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        RC一階電路零輸入響應(yīng)教學(xué)法一堂課

        2016-09-27 03:11:19西安通信學(xué)院賈艷艷鄧玉元崔婧娜
        電子世界 2016年16期
        關(guān)鍵詞:時間常數(shù)原理圖電容

        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、實驗探究觀察分析及計算機仿真來進(jìn)行講解。整個教學(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,以吸頂燈延時關(guān)燈為例,通過學(xué)員所熟悉的實際電路、實際電子產(chǎn)品,提出問題:日常生活中我們都見過吸頂燈延時關(guān)燈的現(xiàn)象,當(dāng)我們把開關(guān)打開時,吸頂燈還會再亮一會,過一會兒燈就自動滅了,那吸頂燈延時關(guān)燈是怎樣實現(xiàn)的呢?知道吸頂燈延時關(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,同時也給電容充電,當(dāng)開關(guān)k打開時,雖說電路中沒有電源,但電容元器件因為充滿電又可以給吸頂燈供電。開關(guān)打開時,電路中只含有電容這樣的一個動態(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 采用實驗和計算機仿真教學(xué)加深印象

        加強實踐教學(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,同時用示波器觀察電容上電壓電流變化情況。一方面能夠增強學(xué)員的實踐動手能力,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,二極管發(fā)光的時間是不同的。

        圖三 實驗原理圖

        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:

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

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

        RC電路的時間常數(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,電阻越大,電路放電電流越小,放電所需時間越長,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,放電時間越長,因此τ又與C成正比。

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

        最后通過計算機仿真,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)有機結(jié)合起來,提高學(xué)員分析問題和利用計算機解決實際問題的能力。

        4 結(jié)束語

        教學(xué)實踐證明,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)員的獨立性與自主性,為今后學(xué)習(xí)、工作打下良好基礎(chǔ),同時也提高了教學(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)教改項目(項目編號:2014JG-2670030618)。

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