负极板）。放电时，C1上极板（2、6脚）电位下降，当下降至1/3 VCC时，3脚出高，7脚悬空，此时电容又开始充电，电路进入电容不断充放电的循环，从而3脚输出高低变化的振荡信号。A选项，充电回路比放电回路中的电阻更大，充电时间更长。B选项，充电时，2、6脚电位低，3脚出高。C选项，2、6脚电位在1/3 VCC至2/3 VCC之间变化，VCC是6 V，因此2、6脚电位在2 V～4 V之间变化。D选项，Rp增大，会使得充放电回路中的阻值均增大，充放电时间更长，周期长，振荡频率变低。
2. 如图所示为555单稳态电路及555电路功能表，关于输出（uo）波形与输入（ui）波形的关系，不合理的是（　D　）
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
A. B.
C. D.
【解析】 本题考查555芯片组成的单稳态电路。A选项对应的是当2脚输入低电位，电源通过R1向电容器C1充电电压还没有达到2VCC/3（＝4 V），输入端就跳变为低电位出现的波形，所以A选项正确。B选项对应的是当2脚输入低电位，电源通过R1向电容器C1充电电压已经达到2 VCC/3（＝4 V）以上时，输入端就跳变为低电位出现的波形，所以B选项正确。C选项就是在A选项的情景时出现的波形（短时间的高电位仍处于保持状态），所以C选项正确。对于D选项，在输入端为低电位的状态下，输出是不可能出现低电位的，所以D选项错误。
3. 如图所示为小明设计的电动牙刷振动提醒电路方案，接通电源后，刷头马达MS转动，每隔30秒，MS停止转动，振动提醒马达MZ即发出1秒提醒信号。MS和MZ分别由继电器常开触点控制（图中未画出）。下列分析中，不正确的是（　C　）
A. R1阻值大于R2
B. 若设置为每1分钟提醒一次，应将R1变大
C. J1控制MZ，J2控制MS
D. 若7脚虚焊，则振动提醒马达MZ一直工作
【解析】 电源接通瞬间，2、6脚为低电平，3脚出1，J1吸合，此时通过R1、R2向C1充电；2、6脚电位上升到VCC时，3脚出0，J2吸合，此时7脚接地，C1放电，当放电电位小于VCC时，2、6脚为低电平，再次充电，得知充电时间长，放电时间短，由题意可知，J1控制MS，J2控制MZ。
4. 如图所示为小明设计的光线变化提醒电路。下列说法中，正确的是（　C　）
A. 电路中的元器件有二极管、三极管、电位器、光敏电阻等
B. 启动电路，光线暗时，扬声器SP发出音乐声音
C. 三极管VT1为NPN型，在电路中起开关的作用
D. 调大Rw阻值，光线更亮的时候扬声器SP才发出音乐声音
【解析】 电路中没有二极管，A项错误；光线暗时，Rg阻值大，三极管VT1导通，1脚为低电平，14脚没有音乐信号输出，扬声器SP不发声，B项错误；天亮时，调大Rw阻值，扬声器SP发声时Rg也要更大，所以光线更暗的时候扬声器SP才发出音乐声音，D项错误。
5. 如图所示为夜间防盗电路，夜晚房门被打开时发出报警信号。房门关闭时，干簧管闭合；房门打开时，干簧管断开，V3、V4、V5 均为硅管。下列分析中，正确的是（　B　）
A. 报警后，关闭房门立马停止报警
B. C1短路时，BP始终不报警
C. 小幅调小Rp3，BP的声音变得急促
D. 当3脚为低电位时，2、6的电位大于2.1 V
【解析】 C1、接在555的2、6、3脚，构成多谐振荡电路，C1要是短路，无法形成振荡电流，扬声器不会发声，B正确；夜晚房门被打开时，与门输入两个高电势，输出高电势，而且通过二极管反馈锁定高电势，即使赶紧关窗，与门的输入不变，555的4脚输入高电势，继续报警，故A错；555的5脚与大地之间是3个二极管，其电势不随Rp3的小幅变化而变化，C错；5脚锁定2.1 V，当2、6两脚高于2.1 V时，3脚输出0，电容C1放电，2、6两脚电势开始降低，1.05V6. 如图所示为小明设计的定时转向喷水控制电路。已知集成电路IC1每隔3小时输出1分钟的低电平信号， 其余时间均输出高电平信号；三极管V1工作在开关状态；继电器J1吸合时喷头转向，继电器J2吸合时喷头喷水。555功能如表所示，比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。下列分析中，正确的是（　C　）
1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚
GND ＜1/3VCC 任意 高电平 断开 VCC
＞1/3VCC ＜2/3VCC 保持 保持
＞1/3VCC ＞2/3VCC 低电平 接地
A. 若喷头始终无法转向，应增大R5的阻值
B. 调大RP阻值，单次喷水时间增长，单次转向时间缩短
C. 若C1连焊，则电路功能变为每隔3小时持续喷水1分钟
D. 正常转向喷水后，555的2、6脚电位在3 V～9 V之间变化
【解析】 工作原理分析：IC1比较器为后面电路每3个小时提供1分钟的高电平，中间区域为555芯片构成的无稳态电路（给它供电后会在3脚输出方波信号）。3脚输出高电平时，三极管V3导通，喷头喷水；3脚输出低电平时，三极管V2导通，喷头转向。A. 增大R5的阻值，三极管V2更靠近截止状态，喷头仍然无法转向，A选项错误；B. 单次喷水时长受到R4、Rp和C1的共同影响，单次转向时长受到Rp和C1的共同影响，所以调大Rp阻值，单次喷水和单次转向的时间均增长，B选项错误；C. C1连焊后，2脚和6脚实际电位为0 V，在1分钟的高电平时间内，3脚输出高电平，三极管V3导通，喷头喷水，C选项正确；D. 若三极管V1导通时Uec压降为约为0 V，则555集成电路的8脚约为9 V，2、6脚电位会在3 V—6 V之间变化（555芯片无稳态电路规律），D选项错误。
7. 科学研究表明，下小雨时发出的“嘀嘀”声有助于失眠者进入梦乡，具有一定的催眠作用，小明设计了这种模拟雨滴声的催眠器电路，原理图如下：
a
（1）小明搭建完电路并在测试时发现雨滴声过于急促，有关操作不能解决这个问题的是　D　；
A. 调大Rp阻值
B. R更换更大阻值
C. 增大C1的电容量
D. 增大C2的电容量
（2）小明用面包板搭建了图a电路，面包板上的黑点表示引脚已经插入该孔中，电容C3和扬声器BP已经插入面包板但未和电路相连，请在图b中完成布线，注意插入的插孔需要用黑点标明；
b
【答案】 见解析，答案仅供参考，不唯一。
（3）小明发现这个电路在失眠者入睡后仍持续工作，准备给这个电路加上一个定时器，工作一段时间后能自动停止并能调节定时的时间，请在虚线框中连线，帮助小明完成电路设计；
c
【答案】 如图所示：
（4）小明搭建好电路后发现扬声器不能发声，下列故障中，可能的是　BD　（多选，填字母）。
A. C1短路 B. C3短路
C. C5短路 D. IC27脚虚焊
【解析】 （1）题干描述小明搭建完电路并在测试时发现雨滴声过于急促，说明3脚输出的振荡信号周期过小，频率过大。要解决这个问题，只能是调大振荡周期，时间常数τ∝RC，充放电回路里的电阻、电容越大，周期就会越大，充电回路如下图中直线箭头，由VCC→R→Rp→C1组成。放电回路如下图中曲线箭头，由C1→Rp→7脚→地组成。所以B和C选项都可以解决这个问题，而D选项的C2的作用是让5脚和地可靠的断开，不能改变周期。而A答案Rp触点下滑，充电时，电容C1必须充到更高的电位，才能使U6＝1，放电时，必须使C1放到更低电位才能使U6＝0，相当于也增大了周期。
（2）按照电路图去连线，注意3脚连电容正极，扬声器两个脚没有正负之分，已经画了黑点的孔是不能再插第二根线的，题干已经说明插线孔要画黑点。
（3）题干要求连线实现定时器功能，并且能调节时间，也就是当S1按下，3脚要出1一段时间，当U2＝0时，U3＝1，所以考虑2脚连A。接下去松开了S1，UA＝1＝U2。这时需要6脚的连线要能够实现U6从低慢慢变高，完成U3从1变0的过程，才能起到延时作用。并且还需要能够调节U6升高到1的时间，所以6脚可以连B，C脚悬空或和B点相连都可以。最后还要解决电容放电的问题，为下一次充电做准备，当U3＝0时，7脚是接地的，所以将7脚连到6脚或者连到C点都可以，因为放电时间可以不考虑。
　　　　
（4）当C3短路，在IC1的3脚出一段时间1的过程中，IC2的26脚恒为某个电位，U3不会振荡，扬声器不发声。当7脚虚焊，在IC1的3脚出一段时间1的过程中，IC2的26脚完成一次从0到1的转变，IC2的3脚只有一次从1到0的转变，不能正常发声。C5短路振荡信号仍能传到扬声器。
8. 如图1所示为门铃实验电路，当客人按下按钮S1时，BP发声。请回答相关问题：
图1
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
（1）555集成电路管脚识别正确的是　B　（单选，填字母）；
A. B.
C. D.
（2）按下S1后电路正常工作时，2脚电压U2的U－t图线正确的是　B　（单选，填字母）；
A.
B.
C.
D.
（3）夜晚客人来访时，会因不熟悉而找不到门铃按钮开关。小明想在门铃的按钮处安装一个指示灯，方便晚间来访客人。指示灯平时常亮，当客人按下按钮后指示灯明暗交替闪烁。请你在图2的虚线框1内连线以实现功能；
图2 图3
【答案】 如图所示：
或
（4）为增加简易防盗报警功能，小明重新设计了图3所示的电路，当盗贼破门碰断警戒线 AB时会报警。 电路搭建完成后，小明发现如果盗贼破门后重新连接AB，会立刻停止报警。请你在图4的虚线框2中设计电路，将电路补充完整，设计要求：①警戒线一旦断开后维持报警（重新连接无效）；②元器件自选。
图4
【答案】 如图所示：
【解析】 本题是利用3脚反馈实现的555振荡器电路。
（1）双列直插集成电路的管脚识别规则一般都是缺口或识别小圆点在左时，从左到右从下到上依次逆时针排列。
（2）2脚电位由电容充放电决定，电容充放电是非线性的，一开始快，越来越慢，首先排除AC。S1按下前4脚接地，因此3脚恒为0（不受2脚控制），则电容上的电压为0，2脚电位也为0；当S1按下时，因为2脚为0，3脚出1，此时3脚通过电阻R1对电容充电，2脚电位开始升高，升高到大于1/3 VCC时输出处于保持状态继续充电，直到高于2/3 VCC时因为6脚触发导致3脚输出0，此时电容开始放电，直到低于1/3 VCC时又会触发3脚出1继续充电，因此2脚电位稳定后始终保持在1/3 VCC～2/3 VCC。
（3） 或
根据题意按下时要求指示灯明暗交替，因此LED需要接在3脚输出端，同时又要求S1未按时LED常亮，此时3脚电位恒为0，因此LED阴极应该接3脚，阳极串联限流电阻接电源。而3脚为0时7脚内部放电管也能导通，因此接7脚也可以。
（4）
此题的关键是看到4脚上方多了一个开关J－1，AB重新接上不报警的原因是4脚变成了低电平，要使AB接上时还能维持报警只要这个开关J－1报警后能维持闭合即可，不难想到虚线框需要增加一个继电器电路控制J－1闭合，同时当AB断开输入高电平触发后要具有保持功能，上面给出的参考答案是比较器反馈实现自锁功能，其他采用触发器保持或两个三极管互锁电路也可以。以下是可行的其他答案：
9. 小明是个电子爱好者，他想自制一个喷泉（如图a所示）的控制电路，以下是他收集到可以用于喷泉的相关电路。IC1比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平；IC2为555集成电路，5脚电位为Vct，功能如图d所示。图b、图c电路2脚初始均为低电平，请回答相关问题：
a　　　　　　　　　b
c
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜Vct 任意 高电平 断开
＞Vct ＜Vct 保持 保持
＞Vct ＞Vct 低电平 接地
d
（1）图b中，R1＝R3＝R4＝2R2，闭合S1，IC1的A点电位为　A　（单选，填字母）；
A. 大于3 V B. 等于3 V C. 小于3 V
（2）闭合S1、S2时，下列波形图最符合B点和C点输出的是　C　（单选，填字母）；
A. B.
C. D.
（3）小明对图c电路调节好各元器件参数，使用时可以观察到喷泉水泵的工作状态的是　B　（单选，填字母）；
A. 连续不间断喷水
B. 连续间断性喷水
C. 喷水吸水轮流进行
（4）小明突发奇想，结合以上两个电路特点，两电路通过一个阻值较大（图e中虚框内电阻）连接，实现喷泉水泵间隔性喷水，并且间隔时间和喷水时长均发生有规律变化。请在图e虚框内选择合适端点完成连线，使电路实现以上功能。
e
【答案】 如图所示：
【解析】 （1）A根据题意，2脚初始低电平，当S1闭合后，U＋＞U－，所以6脚高电平，R1和R3并联后与R4串联，所以A点电位大于3 V。
（2）根据题意，两个电路2脚均为低电平，那么图b的B点信号为电容两端的电位，为低电平，然后电容充电B点电位升高，直到U－＞U＋时，6脚出低电平，电容放电，B点电位降低直到U＋＞U－，6脚出高电平，电容重新开始充电，周而复始，B点为低电平开始的振荡波形。图C是无稳态555电路，2脚低电平，3脚高电平，电源通过R5、R6向电容C2充电，2、6脚电位升高，当2、6脚电位为高电平时，3脚低电平，7脚接地，电容通过R6放电，直到2、6脚低电平，周而复始，3脚输出从高电平开始的方波。
（3）根据上小题分析，图C为从高电平开始的方波，因此电机连续的周期性转动，所以喷泉连续间断性喷水。
（4）根据电路输入输出关系（5脚对于555电路为输入端），题目要求间隔时间和喷水时长要有规律的发生变化，就需要改变IC2的充电电阻或电容，由于R5、R6、C2均无法改变，就需要改变5脚电位，因此IC1的输出信号通过电阻接到5脚可以完成5脚电位周期性变化。(共63张PPT)
电子控制系统的设计及其应用
一、 简单功能电路的安装与调试
第五章
1. 比较（运算放大）器
（1）引脚排列图、芯片实物图及电路符号
比较（运算放大）器通常有两个输入端，即同相输入端和反相输入
端，有且只有一个输出端（输出信号一般只有高电平和低电平两个稳定
状态的电压）。部分比较（运算放大）器除了两个输入和一个输出外，
还有几个改善性的补偿引脚。
　　 　　
图a　引脚排列　　　图b　芯片实物　　　图c 　电路符号
（2）引脚功能
若芯片的正电源引脚接＋VCC，负电源引脚接－VCC，输入输出关
系如下：
输入 输出Uo
U＋＞U－ ＋VCC
U＋＝U－ 0
U＋＜U－ －VCC
　　若芯片的正电源引脚接＋VCC，负电源引脚接地，输入输出关
系如下：
输入 输出Uo
U＋＞U－ ＋VCC
U＋＝U－ VCC
U＋＜U－ 0
2. 555集成电路
　　
555时基集成电路实物图 555时基集成电路引脚图
555时基集成电路内部电路图
3. 多谐振荡电路
多谐振荡电路图 振荡过程分析
若电路通电瞬间电容器不带电，A点电位UA=0，则UB=1，UF=0。此时B和F两点通过电阻R给电容器C充电，随着充电进行，A点电位上升，当A点电位上升为高电平UA=1时，UB=0，UF =1，电容器开始放电并反向充电，A点电位下降，当A点电位下降为低电平UA=0时，UB=1，UF =0，重复上诉充电过程。如此反复，F点输出高低变化的数字信号。
多谐振荡电路图 振荡过程分析
当UI=0时，UB=1，UF=0，电路不振荡。当UI=1时，假设初始电容器不带电，则UA=0，UB =1、输出端UF =0，电容器C充电（左极板带正电，右极板带负电），随着充电进行，电容器C极板所带电荷量Q增加，其两端电压U升高（Q=CU），A点电位上升，充电一段时间后，UA=1，UB=0、输出端UF =1，电容器C放电，此时A点仍旧是高电平，待电容器放电完毕，立即反向充电，当电容器两端电压升高到一定程度时，UA=0，UB =1、输出端UF =0，电容器重复上述充放电。因此F点会输出呈周期性变化的高低电平。
多谐振荡电路图 振荡过程分析
当UI=1时，UB =0，UF =1，电路不振荡。当UI=0时，电路开始振荡，振荡过程类似与非门电路。
多谐振荡电路图 振荡过程分析
R2＝R3，假设初始状态电容器不带电，接通电源，
U－＝0，电路受干扰，若U＋＞U－（也有可能U＋＜
U－），运算放大器输出高电平VCC，电容器开始充
电，当电容器充电电压刚好超过电源电压的二分之
一时，U＋＜U－，运算放大器输出低电平－VCC，
电容器开始放电然后反向充电，当电容器两端电压
降低刚好低于－VCC的二分之一时，U＋＞U－，运
算放大器又输出高电平VCC，电容器先放电然后再
充电，如此循环往复充电放电，运算放大器输出高
低变化的电平。
多谐振荡电路图 振荡过程分析
闭合开关S，假设初始电容器不带电Q＝0，Uc＝0，2和6引脚电位等于电容器电压，U2，6＝0，U3＝1，7脚悬空，电源经过R1和Rp给电容器充电，U2，6上升，U2，6超过三分之一不到三分之二电源电压时，555处于保持充电状态， U3＝1，7脚悬空。U2，6超过三分之二电源电压时，U2，6＝1，U3＝0，7脚接地U7＝0，电容器经过Rp放电，U2，6下降， U2，6低于三分之二但超过三分之一电源电压时，555处于保持放电状态， U3＝0，7脚接地U7＝0。 当U2，6小于三分之一电源电压时，U2，6＝0，U3＝1，7脚悬空，电源经过R1和Rp又给电容器充电，重复前面的过程。在电容器不断地充电放电过程中，3脚输出呈周期性变化的高低电平。
4. JN6201音乐集成电路
JN6201管脚排列图 JN6201的输入输出端口对应的引脚
JN6201音乐集成电路功能说明：
（1）任意输入端高电平触发，每次只有1个输入脚可以输入，但4个输
出脚可以同时输出。每个输入端对应一首不同的歌曲。
（2）输入端I1、I2 、I3、I4有一个为高电平，则输出端O1 、O2 、O3为
高电平，O4为低电平；输入端I1、I2 、I3、I4全部为低电平，则输出端
O1 、O2 、O3为低电平， O4为高电平。
（3）引脚11、引脚14是音乐输出端，一般接扬声器；引脚10接发光二
极管；引脚9接继电器；输出端一般不直接接用电器，需通过三极管来
驱动用电器。
【项目情境】
小林同学发现，老师和同学们进出学校时总是要大声呼叫传达室内
的门卫师傅开门，既喧哗又很不方便。小林同学决定利用所学的电子控
制技术知识设计一款电子门铃。老师告诉他，在生产和生活中的电子控
制系统很多都是由一些实用的功能电路组成的。于是，小林同学决定
从认识简单功能电路开始。
【任务1】　安装与调试数字逻辑门电路组成的多谐振荡器
小林同学利用与非门芯片和相关电子元器件设计了如图所示的电子门铃
电路，下列说法中，错．误．的是（　D　）
D
A. 当光线亮的时候蜂鸣器才会响起
B. 改变R2、C的大小可改变蜂鸣器的发声频率
C. 增大R2的阻值或C的容量，可使蜂鸣器发声频率变低
D. 电路中左边的与非门换成或非门电路功能不变
【解析】 当光线亮的时候，Rg电阻小，R1分得电压高，给与非门输入
高电平，与非门组成的多谐振荡器开始振荡，蜂鸣器发出声音，A选项
正确；R2和C组成电容器充放电回路参与振荡，改变R2、C的大小可改
变振荡的频率，因此可改变发声的频率，B选项正确；增大R2的阻值或
C的容量，使充放电时间变长，振荡周期变大，可使蜂鸣器发声频率变
低，C选项正确；电路中左边的与非门换成或非门后，光线暗才开始振
荡，因此电路的功能改变，D选项错误。
如图所示为小林同学利用运算放大器等元器件为耳聋患者设计的电子
“门铃”的部分电路，已知R2＝R3，初始状态电容器不带电，运算放大
器输出与输入的关系为：输入端U＋＞U－时，输出端Uo＝＋VCC，输入
端U＋＜U－时，输出端Uo＝－VCC。接通电源，下列说法中，正确的是
（　C　）
C
【任务2】　安装与调试运算放大器组成的多谐振荡器
A. A和D两点为模拟信号，B点为数字信号
B. 接通电源瞬间，发光二极管不发光
C. 为了提高发光二极管的闪烁频率，可以减少电容器C的容量或者把
电阻R1换成更小的阻值
D. 增大电阻R2的阻值发光二极管的闪烁频率会提高
请画出接通电源后A点和B点的电位随时间变化的图像。
【解析】 接通电源A点为模拟信号，B和D两点为数字信号，所以A选项
错误；接通电源瞬间，电容器不带电，U－＝0，受干扰，若U＋＞U－，
运算放大器输出高电平VCC，发光二极管发光，所以B选项错误；减少
电容器容量C或者减少电阻R1的阻值，充放电时间变短，发光二极管的
闪烁频率变高，所以C选项正确；增大电阻R2的阻值会使发光二极管的
闪烁频率降低，所以D选项错误。
A点和B点的电位随时间变化的图像如图所示：
555集成电路引脚图 555集成电路内部电路图
【任务3】　认识555集成电路，根据555集成电路内部电路结构推导输
出与输入的关系，填入表格中。
555集成电路输出与输入的关系
输入 输出
4 2 6 3 7
0 × × 0 接地
1 ＜VCC × 1 悬空
1 ＞VCC ＜VCC 保持 保持
1 ＞VCC ＞VCC 0 接地
0
接地
1
悬空
保持
保持
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接地
【任务4】　安装与调试555集成电路组成的多谐振荡器
小林同学利用555集成电路和相关电子元器件设计的电子门铃电路如图
所示：
初始状态电容器C1不带电，请画出接通电源后555集成电路的2和6脚电
位U2，6以及3脚电位U3随时间变化的图像。
讨论：
（1）发光二极管VD1和VD2单次发光时长谁更长一些？为什么？
【答案】 充电时间跟R1、Rp和C1有关，放电时间跟Rp和C1有关。因此
充电时间长，放电时间短，充电时3脚输出高电平，VD2发光，放电时3
脚输出低电平，VD1发光，因此VD2单次发光时间更长一些。
（2）用555集成电路组成的多谐振荡器能否使扬声器奏出美妙的音乐？
为什么？
【答案】 不能用555集成电路组成的多谐振荡器使扬声器奏出美妙的音
乐，因为555集成电路3脚交替输出高低电平，周期固定，只能发出单调的声音。
【任务5】　安装与调试JN6201音乐集成电路
如图所示为小林同学利用JN6201集成电路、干簧管等电子元器件设计
的一款电子音乐门铃，JN6201集成电路引脚功能见“知识梳理”，干
簧管在门关闭时闭合、门打开时断开。下列说法中，错．误．的是
（　C　）
C
A. 三极管VT2导通时处于放大状态
B. 闭合开关S，开门时扬声器SP播放音乐
C. 闭合开关S，关门时发现扬声器SP播放音乐，可以通过调小R2关闭
扬声器
D. 若JN6201集成电路1脚折断，连接到2脚也可以实现功能
【解析】 JN6201集成电路14脚输出音乐信号时，通过三极管VT2放大
后音乐信号更强，所以三极管VT2导通时要处于放大状态，答案A正
确；闭合开关S，门打开时干簧管断开，三极管VT1处于截止状态，
JN6201集成电路1脚输入高电平，14脚输出音乐信号，扬声器SP播放音
乐，答案B正确；从电路的逻辑功能来看，门打开时扬声器SP播放音
乐，门关闭时扬声器SP不播放音乐，闭合开关S，门关闭时三极管VT1
处于导通状态，JN6201集成电路1脚应该为低电平，但是现在有音乐信
号输出，说明此时1脚实际为高电平，可以通过调大R2或者调小R3使三
极管集电极电位降低实现1脚输入为低电平，因此C选项错误；从
JN6201集成电路引脚功能可知：1脚、2脚、3脚和4脚只要任何一个脚
输入高电平都可以输出音乐信号，所以D选择正确。
【知识札记】　本项目涉及的知识如下：门电路、运算放大器、555集
成电路、JN6201音乐集成电路、电容器和三极管等。
　　如图所示为三极管测试电路，闭合开关S1，三极管VT处于放大工
作状态。根据电路图及描述，完成第1—2题。
1. 组成电路中的多谐振荡器，下列集成芯片可以的是（　D　）
A. B. C. D.
D
【解析】 题图是二输入与非门芯片，可以利用D选项四输入与非门
代替。
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2. VD1与VD2是两只相同的发光二极管，闭合开关S1，关于此电路，下
列说法中合理的是（　B　）
A. 电容器C1与C2功能相同
B. 发光二极管VD1与VD2一直闪烁
C. 增大R1或者C1，可以使发光二极管VD1与VD2闪烁加快
D. 三极管VT发射结和集电结均正偏
B
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【解析】 A项，C1充放电实现延时，C2是耦合电容；B项，左边是与非
门构成的振荡电路，一直输出周期性的高低电平，发光二极管VD1与
VD2一直闪烁，B项正确；C项，增大R1或者C1，电路振荡周期变大，
发光二极管VD1与VD2闪烁变慢；D项，三极管VT处于放大状态，集电
结反偏。
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3. 如图所示为土壤湿度报警电路，下列关于该电路的分析，正确的是
（　C　）
A. 当土壤湿度过小时，无源蜂鸣器发出蜂鸣声
B. 当土壤湿度过大时，电容C处于充电过程
C. 在蜂鸣器发出蜂鸣声时发现频率太低，可将电容C换小
D. 用两个或非门替换图中的两个与非门，电路功能不变
C
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【解析】 题图是一个用二个与非门组成多谐振荡器电路，电容器C和电
阻器R2是多谐振荡器电路的充放电回路。对于A选项，当土壤湿度过小
时，a点电位为低电位，多谐振荡器电路就不振荡，所以A选项错；对
于B选项，当土壤湿度过大时，a点电位为高电位，多谐振荡器电路就
振荡起来，电容器C就不断地在充放电，所以B选项错；对于C选项，在
蜂鸣器发出蜂鸣声时发现频率太低，将电容C换小或者将电阻器R2的阻
值改小，可以减小充放电的时间，即增大振荡电路的频率，所以C选项
正确；对于D选项，用两个或非门替换图中的两个与非门，虽然电路也
能振荡，但控制振荡的逻辑变了。是当a点电位低时，即当土壤湿度过
小时，电路报警，所以D选项错。
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4. 如图所示为小明设计的继电器控制电路。S1、S2是按钮开关，按下时
接通，松开时断开。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时
输出低电平。下列分析中，不．正．确．的是（　C　）
A. V4发光表示继电器J释放
B. S2按下后松开，V3发光
C. S1按下后松开，继电器J吸合
D. 同时按下S1和S2，不能使继电器J吸合
C
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【解析】 V4发光，比较器输出为0，三极管V7截止，继电器J释放，A选
项正确；S2按下，三极管V2导通，集电极为低电平，运算放大器输出为
高电平，S2松开后三极管还是导通，V3发光，B选项正确；S1按下，比
较器输出为0，V7截止，继电器J释放，三极管V2截止，集电极为高电
位，S1松开三极管V2还是截止，集电极仍为高电位，比较器输出仍为
0，继电器J仍释放，C选项不正确；同时按下S1和S2，比较器输出为0，
不能使继电器J吸合，D选项正确。
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5. 如图所示为采用TTL门电路设计的开门报警系统。电路主要由基本
触发器和振荡电路组成。在电路设计时，分别将磁铁、干簧管安装在门
和门框上。门打开，则干簧管断开（此时A点为低电平）；门关闭，则
干簧管闭合。下列关于该电路的说法，不．正．确．的是（　B　）
A. 当S1断开，门打开时蜂鸣器报警
B. 当S1断开，门打开后再关闭，蜂鸣器不报警
C. 报警后将门关闭，再闭合S1，则蜂鸣器不报警
D. 当Q为高电平时，振荡电路起振，蜂鸣器报警
B
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【解析】 当S1断开，＝1，门打开，＝0，Q＝1，振荡电路起振，三
极管VT导通，蜂鸣器报警，此时关闭门，＝1，触发器处于保持状
态，蜂鸣器继续报警，再闭合S1，＝0，Q＝0，蜂鸣器不报警。
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6. 在电路试验板上搭接好如图所示电路，用手遮一下光敏电阻Rg后拿
开，10脚会出现一个宽度（持续时间）一定的低电平，持续时间由C1和
R1决定。从手遮住光敏电阻Rg开始到手拿开很长时间后，下列关于电路
中发光二极管的描述，正确的是（　A　）
A. 先闪烁，后一直亮 B. 先不亮，后闪烁
C. 先一直亮，后闪烁 D. 先闪烁，后不亮
A
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【解析】 用手遮一下光敏电阻，单稳态触发器输入高电平，10脚出现
低电平的暂稳态，电容开始充电，12脚和13脚为低电平，11脚和9脚为
高电平，充电持续进行。在此过程中，多谐振荡电路2脚输入低电平，4
脚振荡，发光二极管闪烁。随着充电过程，12脚和13脚变为高电平，11
脚和9脚变为低电平，10脚变为高电平的稳态，电容充电结束。此后2脚
输入高电平，多谐振荡电路停止振荡，4脚输出高电平，发光二极管一
直亮。
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7. 如图a所示为小明设计的具有快慢充功能的电池充电电路。E是充满
电压为1.5 V的充电电池，快慢充转换的基准电压设定为1.42 V。当电
池快充到1.42 V后，转换为慢充；两个发光二极管分别指示快充和慢充
状态。请回答相关问题：
a
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（1）根据电路原理分析，快充状态指示灯是 （单选，填字
母）；
A. VD1　　　　　B. VD2
B　
【解析】（1）电池E电压较低时，比较器输出低电平，VT1导通，三极
管Uec较小，VD1熄灭，VD2点亮。
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（2）小明搭建了电路并通电测试，当IC1的输出为低电平时，VD1、
VD2同时发光，无法正确指示快充与慢充状态，可能的原因有
（多选，填字母）；
A. R1阻值偏大 B. R1阻值偏小
C. R4阻值偏小 D. R4阻值偏大
AC　
【解析】（2）VT1导通，VD1发光，说明VT1是放大导通。R1偏大或R4偏小，不利于VT1进入饱和状态。
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（3）小明在对图a电路的测试中发现电池充满后还保持充电状态，可能
会造成安全隐患，于是决定改进电路，使电池充到1.5 V 后能自动停止
充电。小明画出了部分电路图如图b所示，请在虚线框中连接给定的元
器件，将电路补充完整；
b
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【答案】 如图所示：
【解析】（3）电池E充到1.5 V时，比较器IC2输出低电平至三极管基极，三极管截止，断开电源。
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（4）小明还发现电源电压波动时，会导致快慢充转换的基准电压也发
生波动。为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改进，请在图c
虚线框中连接给定的元器件（二极管为硅管），将电路补充完整。
c
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【答案】 见下图，答案不唯一。
【解析】（4）三个二极管串联可以起到稳压2.1 V的效果，减小电源波动的影响。2.1 V通过Rp分压，得到所需的电位标准。
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8. 小明利用课本里学到的多谐振荡器设计了如图所示的非法闯入报警
电路，其中C1＝C2，R1＝R2。调试好后的电路功能是：平时安防导线处
于接通状态，VD不报警，非法闯入后安防导线被撞断，VD报警。相关
分析中，正确的是（　D　）
A. 平时VD常灭，非法闯入后，VD常亮报警
B. 平时VD常灭，非法闯入后，VD闪烁报警
C. 若C2短路，非法闯入后，稳定状态下VD常亮
D. 若R2短路，非法闯入后，稳定状态下VD常灭
D
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【解析】 设电容C1上端为A点，下端为B点，C2上下分别为C、D点，电
路的基本功能是：平时电路处于稳态，稳态下D必为0，故AB为1，C为
0，VD常亮。非法闯入后：安防导线被撞断，根据教材学到的，电路中
间部分为多谐振荡电路，输出方波，V1闪烁发光。故应为平时VD常
亮，非法闯入时VD闪烁，AB均错。该电路的振荡机制是：C1充电的开
始阶段，B为高电平，C为低电平，C2放电，D为低电平，A为高电平保
持，此为第一个暂稳态；C1充电的末尾阶段，B为低电平，C为高电
平；C2充电的开始阶段，D为高电平，A为低电平，C1放电，B为低电
平，C为高电平保持，此为第二个暂稳态；C2充电的末尾阶段，D为低
电平，B为高电平；以上为第一个周期。以此类推，C处产生方波。C
错：C2短路后，电路必不振荡。
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若安防导线被撞断，稳态下B必为0，C为1，VD常灭；D对：若R2短路，
则D必为0，A必为1，故电路必不振荡。若安防导线被撞断，稳态下B必
为0，C为1，VD常灭。
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9. 如图所示为小明设计的闪烁灯控制电路。IC1为比较器，V＋＞V－
时，输出VCC，V＋＜V－时，输出－VCC。请回答相关问题：
（1）电路中采用的C1为 （单选，填字母）；
a
A. 电解电容　　B. 陶瓷电容
B　
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【解析】这个由电压比较器组成的振荡电路的振荡过程：设初始状态是
电容器C1不带电，电压比较器输出为＋VCC。这样电压比较器“－”输
入端电位为0，“＋”输入端的电位＝。此时电容器C1处于充
电状态（充电回路为R5、C1组成），随着充电过程的进行，电容器C1
上的电压升高，当升高到＞时，电压比较器输出就跳变至－
VCC，这时“＋”输入端的电位＝－。电容器C1就变为放电
（放电回路也为R5、C1组成），随着放电过程的进行，电容器C1上的电
压降低，当降低到＜－时，电压比较器输出就跳变到＋VCC。
这时由容器C1就又变为充电过程，以此不断循环往复。
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对于第（1）小题，从前面原理可知，电容器C1上极板的电位要从
到－之间不断变动，所以应该选用无极性电容器。
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（2）小明搭建了电路并通电测试，发现D1与D2均不闪烁，其中可能的
原因有 （多选，填字母）；
A. C1短路 B. R1断路
C. R3断路 D. R4断路
AB　
a
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【解析】对于第（2）小题，从前面原理可知，对于C1短路，则没有了
充放电过程，所以D1与D2不闪烁，A正确；对于R1断路，比较器的输入
端U＋跟其输出电位相等，最终比较器输出电位为0，此时U＋＝U－＝
0，电路不振荡，D1与D2不闪烁，B正确；对于R3和R4断路，则不影响
振荡电路工作，所以只是其中一只发光二极管有闪烁，所以C、D不正
确。所以本小题的正确选项为AB。
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（3）为了提高发光二极管闪烁的频率，下列哪些措施是有效的
（多选，填字母）；
A. 减小C1容值 B. 增加R5阻值
C. 增大R1阻值 D. 增大R2阻值
AD　
a
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【解析】对于第（3）小题，要提高发光二极管闪烁的频率，就是要减
小充放电时间，所以减小电容器C1的电容量是一个方法，所以A正确；
增大R5是增大充放电时间，所以B不正确；增大R1阻值，从前面所述的
原理可知，电容器充放电的最大电压的要增大，也延长了充放电的时
间，所以C不正确；而增大R2阻值，则降低了电容器充放电的最大电
压，也就缩短了充放电的时间，所以D正确。
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（4）调试电路时，小明发现D1、D2亮灯的时间相等且不可调节。小明
重新设计了电路，由R5控制D2亮灯时间，R6控制D1亮灯时间。请在虚线
框中选择合适的端子补全电路，实现控制功能。
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【答案】 如图所示。
【解析】对于第（4）小题，要实现D1、D2亮灯的时间的单独调
节，则可以从改变充放电回路的电阻实现，因在充电时是D2亮，放
电时是D1亮。
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谢谢大家

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