RC一階電路零輸入響應教學法一堂課

西安通信學院 賈艷艷 鄧玉元 崔婧娜

RC一階電路零輸入響應教學法一堂課

西安通信學院 賈艷艷 鄧玉元 崔婧娜

本文通過多種模式共存的教學方法，對RC一階電路零輸入響應的電路進行分析，不僅提高了學員學習的積極性，同時也提高了教學質量和教學效果。

一階電路；零輸入響應；教學法

引言

含有一個動態元件的電路稱為一階動態電路，動態電路在沒有獨立電源作用的情況下，由初始儲能產生的響應稱為零輸入響應。在教學過程中，傳統的講解式教學方法，很多學員感到內容很枯燥，很無趣，教員也抱怨學員的學習積極性不高。為提高教學質量，本文以一階RC零輸入響應為例，從教學方法上進行改革，針對素質教育對學員能力的要求，采用問題牽引式，理論推導法、實驗探究觀察分析及計算機仿真來進行講解。整個教學過程中注重啟發引導，由教員提出問題，學員解決問題，從而強化學員自己思考的能力。這樣，枯燥的知識就在輕松有趣的氛圍下完成了，學員的積極性被調動起來，知識也掌握的更牢更充分。

1　采用問題牽引式教學引出問題

問題牽引式教學，就是通過建立問題情景，帶著“問題意識”組織教學，使學員通過發現問題、提出問題、思考問題、分析問題等一系列環節，以尋求解決問題的途徑與方法，從而激發學員學習、鉆研的興趣和積極性。它是一種能引發學員自主探索問題，培養學員創新思維的教學模式，有助于我們達到傳授知識、培養學員的目的。

首先，在介紹一階電路之前，以吸頂燈延時關燈為例，通過學員所熟悉的實際電路、實際電子產品，提出問題：日常生活中我們都見過吸頂燈延時關燈的現象，當我們把開關打開時，吸頂燈還會再亮一會，過一會兒燈就自動滅了，那吸頂燈延時關燈是怎樣實現的呢？知道吸頂燈延時關燈的工作原理是什么嗎？那燈亮時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，讓學員展開討論，引起學員思考、調動學員的學習興趣，激發學員學習的積極性。這樣枯燥乏味的理論教學，頓時變得生動起來。

2　結合多媒體采用理論推導法分析問題

接下來，撥開現象看本質，引導學員把實際電路轉化成電路模型來進行分析，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，當開關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。開關打開時，電路中只含有電容這樣的一個動態元件，這樣的電路稱為一階電路，動態電路在沒有獨立源作用的情況下，由初始儲能產生的響應稱為零輸入響應。

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加深印象

加強實踐教學的環節來改進教學手段。讓學員搭建一個簡單的電路，如圖三，用發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。一方面能夠增強學員的實踐動手能力，另一方面又使學員變被動為主動；在這里，教員啟發學員，讓學員改變電阻R值或電容C值的大小，觀察不同的參數對二極管的發光有沒有影響。讓學員自己發現當R、C不同時，二極管發光的時間是不同的。

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，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：

因此時間常數可以理解為一個按照指數規律衰減的量，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，即放電要經過無限長時間才能結束。實際上，經過5τ的時間，uc已衰減為0.007Us，即為初始值的0.7% ，因此工程實際上認為經過（3～5τ），放電過程即已結束。所以，電路的時間常數決定了放電的持續時間，時間常數越大，放電時間越長。

RC電路的時間常數τ與電路的R和C都成正比。當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，適當選擇R或C，就可控制放電的快慢。理論知識及實驗現象分析完后，讓學員對照前面的問題一一回答。

最后通過計算機仿真，對結果進行分析，揭示RC電路零輸入響應的規律。將仿真分析和理論教學有機結合起來，提高學員分析問題和利用計算機解決實際問題的能力。

4　結束語

教學實踐證明，從學員的認知規律出發，多種教學模式共存的教學方法，不僅能提高學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，同時引導讓學員自己去探索，去思考，增加學員學習的積極性， 提高了學員的獨立性與自主性，為今后學習、工作打下良好基礎，同時也提高了教學質量和教學效果。

［1］邱關源.電路［M］.北京：高等教育出版社，1999.

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

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

［4］姜霞等.一階動態電路教學方法的研究［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位，研究方向：現從事電子技術教學工作。

西北民族大學教改項目（項目編號：2014JG-2670030618）。