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。
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