电工学中的辩证法

电工学是一门集电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、继电控制和电力拖动为一体的专业技术基础课程，它的授课对象主要是非电专业的本科二、三年级的学生。其目的是为这类学生传授电工电子技术的入门知识，使他们对电的知识有所了解，并将其应用到本专业的研究当中去。同时，通过对电工学课程的学习，培养同学们严谨的思维方式，实事求是的工作作风，求真务实的品德修养，让同学们学会如何从工程技术的角度去分析问题和解决问题。
　　由于授课对象是非电专业的学生，他们电的知识基础比较薄弱，尤其是缺乏对电的感觉，缺少实践的训练，很多基本概念接受起来比较吃力。在这种情况下，如何发挥教师的主观能动性，从更高的层面对学生进行循序善诱，是对教师教学水平的挑战。针对授课学生的特点，结合多年的教学经验，在电工学的教学过程中积极引入哲学思想，用唯物辩证法指导教学工作，使学生从宏观的角度认识事物的发展、变化和内在规律，而不是纠结于一些细节问题，开阔了学生的眼界，拓展了学生的思路，取得了很好的教学效果。
　　从哲学范畴上讲，揭示事物发展的基本规律有三个，它们是对立统一规律、量变质变规律和否定之否定规律。其中对立统一规律揭示了客观存在具有的特点，任何事物内部都是矛盾的统一体，矛盾是事物发展变化的源泉和动力。量变质变规律揭示了事物发展变化形式上具有的特点，从量变开始，质变是量变的终结。否定之否定规律揭示了矛盾运动过程具有的特点，它告诉人们，矛盾运动是生命力的表现，其特点是自我否定、向对立面转化。因此否定之否定规律构成了辩证运动的实质。
　　一、对立统一规律
　　对立统一规律是唯物辩证法的实质和核心。具体表现在：
　　（一）对立统一规律揭示了事物运动、变化、发展的根本原因在于事物内部的矛盾性，科学地解释了事物发展的道路、方向、形式等问题。
　　（二）对立统一规律揭示了事物联系和发展的根本内容，事物普遍联系的实质就是事物之间由多方面的对立统一构成的矛盾体系；事物发展的实质就是新事物扬弃旧事物的过程，它体现着事物内部肯定方面与否定方面的对立统一的关系。
　　（三）对立统一是唯物辩证法全部规律和范畴的实质，所以，对立统一规律提供了理解唯物辩证法其它规律和范畴的钥匙。
　　（四）唯物辩证法是世界观又是方法论，而对立统一规律提供了这一科学方法论最根本的内容，即矛盾分析的方法。
　　对立统一规律，在讲解电工学的暂态分析中的电容器的充放电过程中得到了充分的应用。充电与放电是矛盾的两个方面，构成了矛盾的统一体，它们既有对立性，又有统一性（同一性）。统一性（同一性）表现为充电与放电，即相互对立，又相互依存。没有充电就没有放电。相反，没有放电亦没有充电。对立性（斗争性）表现为充电与放电是两种截然不同的过程。充电时，电容器上的电荷不断增多，电压不断加大，储存的电场能不断增加。而放电的过程的正好相反，电容器上电荷减少，电压下降，储能减少。是同一个事物朝着两个背道而驰的方向发展。然而事物的发展不是一成不变的，在一定的条件下是可以相互转化的。
　　以RC电路的完全响应为例，利用一个电压源US通过电阻R和开关K对电容器C充电。电容器上带有初始储能，其初始电压为Uo。电路换路（K闭合）后将出现三种情况：1、当电源电压US大于电容器的初始电压Uo时，电源将对电容器继续充电，最终使得电容器上的电压达到US。此时电源发出功率，电容器作为电源的负载而吸收功率；2、当电源电压US小于电容器的初始电压Uo时，电容器不但不会充电，相反还要对电源放电，最终使得电容器上的电压放电到US。此时电容器发出功率，电源作为电容器的负载而吸收功率。与前一种情形相比较，电源与电容器的状态完全转换为事物的对立面；3、当电源电压US等于电容器的初始电压Uo时，电容器既不充电，也不放电，电路中电流为零，电路没有暂态过程，换路后直接达到平衡状态。
　　二、质量互变规律
　　质量互变规律，又称量变质变规律，是唯物辩证法的基本规律。它揭示了一切事物、现象发展过程中量变和质变的内在联系及其相互转化。这一规律表明，事物的发展变化存在两种基本形式，即量变和质变，前者表现为事物及其特性在数量上的增加或减少，是一种连续的、不显着的变化，后者是事物根本性质的变化，是由一种质的形态向另一种质的形态的突变。在事物内部矛盾的作用下，事物的发展从量变开始，当量变达到一定的界限时，量变就转化为质变，事物的性质发生了变化，旧质事物就变成了新质事物。这是量变向质变的转化。在新质的基础上又开始了新的量变。这是质变向量变的转化。量变引起质变，质变又引起新的量变，循环往复以至无穷，构成了事物无限发展的过程。量变和质变，是事物发展变化的两种基本形式，二者既有区别又有联系，在事物发展过程中，它们是相互依存相互渗透的。量变中有阶段性的质变，质变中有量的扩张。
例如正弦波与方波的关系。在一个电压放大器的输入端加上一个标准的正弦波，放大器的输出端得到一个放大了的正弦波。加大放大器的放大倍数，输出电压的幅值随之增大。继续加大放大倍数，输出电压出现饱和，正弦波的顶部和底部被削平，变成了近似的梯形波。再加大放大倍数，梯形波变得越来越陡峭。当放大倍数接近于无限大时（比如运放开环运行），梯形波就完全变成了方波。也就是说当放大器的放大倍数不断变大时——量变，输出波形由标准的正弦波变成了梯形波——质变；再加大放大倍数——新的量变，梯形波变成了方波——新的质变。
　　三、否定之否定规律
　　否定之否定规律，是唯物辩证法的基本规律之一。事物都是肯定方面和否定方面的统一。当肯定方面居于主导地位时，事物保持现有的性质、特征和倾向。当事物内部的否定方面战胜肯定方面居于矛盾的主导地位时，事物的性质、特征和趋势就发生变化，旧事物就转化为新事物。否定是对旧事物的质的根本否定，但不是对旧事物的简单抛弃，而是变革和继承相统一的扬弃。事物发展过程中的每一阶段，都是对前一阶段的否定，同时它自身也被后一阶段再否定。经过否定之否定，事物运动就表现为一个周期，在更高的阶段上重复旧的阶段的某些特征，由此构成事物从低级到高级、从简单到复杂的周期性发展过程。
　　四、例题、稳定工作点，解决零点漂移问题
　　以工作点稳定为例。学过晶体管放大电路的人都知道，要想不失真的放大电压信号必须设置合适的静态工作点。对于共发射极放大电路来说，引入发射极电阻RE，可以很好的稳定静态工作点。然而RE的引入将使电路的放大倍数下降。解决方案是在RE两端并联电容器CE。因为CE对于直流的静态工作点相当于开路，RE起到稳定工作点的作用。而当交流信号到来时，CE相当于短路，起到了旁路的作用，RE的负反馈作用消失，不影响电压放大倍数，达到了两全其美的效果。
　　然而，旧的矛盾解决了，新的矛盾又来了。如果被放大的信号本身就是直流，发射极电容CE起不到旁路的作用。这时稳定工作点的最佳方案就是采用“差动放大电路”。它由两个完全相同的放大电路组成对称结构。有两个输入端、两个输出端，放大电路的输出取自于两个输出端的差。尽管每个电路的输出会有零点漂移，但由于电路是完全对称的，两个电路输出端的变化量相等，其差值为零。这种电路中，当两个输入端的电位相等时，输出为零；输入相异时，输出为它们的差乘以电压放大倍数。即放大的是两个输入信号的差，这就是“差动放大电路”一词的由来。
　　到此为止，问题似乎完全解决了。其实不然。差动电路靠电路的对称性解决零点漂移问题。也就是要求连接成双端输出。但有一类负载只能接成单端输出，这样一来对称性的优越性荡然无存。这时最佳方案就是恒流源电路，其输出电流IS是恒定的。由于电路对称，每个电路的电流为IS/2，且不变。温度变化时，无论是双端输出还是单端输出，其输出电压均不变，完全克服了零点漂移的问题，达到了完美的境界。
　　通过以上分析，我们可以清楚地看到，为了克服温度的变化对工作点的影响。人们在不断地提出问题，找到解决问题的办法。经历着从否定到肯定，再否定、再肯定的不断发展的过程。首先，为了稳定静态工作点，引入发射极电阻RE。它又带来了放大倍数下降的问题，否定了RE的作用。引入CE解决了RE的问题。但是直流放大电路中CE不起作用，又否定了CE的旁路作用。引入差动放大电路，依靠对称性克服零点漂移，又被单端输出的情形否定。最终找到了最佳的解决方案——恒流源电路，使得问题得以圆满解决。
　　五、结论
　　对立统一规律、量变质变规律、否定之否定规律，是唯物辩证法的三大规律，也是揭示世间万物存在和发展变化的普遍规律。学习这些规律，不仅对于指导我们学习电工学很有帮助，更重要的是结合自然科学的学习，它能帮助我们建立唯物史观，学会用辩证的全面的发展的眼光，更好的认识世界和改造世界。