電工學中的辯證法

電工學中的辯證法電工學是一門集電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、繼電掌握和電力拖動為一體的專業(yè)技術基礎課程，它的授課對象主要是非電專業(yè)的本科二、三班級的同學。其目的是為這類同學傳授電工電子技術的入門學問，使他們對電的學問有所了解，并將其應用到本專業(yè)的討論當中去。同時，通過對電工學課程的學習，培育同學們嚴謹的思維方式，實事求是的工作作風，求真務實的品德修養(yǎng)，讓同學們學會如何從工程技術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，他們電的學問基礎比較薄弱，尤其是缺乏對電的感覺，缺少實踐的訓練，許多基本概念接受起來比較吃力。在這種狀況下，如何發(fā)揮老師的主觀能動性，從更高的層面對同學進行循序善誘，是對老師教學水平的挑戰(zhàn)。針對授課同學的特點，結合多年的教學閱歷，在電工學的教學過程中樂觀引入哲學思想，用唯物辯證法指導教學工作，使同學從宏觀的角度熟悉事物的進展、變化和內在規(guī)律，而不是糾結于一些細節(jié)問題，開闊了同學的眼界，拓展了同學的思路，取得了很好的教學效果。

從哲學范疇上講，揭示事物進展的基本規(guī)律有三個，它們是對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質變規(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，任何事物內部都是沖突的統(tǒng)一體，沖突是事物進展變化的源泉和動力。量變質變規(guī)律揭示了事物進展變化形式上具有的特點，從量變開頭，質變是量變的終結。否定之否定規(guī)律揭示了沖突運動過程具有的特點，它告知人們，沖突運動是生命力的表現，其特點是自我否定、向對立面轉化。因此否定之否定規(guī)律構成了辯證運動的實質。

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質和核心。詳細表現在：

（一）對立統(tǒng)一規(guī)律揭示了事物運動、變化、進展的根本緣由在于事物內部的沖突性，科學地解釋了事物進展的道路、方向、形式等問題。

（二）對立統(tǒng)一規(guī)律揭示了事物聯系和進展的根本內容，事物普遍聯系的實質就是事物之間由多方面的對立統(tǒng)一構成的沖突體系；事物進展的實質就是新事物揚棄舊事物的過程，它體現著事物內部確定方面與否定方面的對立統(tǒng)一的關系。

（三）對立統(tǒng)一是唯物辯證法全部規(guī)律和范疇的實質，所以，對立統(tǒng)一規(guī)律供應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)律供應了這一科學方法論最根本的內容，即沖突分析的方法。

對立統(tǒng)一規(guī)律，在講解電工學的暫態(tài)分析中的電容器的充放電過程中得到了充分的應用。充電與放電是沖突的兩個方面，構成了沖突的統(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。是同一個事物朝著兩個背道而馳的方向進展。然而事物的進展不是一成不變的，在肯定的條件下是可以相互轉化的。

以RC電路的完全響應為例，利用一個電壓源US通過電阻R和開關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到US。此時電源發(fā)出功率，電容器作為電源的負載而汲取功率；2、當電源電壓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載而汲取功率。與前一種情形相比較，電源與電容器的狀態(tài)完全轉換為事物的對立面；3、當電源電壓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，換路后直接達到平衡狀態(tài)。

二、質量互變規(guī)律

質量互變規(guī)律，又稱量變質變規(guī)律，是唯物辯證法的基本規(guī)律。它揭示了一切事物、現象進展過程中量變和質變的內在聯系及其相互轉化。這一規(guī)律表明，事物的進展變化存在兩種基本形式，即量變和質變，前者表現為事物及其特性在數量上的增加或削減，是一種連續(xù)的、不顯著的變化，后者是事物根本性質的變化，是由一種質的形態(tài)向另一種質的形態(tài)的突變。在事物內部沖突的作用下，事物的進展從量變開頭，當量變達到肯定的界限時，量變就轉化為質變，事物的性質發(fā)生了變化，舊質事物就變成了新質事物。這是量變向質變的轉化。在新質的基礎上又開頭了新的量變。這是質變向量變的轉化。量變引起質變，質變又引起新的量變，循環(huán)往復以至無窮，構成了事物無限進展的過程。量變和質變，是事物進展變化的兩種基本形式，二者既有區(qū)分又有聯系，在事物進展過程中，它們是相互依存相互滲透的。量變中有階段性的質變，質變中有量的擴張。

例如正弦波與方波的關系。在一個電壓放大器的輸入端加上一個標準的正弦波，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，輸出電壓的幅值隨之增大。連續(xù)加大放大倍數，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，梯形波變得越來越陡峭。當放大倍數接近于無限大時（比如運放開環(huán)運行），梯形波就完全變成了方波。也就是說當放大器的放大倍數不斷變大時——量變，輸出波形由標準的正弦波變成了梯形波——質變；再加大放大倍數——新的量變，梯形波變成了方波——新的質變。

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。當確定方面居于主導地位時，事物保持現有的性質、特征和傾向。當事物內部的否定方面戰(zhàn)勝確定方面居于沖突的主導地位時，事物的性質、特征和趨勢就發(fā)生變化，舊事物就轉化為新事物。否定是對舊事物的質的根本否定，但不是對舊事物的簡潔拋棄，而是變革和繼承相統(tǒng)一的揚棄。事物進展過程中的每一階段，都是對前一階段的否定，同時它自身也被后一階段再否定。經過否定之否定，事物運動就表現為一個周期，在更高的階段上重復舊的階段的某些特征，由此構成事物從低級到高級、從簡潔到簡單的周期性進展過程。

四、例題、穩(wěn)定工作點，解決零點漂移問題

以工作點穩(wěn)定為例。學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置合適的靜態(tài)工作點。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。然而RE的引入將使電路的放大倍數下降。解決方案是在RE兩端并聯電容器CE。由于CE對于直流的靜態(tài)工作點相當于開路，RE起到穩(wěn)定工作點的作用。而當溝通信號到來時，CE相當于短路，起到了旁路的作用，RE的負反饋作用消逝，不影響電壓放大倍數，達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構。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。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。其實不然。差動電路靠電路的對稱性解決零點漂移問題。也就是要求連接成雙端輸出。但有一類負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，完全克服了零點漂移的問題，達到了完善的境界。

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的影響。人們在不斷地提出問題，找到解決問題的方法。經受著從否定到確定，再否定、再確定的不斷進展的過程。首先，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，引入放射極電阻RE。它又帶來了放大倍數下降的問題，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漂移，又被單端輸出的情形否定