物理電學中電路設計與靜電應用的分析

【摘要】電學作為我們高中物理的重要知識內容，對其知識與運用原理進行分析，可提升我們的學習效率。基于此，筆者通過結合實際生活中所接觸到的電學例子，對電路的設計與靜電的應用進行了簡要分析，以筆者自身體會得知，在學習中通過借助課下探究，可有利于我們對知識進行鞏固與進一步拓展。

【摘要】物理電學；電路設計；靜電應用

從電的發明至今，無論是科學發展還是人們的日常生活，都已經不能離開電的應用，對于我們高中生來說，將電學融入到生活，在生活中應用電學，可有助于我們物理成績的提高。現筆者就其電路與靜電在實際生活的應用進行闡述分析。

1心電信號電路應用的分析

1.1心電信號設計原理

在學校組織的體檢或陪老人去醫院檢查身體的過程中，我們會發現有些有如心臟病的檢查會需要通過對心電進行監測，以方便醫生了解人體心電情況，而醫生要想了解這些不能直接觀察的人體特征，則必須借助外部的心電圖機。關于它的設計較為復雜，所以我請教了我的物理老師。他告訴我其電路系統設計（如圖1所示）的設計原理為：先通過傳感器電極從人體提取心電信號，再經過一個前置放大器后，通過低通濾波電路和高通濾波電路把一些干擾信號濾除，只留下心電信號頻率段的信號，接著經50Hz陷波器濾除工頻干擾，最后再經過后置放大器把信號的幅值放大到后續電路所需要的信號幅值大小，以此來幫助醫生完成整個檢查過程。

圖1電路整體結構

1.2心電信號電路設計分析

（1）心電信號提取；運用OP07構成右腿驅動電路，其驅動電路可以將人體共模信號倒相放大后作用于右腿，在不損失心電信號的頻率成分的情況下降低共模信號的干擾。同時儀器運用AD620構成前置放大電路，它的增益主要由管腳1和管腳8之間的電阻R6確定，前置放大器的增益不能過大，所以老師說一般醫院選取前置放大器的增益A為10，因此可使R6≈5.6K。（2）后置放大電路；經過濾波電路濾除干擾信號后的心電信號在輸入后續處理電路之前，需滿足后續電路數字處理電路需要的V量級信號幅值，并且心電信號總的增益需要1000左右，而前置放大電路的電壓增益只有10，所以醫院一般都會需要增益為100左右的后置放大器進行心電信號的幅值的放大。在我詢問相關醫院操作人員后，得知該電路為兩級反相放大器，可用于調節后置放大電路總的增益大小，以適合不同的后續電路的要求。

2防塵紗窗靜電發生器應用分析

2.1靜電發生器的工作原理

靜電發生器由一穩定直流電源提供能量，經自激振蕩將其轉換成5～20kHz的頻率，并升壓至6～10kV交變電，再經多級倍壓整流，即可獲得更高的電壓。我們生活中的防塵紗窗就是運用了這一原理，即將靜電發生器固定在窗框上，當靜電發生器的輸入端接低壓直流電，輸出端的一根線接地，另一根線接到金屬網上，然后再把金屬網覆蓋到玻璃纖維紗窗上，使玻璃纖維紗窗帶上靜電，以此空氣中的灰塵再通過紗窗時就會被靜電吸附，然后我們就可定期清理窗紗上的灰塵。

2.2防塵紗窗電容器應用分析

通過以上所述，可得知使紗窗具有一定防塵效果的是高壓吸塵紗窗，其由兩扇窗紗構成，每一扇窗紗用一根導線編織而成，其中一扇窗紗的導線一端會經高壓控制系統內的限流電阻與高壓控制系統正極相連接，另一端會用耐高壓的絕緣膠密封，使其不與空氣相通，同時窗紗的另一端導線應與高壓控制系統負極相連接，兩扇窗紗并排豎放，以此可構成一個電容器。

3避雷針與尖端放電應用分析

3.1尖端放電原理

尖端放電中靜電荷一般會分布在導體的外表面上，且是非均勻的，而在導體的尖端是電荷密集的區域，其尖端附近的電場較強，空氣中的“﹢”電荷和“-”電荷受到方向相反的電場力，會造成空氣的電離，使得空氣中存在自由移動的電荷，即產生正負電子，而這就會使得空氣能夠導電，造成尖端放電。

3.2避雷針應用分析

由于尖端放電容易損失電能，因此高壓設備或導線的金屬元件一般設計要求為表面需要圓滑，以用來避免尖端放電現象的產生。在我們日常生活中，避雷針的使用就是借助了此原理。為了避免在雷雨天氣時雷擊現象的產生，人們設計出一種針狀的金屬物，將之裝在房屋的頂端，并和地下的金屬板相聯接，而當帶電的云層與針狀金屬物相接近時，地下的異種電荷集中到針狀金屬物的頂端與云層中的電荷相中和，以此達到避雷的目的。

4總結

總之，對于自然及各種物理現象，如果我們能準確把握它們的規律并合理運用，不僅會對我們的物理學習提供很大幫助，也可為我們的生活帶來極大的便利。但需注意的是，在生活中探討與學習電學時應趨利避害，以避免災難發生。

參考文獻：

[1]申博珺.淺談電學在生活中的應用[J].科技創新與應用，2016（03）

[2]王嘉智.高中電學在電路發展中的應用分析[J].科技展望，2017（01）

作者簡介：

尹卓然（1999-），男，學生，就讀于長沙市一中。