試析電工學中的辯證法

摘要：對立統一規律、量變質變規律、否定之否定規律，是唯物辯證法的三大規律。結合電工學教學的實例進行分析和演繹，對這些規律加以論述，用唯物辯證法指導自然科學學習，使學生們在學習電工學的過程中，既學到了專業技術知識，又學會了用全面的、發展的、變化的觀點去分析問題和解決問題。
　電工學是一門集電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、繼電控制和電力拖動為一體的專業技術基礎課程，它的授課對象主要是非電專業的本科二、三年級的學生。其目的是為這類學生傳授電工電子技術的入門知識，使他們對電的知識有所了解，并將其應用到本專業的研究當中去[1-2]。同時，通過對電工學課程的學習，培養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，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的學生，他們電的知識基礎比較薄弱，尤其是缺乏對電的感覺，缺少實踐的訓練，很多基本概念接受起來比較吃力。在這種情況下，如何發揮教師的主觀能動性，從更高的層面對學生進行循序善誘，是對教師教學水平的挑戰。
　　針對授課學生的特點，筆者結合多年的教學經驗，在電工學的教學過程中積極引入哲學思想，用唯物辯證法指導教學工作，使學生從宏觀的角度認識事物的發展、變化和內在規律，而不是糾結于一些細節問題，開闊了學生的眼界，拓展了學生的思路，取得了很好的教學效果。
　　從哲學范疇上講，揭示事物發展的基本規律有三個，它們是對立統一規律、量變質變規律和否定之否定規律。其中對立統一規律揭示了客觀存在具有的特點，任何事物內部都是矛盾的統一體，矛盾是事物發展變化的源泉和動力。量變質變規律揭示了事物發展變化形式上具有的特點，從量變開始，質變是量變的終結。否定之否定規律揭示了矛盾運動過程具有的特點，它告訴人們，矛盾運動是生命力的表現，其特點是自我否定、向對立面轉化。因此否定之否定規律構成了辯證運動的實質。
一、對立統一規律：
　　對立統一規律是唯物辯證法的實質和核心。具體表現在：
　　（一）對立統一規律揭示了事物運動、變化、發展的根本原因在于事物內部的矛盾性，科學地解釋了事物發展的道路、方向、形式等問題。
　　（二）對立統一規律揭示了事物聯系和發展的根本內容，事物普遍聯系的實質就是事物之間由多方面的對立統一構成的矛盾體系；事物發展的實質就是新事物揚棄舊事物的過程，它體現著事物內部肯定方面與否定方面的對立統一的關系。
　　（三）對立統一是唯物辯證法全部規律和范疇的實質，所以，對立統一規律提供了理解唯物辯證法其它規律和范疇的鑰匙。
　　（四）唯物辯證法是世界觀又是方法論，而對立統一規律提供了這一科學方法論最根本的內容，即矛盾分析的方法。
　　對立統一規律，在講解電工學的暫態分析中的電容器的充放電過程中得到了充分的應用。充電與放電是矛盾的兩個方面，構成了矛盾的統一體，它們既有對立性，又有統一性（同一性）。統一性（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，電容器上電荷減少，電壓下降，儲能減少。是同一個事物朝著兩個背道而馳的方向發展。然而事物的發展不是一成不變的，在一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）后將出現三種情況：1、當電源電壓US大于電容器的初始電壓Uo時，電源將對電容器繼續充電，最終使得電容器上的電壓達到US。此時電源發出功率，電容器作為電源的負載而吸收功率；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。此時電容器發出功率，電源作為電容器的負載而吸收功率。與前一種情形相比較，電源與電容器的狀態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，電路沒有暫態過程，換路后直接達到平衡狀態。
二、質量互變規律：
　　質量互變規律，又稱量變質變規律，是唯物辯證法的基本規律。它揭示了一切事物、現象發展過程中量變和質變的內在聯系及其相互轉化。這一規律表明，事物的發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減少，是一種連續的、不顯著的變化，后者是事物根本性質的變化，是由一種質的形態向另一種質的形態的突變。在事物內部矛盾的作用下，事物的發展從量變開始，當量變達到一定的界限時，量變就轉化為質變，事物的性質發生了變化，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始了新的量變。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，循環往復以至無窮，構成了事物無限發展的過程。量變和質變，是事物發展變化的兩種基本形式，二者既有區別又有聯系，在事物發展過程中，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。繼續加大放大倍數，輸出電壓出現飽和，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、否定之否定規律：
　　否定之否定規律，是唯物辯證法的基本規律之一。事物都是肯定方面和否定方面的統一。當肯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勝肯定方面居于矛盾的主導地位時，事物的性質、特征和趨勢就發生變化，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單拋棄，而是變革和繼承相統一的揚棄。事物發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、從簡單到復雜的周期性發展過程。
四、例題、穩定工作點，解決零點漂移問題：
　　以工作點穩定為例。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須設置合適的靜態工作點。對于共發射極放大電路來說，引入發射極電阻RE，可以很好的穩定靜態工作點。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。因為CE對于直流的靜態工作點相當于開路，RE起到穩定工作點的作用。而當交流信號到來時，CE相當于短路，起到了旁路的作用，RE的負反饋作用消失，不影響電壓放大倍數，達到了兩全其美的效果。
　　然而，舊的矛盾解決了，新的矛盾又來了。如果被放大的信號本身就是直流，發射極電容CE起不到旁路的作用。這時穩定工作點的最佳方案就是采用“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。
通過以上分析，我們可以清楚地看到，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，找到解決問題的辦法。經歷著從否定到肯定，再否定、再肯定的不斷發展的過程。首先，為了穩定靜態工作點，引入發射極電阻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。最終找到了最佳的解決方案——恒流源電路，使得問題得以圓滿解決。
　　

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