RC一阶电路零输入响应教学法一堂课

西安通信学院 贾艳艳 邓玉元 崔婧娜

RC一阶电路零输入响应教学法一堂课

西安通信学院 贾艳艳 邓玉元 崔婧娜

本文通过多种模式共存的教学方法，对RC一阶电路零输入响应的电路进行分析，不仅提高了学员学习的积极性，同时也提高了教学质量和教学效果。

一阶电路；零输入响应；教学法

引言

含有一个动态元件的电路称为一阶动态电路，动态电路在没有独立电源作用的情况下，由初始储能产生的响应称为零输入响应。在教学过程中，传统的讲解式教学方法，很多学员感到内容很枯燥，很无趣，教员也抱怨学员的学习积极性不高。为提高教学质量，本文以一阶RC零输入响应为例，从教学方法上进行改革，针对素质教育对学员能力的要求，采用问题牵引式，理论推导法、实验探究观察分析及计算机仿真来进行讲解。整个教学过程中注重启发引导，由教员提出问题，学员解决问题，从而强化学员自己思考的能力。这样，枯燥的知识就在轻松有趣的氛围下完成了，学员的积极性被调动起来，知识也掌握的更牢更充分。

1　采用问题牵引式教学引出问题

问题牵引式教学，就是通过建立问题情景，带着“问题意识”组织教学，使学员通过发现问题、提出问题、思考问题、分析问题等一系列环节，以寻求解决问题的途径与方法，从而激发学员学习、钻研的兴趣和积极性。它是一种能引发学员自主探索问题，培养学员创新思维的教学模式，有助于我们达到传授知识、培养学员的目的。

首先，在介绍一阶电路之前，以吸顶灯延时关灯为例，通过学员所熟悉的实际电路、实际电子产品，提出问题：日常生活中我们都见过吸顶灯延时关灯的现象，当我们把开关打开时，吸顶灯还会再亮一会，过一会儿灯就自动灭了，那吸顶灯延时关灯是怎样实现的呢？知道吸顶灯延时关灯的工作原理是什么吗？那灯亮时间的长短能不能控制？如果要控制，要控制哪些物理量？抛出这样的问题，让学员展开讨论，引起学员思考、调动学员的学习兴趣，激发学员学习的积极性。这样枯燥乏味的理论教学，顿时变得生动起来。

2　结合多媒体采用理论推导法分析问题

接下来，拨开现象看本质，引导学员把实际电路转化成电路模型来进行分析，画出吸顶灯简单的工作原理图，如图一。原来电源给吸顶灯供电时，同时也给电容充电，当开关k打开时，虽说电路中没有电源，但电容元器件因为充满电又可以给吸顶灯供电。开关打开时，电路中只含有电容这样的一个动态元件，这样的电路称为一阶电路，动态电路在没有独立源作用的情况下，由初始储能产生的响应称为零输入响应。

图一　电路原理图

图二　换路后电路原理图

3　采用实验和计算机仿真教学加深印象

加强实践教学的环节来改进教学手段。让学员搭建一个简单的电路，如图三，用发光二极管观察电路放电情况，同时用示波器观察电容上电压电流变化情况。一方面能够增强学员的实践动手能力，另一方面又使学员变被动为主动；在这里，教员启发学员，让学员改变电阻R值或电容C值的大小，观察不同的参数对二极管的发光有没有影响。让学员自己发现当R、C不同时，二极管发光的时间是不同的。

图三　实验原理图

令τ=RC，其中R为由电容两端看过去的戴维南等效电阻。

τ称为时间常数，它的单位为秒。引入τ后，电容电压uc和电流i可分别表示为：

因此时间常数可以理解为一个按照指数规律衰减的量，衰减到它初始值的36.8%时所需的时间。同样还可以计算出经过时的uc，如下表所示。

从表还可以看出，从理论上来讲， t=∞时，uc才衰减为零，即放电要经过无限长时间才能结束。实际上，经过5τ的时间，uc已衰减为0.007Us，即为初始值的0.7% ，因此工程实际上认为经过（3～5τ），放电过程即已结束。所以，电路的时间常数决定了放电的持续时间，时间常数越大，放电时间越长。

RC电路的时间常数τ与电路的R和C都成正比。当电容的初始储能一定时，电阻越大，电路放电电流越小，放电所需时间越长，所以τ与R成正比。同样Us一定的情况下，C越大，初始储能越多，放电时间越长，因此τ又与C成正比。

在实际电路中，适当选择R或C，就可控制放电的快慢。理论知识及实验现象分析完后，让学员对照前面的问题一一回答。

最后通过计算机仿真，对结果进行分析，揭示RC电路零输入响应的规律。将仿真分析和理论教学有机结合起来，提高学员分析问题和利用计算机解决实际问题的能力。

4　结束语

教学实践证明，从学员的认知规律出发，多种教学模式共存的教学方法，不仅能提高学员在电路中的动手能力，而且对于电路这门较枯燥的课程，也能瞬间变得生动直观，同时引导让学员自己去探索，去思考，增加学员学习的积极性， 提高了学员的独立性与自主性，为今后学习、工作打下良好基础，同时也提高了教学质量和教学效果。

［1］邱关源.电路［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［2］蒋卓勤，等.电路分析基础［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2010.

［3］张永瑞，等.电路分析基础［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1998.

［4］姜霞等.一阶动态电路教学方法的研究［J］.课程教材改革，2014.

贾艳艳（1980-），女，安徽阜阳人，控制理论与控制工程硕士学位，研究方向：现从事电子技术教学工作。

西北民族大学教改项目（项目编号：2014JG-2670030618）。