試析電工學(xué)中的辯證法
論文摘要：對立統一規律、量變質(zhì)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(xué)教學(xué)的實(shí)例進(jìn)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(xué)學(xué)習，使學(xué)生們在學(xué)習電工學(xué)的過(guò)程中，既學(xué)到了專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識，又學(xué)會(huì )了用全面的、發(fā)展的、變化的觀(guān)點(diǎn)去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。
論文關(guān)鍵詞：唯物辯證法；對立統一規律；量變質(zhì)變規律；否定之否定規律
電工學(xué)是一門(mén)集電路分析、模擬電子技術(shù)、數字電子技術(shù)、繼電控制和電力拖動(dòng)為一體的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎課程，它的授課對象主要是非電專(zhuān)業(yè)的本科二、三年級的學(xué)生。其目的是為這類(lèi)學(xué)生傳授電工電子技術(shù)的入門(mén)知識，使他們對電的知識有所了解，并將其應用到本專(zhuān)業(yè)的研究當中去[1-2]。同時(shí)，通過(guò)對電工學(xué)課程的學(xué)習，培養同學(xué)們嚴謹的思維方式，實(shí)事求是的工作作風(fēng)，求真務(wù)實(shí)的品德修養，讓同學(xué)們學(xué)會(huì )如何從工程技術(shù)的角度去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。
由于授課對象是非電專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，他們電的知識基礎比較薄弱，尤其是缺乏對電的感覺(jué)，缺少實(shí)踐的訓練，很多基本概念接受起來(lái)比較吃力。在這種情況下，如何發(fā)揮教師的主觀(guān)能動(dòng)性，從更高的層面對學(xué)生進(jìn)行循序善誘，是對教師教學(xué)水平的挑戰。
北京航空航天大學(xué)電工電子中心是以技術(shù)基礎課教學(xué)為主的單位，是北京市優(yōu)秀教學(xué)團隊和北京市教學(xué)示范中心，有著(zhù)重視基礎課教學(xué)的優(yōu)良傳統。針對授課學(xué)生的特點(diǎn)，結合多年的教學(xué)經(jīng)驗，在電工學(xué)的教學(xué)過(guò)程中積極引入哲學(xué)思想，用唯物辯證法指導教學(xué)工作，使學(xué)生從宏觀(guān)的角度認識事物的發(fā)展、變化和內在規律，而不是糾結于一些細節問(wèn)題，開(kāi)闊了學(xué)生的眼界，拓展了學(xué)生的思路，取得了很好的教學(xué)效果。
從哲學(xué)范疇上講，揭示事物發(fā)展的基本規律有三個(gè)，它們是對立統一規律、量變質(zhì)變規律和否定之否定規律。其中對立統一規律揭示了客觀(guān)存在具有的特點(diǎn)，任何事物內部都是矛盾的統一體，矛盾是事物發(fā)展變化的源泉和動(dòng)力。量變質(zhì)變規律揭示了事物發(fā)展變化形式上具有的特點(diǎn)，從量變開(kāi)始，質(zhì)變是量變的終結。否定之否定規律揭示了矛盾運動(dòng)過(guò)程具有的特點(diǎn)，它告訴人們，矛盾運動(dòng)是生命力的表現，其特點(diǎn)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(dòng)的實(shí)質(zhì)。
一、對立統一規律
對立統一規律是唯物辯證法的實(shí)質(zhì)和核心。具體表現在：
�。ㄒ唬⿲α⒔y一規律揭示了事物運動(dòng)、變化、發(fā)展的根本原因在于事物內部的矛盾性，科學(xué)地解釋了事物發(fā)展的道路、方向、形式等問(wèn)題。
�。ǘ⿲α⒔y一規律揭示了事物聯(lián)系和發(fā)展的根本內容，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一構成的矛盾體系；事物發(fā)展的實(shí)質(zhì)就是新事物揚棄舊事物的過(guò)程，它體現著(zhù)事物內部肯定方面與否定方面的對立統一的關(guān)系。
�。ㄈ⿲α⒔y一是唯物辯證法全部規律和范疇的實(shí)質(zhì)，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。
�。ㄋ模┪ㄎ镛q證法是世界觀(guān)又是方法論，而對立統一規律提供了這一科學(xué)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(xué)的暫態(tài)分析中的電容器的充放電過(guò)程中得到了充分的應用。充電與放電是矛盾的兩個(gè)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(méi)有充電就沒(méi)有放電。相反，沒(méi)有放電亦沒(méi)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(guò)程。充電時(shí)，電容器上的電荷不斷增多，電壓不斷加大，儲存的電場(chǎng)能不斷增加。而放電的過(guò)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(gè)事物朝著(zhù)兩個(gè)背道而馳的方向發(fā)展。然而事物的發(fā)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(gè)電壓源US通過(guò)電阻R和開(kāi)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(shí)，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(shí)電源發(fā)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(shí)，電容器不但不會(huì )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(shí)電容器發(fā)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(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(shí)，電容器既不充電，也不放電，電路中電流為零，電路沒(méi)有暫態(tài)過(guò)程，換路后直接達到平衡狀態(tài)。
二、質(zhì)量互變規律
質(zhì)量互變規律，又稱(chēng)量變質(zhì)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(fā)展過(guò)程中量變和質(zhì)變的內在聯(lián)系及其相互轉化。這一規律表明，事物的發(fā)展變化存在兩種基本形式，即量變和質(zhì)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(zhù)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。在事物內部矛盾的作用下，事物的發(fā)展從量變開(kāi)始，當量變達到一定的界限時(shí)，量變就轉化為質(zhì)變，事物的性質(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)變的轉化。在新質(zhì)的基礎上又開(kāi)始了新的量變。這是質(zhì)變向量變的轉化。量變引起質(zhì)變，質(zhì)變又引起新的量變，循環(huán)往復以至無(wú)窮，構成了事物無(wú)限發(fā)展的過(guò)程。量變和質(zhì)變，是事物發(fā)展變化的兩種基本形式，二者既有區別又有聯(lián)系，在事物發(fā)展過(guò)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)變中有量的擴張。
例如正弦波與方波的關(guān)系。在一個(gè)電壓放大器的輸入端加上一個(gè)標準的正弦波，放大器的輸出端得到一個(gè)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(lái)越陡峭。當放大倍數接近于無(wú)限大時(shí)（比如運放開(kāi)環(huán)運行），梯形波就完全變成了方波。也就是說(shuō)當放大器的放大倍數不斷變大時(shí)——量變，輸出波形由標準的正弦波變成了梯形波——質(zhì)變；再加大放大倍數——新的量變，梯形波變成了方波——新的質(zhì)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(shí)，事物保持現有的性質(zhì)、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(shí)，事物的性質(zhì)、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(zhì)的根本否定，但不是對舊事物的簡(jiǎn)單拋棄，而是變革和繼承相統一的揚棄。事物發(fā)展過(guò)程中的每一階段，都是對前一階段的否定，同時(shí)它自身也被后一階段再否定。經(jīng)過(guò)否定之否定，事物運動(dòng)就表現為一個(gè)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(jiǎn)單到復雜的周期性發(fā)展過(guò)程。
四、例題、穩定工作點(diǎn)，解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題
以工作點(diǎn)穩定為例。學(xué)過(guò)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(tài)工作點(diǎn)。對于共發(fā)射極放大電路來(lái)說(shuō)，引入發(fā)射極電阻RE，可以很好的穩定靜態(tài)工作點(diǎn)。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(lián)電容器CE。因為CE對于直流的靜態(tài)工作點(diǎn)相當于開(kāi)路，RE起到穩定工作點(diǎn)的作用。而當交流信號到來(lái)時(shí)，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(lái)了。如果被放大的信號本身就是直流，發(fā)射極電容CE起不到旁路的作用。這時(shí)穩定工作點(diǎn)的最佳方案就是采用“差動(dòng)放大電路”。它由兩個(gè)完全相同的放大電路組成對稱(chēng)結構。有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端，放大電路的輸出取自于兩個(gè)輸出端的差。盡管每個(gè)電路的輸出會(huì )有零點(diǎn)漂移，但由于電路是完全對稱(chēng)的，兩個(gè)電路輸出端的變化量相等，其差值為零。這種電路中，當兩個(gè)輸入端的電位相等時(shí)，輸出為零；輸入相異時(shí)，輸出為它們的差乘以電壓放大倍數。即放大的是兩個(gè)輸入信號的差，這就是“差動(dòng)放大電路”一詞的由來(lái)。
到此為止，問(wèn)題似乎完全解決了。其實(shí)不然。差動(dòng)電路靠電路的對稱(chēng)性解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題。也就是要求連接成雙端輸出。但有一類(lèi)負載只能接成單端輸出，這樣一來(lái)對稱(chēng)性的優(yōu)越性蕩然無(wú)存。這時(shí)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(chēng)，每個(gè)電路的電流為IS/2，且不變。溫度變化時(shí)，無(wú)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(wèn)題，達到了完美的境界。
通過(guò)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(diǎn)的影響。人們在不斷地提出問(wèn)題，找到解決問(wèn)題的辦法。經(jīng)歷著(zhù)從否定到肯定，再否定、再肯定的不斷發(fā)展的過(guò)程。首先，為了穩定靜態(tài)工作點(diǎn)，引入發(fā)射極電阻RE。它又帶來(lái)了放大倍數下降的問(wèn)題，否定了RE的作用。引入CE解決了RE的問(wèn)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(dòng)放大電路，依靠對稱(chēng)性克服零點(diǎn)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(wèn)題得以圓滿(mǎn)解決。
五、結論
對立統一規律、量變質(zhì)變規律、否定之否定規律，是唯物辯證法的三大規律，也是揭示世間萬(wàn)物存在和發(fā)展變化的普遍規律。學(xué)習這些規律，不僅對于指導我們學(xué)習電工學(xué)很有幫助，更重要的是結合自然科學(xué)的學(xué)習，它能幫助我們建立唯物史觀(guān)，學(xué)會(huì )用辯證的全面的發(fā)展的眼光，更好的認識世界和改造世界。
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