RC一階電路零輸入響應(yīng)教學(xué)法一堂課

西安通信學(xué)院 賈艷艷 鄧玉元 崔婧娜

RC一階電路零輸入響應(yīng)教學(xué)法一堂課

西安通信學(xué)院 賈艷艷 鄧玉元 崔婧娜

本文通過多種模式共存的教學(xué)方法，對RC一階電路零輸入響應(yīng)的電路進(jìn)行分析，不僅提高了學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)也提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

一階電路；零輸入響應(yīng)；教學(xué)法

引言

含有一個(gè)動態(tài)元件的電路稱為一階動態(tài)電路，動態(tài)電路在沒有獨(dú)立電源作用的情況下，由初始儲能產(chǎn)生的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)。在教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的講解式教學(xué)方法，很多學(xué)員感到內(nèi)容很枯燥，很無趣，教員也抱怨學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性不高。為提高教學(xué)質(zhì)量，本文以一階RC零輸入響應(yīng)為例，從教學(xué)方法上進(jìn)行改革，針對素質(zhì)教育對學(xué)員能力的要求，采用問題牽引式，理論推導(dǎo)法、實(shí)驗(yàn)探究觀察分析及計(jì)算機(jī)仿真來進(jìn)行講解。整個(gè)教學(xué)過程中注重啟發(fā)引導(dǎo)，由教員提出問題，學(xué)員解決問題，從而強(qiáng)化學(xué)員自己思考的能力。這樣，枯燥的知識就在輕松有趣的氛圍下完成了，學(xué)員的積極性被調(diào)動起來，知識也掌握的更牢更充分。

1　采用問題牽引式教學(xué)引出問題

問題牽引式教學(xué)，就是通過建立問題情景，帶著“問題意識”組織教學(xué)，使學(xué)員通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、思考問題、分析問題等一系列環(huán)節(jié)，以尋求解決問題的途徑與方法，從而激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)、鉆研的興趣和積極性。它是一種能引發(fā)學(xué)員自主探索問題，培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新思維的教學(xué)模式，有助于我們達(dá)到傳授知識、培養(yǎng)學(xué)員的目的。

首先，在介紹一階電路之前，以吸頂燈延時(shí)關(guān)燈為例，通過學(xué)員所熟悉的實(shí)際電路、實(shí)際電子產(chǎn)品，提出問題：日常生活中我們都見過吸頂燈延時(shí)關(guān)燈的現(xiàn)象，當(dāng)我們把開關(guān)打開時(shí)，吸頂燈還會再亮一會，過一會兒燈就自動滅了，那吸頂燈延時(shí)關(guān)燈是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？知道吸頂燈延時(shí)關(guān)燈的工作原理是什么嗎？那燈亮?xí)r間的長短能不能控制？如果要控制，要控制哪些物理量？拋出這樣的問題，讓學(xué)員展開討論，引起學(xué)員思考、調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性。這樣枯燥乏味的理論教學(xué)，頓時(shí)變得生動起來。

2　結(jié)合多媒體采用理論推導(dǎo)法分析問題

接下來，撥開現(xiàn)象看本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)員把實(shí)際電路轉(zhuǎn)化成電路模型來進(jìn)行分析，畫出吸頂燈簡單的工作原理圖，如圖一。原來電源給吸頂燈供電時(shí)，同時(shí)也給電容充電，當(dāng)開關(guān)k打開時(shí)，雖說電路中沒有電源，但電容元器件因?yàn)槌錆M電又可以給吸頂燈供電。開關(guān)打開時(shí)，電路中只含有電容這樣的一個(gè)動態(tài)元件，這樣的電路稱為一階電路，動態(tài)電路在沒有獨(dú)立源作用的情況下，由初始儲能產(chǎn)生的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)。

圖一　電路原理圖

圖二　換路后電路原理圖

3　采用實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)加深印象

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)來改進(jìn)教學(xué)手段。讓學(xué)員搭建一個(gè)簡單的電路，如圖三，用發(fā)光二極管觀察電路放電情況，同時(shí)用示波器觀察電容上電壓電流變化情況。一方面能夠增強(qiáng)學(xué)員的實(shí)踐動手能力，另一方面又使學(xué)員變被動為主動；在這里，教員啟發(fā)學(xué)員，讓學(xué)員改變電阻R值或電容C值的大小，觀察不同的參數(shù)對二極管的發(fā)光有沒有影響。讓學(xué)員自己發(fā)現(xiàn)當(dāng)R、C不同時(shí)，二極管發(fā)光的時(shí)間是不同的。

圖三　實(shí)驗(yàn)原理圖

令τ=RC，其中R為由電容兩端看過去的戴維南等效電阻。

τ稱為時(shí)間常數(shù)，它的單位為秒。引入τ后，電容電壓uc和電流i可分別表示為：

因此時(shí)間常數(shù)可以理解為一個(gè)按照指數(shù)規(guī)律衰減的量，衰減到它初始值的36.8%時(shí)所需的時(shí)間。同樣還可以計(jì)算出經(jīng)過時(shí)的uc，如下表所示。

從表還可以看出，從理論上來講， t=∞時(shí)，uc才衰減為零，即放電要經(jīng)過無限長時(shí)間才能結(jié)束。實(shí)際上，經(jīng)過5τ的時(shí)間，uc已衰減為0.007Us，即為初始值的0.7% ，因此工程實(shí)際上認(rèn)為經(jīng)過（3～5τ），放電過程即已結(jié)束。所以，電路的時(shí)間常數(shù)決定了放電的持續(xù)時(shí)間，時(shí)間常數(shù)越大，放電時(shí)間越長。

RC電路的時(shí)間常數(shù)τ與電路的R和C都成正比。當(dāng)電容的初始儲能一定時(shí)，電阻越大，電路放電電流越小，放電所需時(shí)間越長，所以τ與R成正比。同樣Us一定的情況下，C越大，初始儲能越多，放電時(shí)間越長，因此τ又與C成正比。

在實(shí)際電路中，適當(dāng)選擇R或C，就可控制放電的快慢。理論知識及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析完后，讓學(xué)員對照前面的問題一一回答。

最后通過計(jì)算機(jī)仿真，對結(jié)果進(jìn)行分析，揭示RC電路零輸入響應(yīng)的規(guī)律。將仿真分析和理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，提高學(xué)員分析問題和利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力。

4　結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐證明，從學(xué)員的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，多種教學(xué)模式共存的教學(xué)方法，不僅能提高學(xué)員在電路中的動手能力，而且對于電路這門較枯燥的課程，也能瞬間變得生動直觀，同時(shí)引導(dǎo)讓學(xué)員自己去探索，去思考，增加學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性， 提高了學(xué)員的獨(dú)立性與自主性，為今后學(xué)習(xí)、工作打下良好基礎(chǔ)，同時(shí)也提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

［1］邱關(guān)源.電路［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［2］蔣卓勤，等.電路分析基礎(chǔ)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

［3］張永瑞，等.電路分析基礎(chǔ)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.

［4］姜霞等.一階動態(tài)電路教學(xué)方法的研究［J］.課程教材改革，2014.

賈艷艷（1980-），女，安徽阜陽人，控制理論與控制工程碩士學(xué)位，研究方向：現(xiàn)從事電子技術(shù)教學(xué)工作。

西北民族大學(xué)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2014JG-2670030618）。