電工學(xué)中的辯證法

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯電工學(xué)中的辯證法 電工學(xué)是一門集電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、繼電掌握和電力拖動為一體的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，它的授課對象主要是非電專業(yè)的本科二、三班級的同學(xué)。其目的是為這類同學(xué)傳授電工電子技術(shù)的入門學(xué)問，使他們對電的學(xué)問有所了解，并將其應(yīng)用到本專業(yè)的討論當(dāng)中去。同時，通過對電工學(xué)課程的學(xué)習(xí)，培育同學(xué)們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式，實(shí)事求是的工作作風(fēng)，求真務(wù)實(shí)的品德修養(yǎng)，讓同學(xué)們學(xué)會如何從工程技術(shù)的角度去分析問題和解決問題。由于授課對象是非電專業(yè)的同學(xué)，他們電的學(xué)問基礎(chǔ)比較薄弱，尤其是缺乏對電的感覺，缺少實(shí)踐的訓(xùn)練，許多基本概念接受起來比較吃力。在這種狀況下，如何發(fā)揮

2、老師的主觀能動性，從更高的層面對同學(xué)進(jìn)行循序善誘，是對老師教學(xué)水平的挑戰(zhàn)。針對授課同學(xué)的特點(diǎn)，結(jié)合多年的教學(xué)閱歷，在電工學(xué)的教學(xué)過程中樂觀引入哲學(xué)思想，用唯物辯證法指導(dǎo)教學(xué)工作，使同學(xué)從宏觀的角度熟悉事物的進(jìn)展、變化和內(nèi)在規(guī)律，而不是糾結(jié)于一些細(xì)節(jié)問題，開闊了同學(xué)的眼界，拓展了同學(xué)的思路，取得了很好的教學(xué)效果。從哲學(xué)范疇上講，揭示事物進(jìn)展的基本規(guī)律有三個，它們是對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律和否定之否定規(guī)律。其中對立統(tǒng)一規(guī)律揭示了客觀存在具有的特點(diǎn)，任何事物內(nèi)部都是沖突的統(tǒng)一體，沖突是事物進(jìn)展變化的源泉和動力。量變質(zhì)變規(guī)律揭示了事物進(jìn)展變化形式上具有的特點(diǎn)，從量變開頭，質(zhì)變是量變的終結(jié)。否定之否定

3、規(guī)律揭示了沖突運(yùn)動過程具有的特點(diǎn)，它告知人們，沖突運(yùn)動是生命力的表現(xiàn)，其特點(diǎn)是自我否定、向?qū)α⒚孓D(zhuǎn)化。因此否定之否定規(guī)律構(gòu)成了辯證運(yùn)動的實(shí)質(zhì)。一、對立統(tǒng)一規(guī)律對立統(tǒng)一規(guī)律是唯物辯證法的實(shí)質(zhì)和核心。詳細(xì)表現(xiàn)在：（一）對立統(tǒng)一規(guī)律揭示了事物運(yùn)動、變化、進(jìn)展的根本緣由在于事物內(nèi)部的沖突性，科學(xué)地解釋了事物進(jìn)展的道路、方向、形式等問題。（二）對立統(tǒng)一規(guī)律揭示了事物聯(lián)系和進(jìn)展的根本內(nèi)容，事物普遍聯(lián)系的實(shí)質(zhì)就是事物之間由多方面的對立統(tǒng)一構(gòu)成的沖突體系；事物進(jìn)展的實(shí)質(zhì)就是新事物揚(yáng)棄舊事物的過程，它體現(xiàn)著事物內(nèi)部確定方面與否定方面的對立統(tǒng)一的關(guān)系。（三）對立統(tǒng)一是唯物辯證法全部規(guī)律和范疇的實(shí)質(zhì)，所以，對立統(tǒng)一

4、規(guī)律供應(yīng)了理解唯物辯證法其它規(guī)律和范疇的鑰匙。（四）唯物辯證法是世界觀又是方法論，而對立統(tǒng)一規(guī)律供應(yīng)了這一科學(xué)方法論最根本的內(nèi)容，即沖突分析的方法。對立統(tǒng)一規(guī)律，在講解電工學(xué)的暫態(tài)分析中的電容器的充放電過程中得到了充分的應(yīng)用。充電與放電是沖突的兩個方面，構(gòu)成了沖突的統(tǒng)一體，它們既有對立性，又有統(tǒng)一性（同一性）。統(tǒng)一性（同一性）表現(xiàn)為充電與放電，即相互對立，又相互依存。沒有充電就沒有放電。相反，沒有放電亦沒有充電。對立性（斗爭性）表現(xiàn)為充電與放電是兩種截然不同的過程。充電時，電容器上的電荷不斷增多，電壓不斷加大，儲存的電場能不斷增加。而放電的過程的正好相反，電容器上電荷削減，電壓下降，儲能削減。

5、是同一個事物朝著兩個背道而馳的方向進(jìn)展。然而事物的進(jìn)展不是一成不變的，在肯定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。以RC電路的完全響應(yīng)為例，利用一個電壓源US通過電阻R和開關(guān)K對電容器C充電。電容器上帶有初始儲能，其初始電壓為Uo。電路換路（K閉合）后將消失三種狀況：1、當(dāng)電源電壓US大于電容器的初始電壓Uo時，電源將對電容器連續(xù)充電，最終使得電容器上的電壓達(dá)到US。此時電源發(fā)出功率，電容器作為電源的負(fù)載而汲取功率；2、當(dāng)電源電壓US小于電容器的初始電壓Uo時，電容器不但不會充電，相反還要對電源放電，最終使得電容器上的電壓放電到US。此時電容器發(fā)出功率，電源作為電容器的負(fù)載而汲取功率。與前一種情形相比較，

6、電源與電容器的狀態(tài)完全轉(zhuǎn)換為事物的對立面；3、當(dāng)電源電壓US等于電容器的初始電壓Uo時，電容器既不充電，也不放電，電路中電流為零，電路沒有暫態(tài)過程，換路后直接達(dá)到平衡狀態(tài)。二、質(zhì)量互變規(guī)律質(zhì)量互變規(guī)律，又稱量變質(zhì)變規(guī)律，是唯物辯證法的基本規(guī)律。它揭示了一切事物、現(xiàn)象進(jìn)展過程中量變和質(zhì)變的內(nèi)在聯(lián)系及其相互轉(zhuǎn)化。這一規(guī)律表明，事物的進(jìn)展變化存在兩種基本形式，即量變和質(zhì)變，前者表現(xiàn)為事物及其特性在數(shù)量上的增加或削減，是一種連續(xù)的、不顯著的變化，后者是事物根本性質(zhì)的變化，是由一種質(zhì)的形態(tài)向另一種質(zhì)的形態(tài)的突變。在事物內(nèi)部沖突的作用下，事物的進(jìn)展從量變開頭，當(dāng)量變達(dá)到肯定的界限時，量變就轉(zhuǎn)化為質(zhì)變，事物

7、的性質(zhì)發(fā)生了變化，舊質(zhì)事物就變成了新質(zhì)事物。這是量變向質(zhì)變的轉(zhuǎn)化。在新質(zhì)的基礎(chǔ)上又開頭了新的量變。這是質(zhì)變向量變的轉(zhuǎn)化。量變引起質(zhì)變，質(zhì)變又引起新的量變，循環(huán)往復(fù)以至無窮，構(gòu)成了事物無限進(jìn)展的過程。量變和質(zhì)變，是事物進(jìn)展變化的兩種基本形式，二者既有區(qū)分又有聯(lián)系，在事物進(jìn)展過程中，它們是相互依存相互滲透的。量變中有階段性的質(zhì)變，質(zhì)變中有量的擴(kuò)張。例如正弦波與方波的關(guān)系。在一個電壓放大器的輸入端加上一個標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，放大器的輸出端得到一個放大了的正弦波。加大放大器的放大倍數(shù)，輸出電壓的幅值隨之增大。連續(xù)加大放大倍數(shù)，輸出電壓消失飽和，正弦波的頂部和底部被削平，變成了近似的梯形波。再加大放大倍數(shù)，梯

8、形波變得越來越陡峭。當(dāng)放大倍數(shù)接近于無限大時（比如運(yùn)放開環(huán)運(yùn)行），梯形波就完全變成了方波。也就是說當(dāng)放大器的放大倍數(shù)不斷變大時量變，輸出波形由標(biāo)準(zhǔn)的正弦波變成了梯形波質(zhì)變；再加大放大倍數(shù)新的量變，梯形波變成了方波新的質(zhì)變。三、否定之否定規(guī)律否定之否定規(guī)律，是唯物辯證法的基本規(guī)律之一。事物都是確定方面和否定方面的統(tǒng)一。當(dāng)確定方面居于主導(dǎo)地位時，事物保持現(xiàn)有的性質(zhì)、特征和傾向。當(dāng)事物內(nèi)部的否定方面戰(zhàn)勝確定方面居于沖突的主導(dǎo)地位時，事物的性質(zhì)、特征和趨勢就發(fā)生變化，舊事物就轉(zhuǎn)化為新事物。否定是對舊事物的質(zhì)的根本否定，但不是對舊事物的簡潔拋棄，而是變革和繼承相統(tǒng)一的揚(yáng)棄。事物進(jìn)展過程中的每一階段，都是

9、對前一階段的否定，同時它自身也被后一階段再否定。經(jīng)過否定之否定，事物運(yùn)動就表現(xiàn)為一個周期，在更高的階段上重復(fù)舊的階段的某些特征，由此構(gòu)成事物從低級到高級、從簡潔到簡單的周期性進(jìn)展過程。四、例題、穩(wěn)定工作點(diǎn)，解決零點(diǎn)漂移問題以工作點(diǎn)穩(wěn)定為例。學(xué)過晶體管放大電路的人都知道，要想不失真的放大電壓信號必需設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。對于共放射極放大電路來說，引入放射極電阻RE，可以很好的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。然而RE的引入將使電路的放大倍數(shù)下降。解決方案是在RE兩端并聯(lián)電容器CE。由于CE對于直流的靜態(tài)工作點(diǎn)相當(dāng)于開路，RE起到穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。而當(dāng)溝通信號到來時，CE相當(dāng)于短路，起到了旁路的作用，RE的負(fù)反饋?zhàn)?/p>

10、用消逝，不影響電壓放大倍數(shù)，達(dá)到了兩全其美的效果。然而，舊的沖突解決了，新的沖突又來了。假如被放大的信號本身就是直流，放射極電容CE起不到旁路的作用。這時穩(wěn)定工作點(diǎn)的最佳方案就是采納“差動放大電路”。它由兩個完全相同的放大電路組成對稱結(jié)構(gòu)。有兩個輸入端、兩個輸出端，放大電路的輸出取自于兩個輸出端的差。盡管每個電路的輸出會有零點(diǎn)漂移，但由于電路是完全對稱的，兩個電路輸出端的變化量相等，其差值為零。這種電路中，當(dāng)兩個輸入端的電位相等時，輸出為零；輸入相異時，輸出為它們的差乘以電壓放大倍數(shù)。即放大的是兩個輸入信號的差，這就是“差動放大電路”一詞的由來。到此為止，問題好像完全解決了。其實(shí)不然。差動電路

11、靠電路的對稱性解決零點(diǎn)漂移問題。也就是要求連接成雙端輸出。但有一類負(fù)載只能接成單端輸出，這樣一來對稱性的優(yōu)越性蕩然無存。這時最佳方案就是恒流源電路，其輸出電流IS是恒定的。由于電路對稱，每個電路的電流為IS/2，且不變。溫度變化時，無論是雙端輸出還是單端輸出，其輸出電壓均不變，完全克服了零點(diǎn)漂移的問題，達(dá)到了完善的境界。通過以上分析，我們可以清晰地看到，為了克服溫度的變化對工作點(diǎn)的影響。人們在不斷地提出問題，找到解決問題的方法。經(jīng)受著從否定到確定，再否定、再確定的不斷進(jìn)展的過程。首先，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，引入放射極電阻RE。它又帶來了放大倍數(shù)下降的問題，否定了RE的作用。引入CE解決了RE的問題。但是直流放大電路中CE不起作用，又否定了CE的旁路作用。引入差動放大電路，依靠對稱性克服零點(diǎn)漂移，又被單端輸出的情形否定。最終找