節點分析法在“集成運放基本電路”教學中應用的探討

摘要：本文介紹一種集成運放的基本電路：比例放大、差分電路、微積分電路、對數及反對數等應用統一的推算方法——節點分析法。從而避開在不同情況下使用“虛地”、“虛短”、“虛斷”等不易理解的方法。

關鍵詞：集成運放；基本電路；節點分析法

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2006)11(S)-0049-3

1引言

集成運放是電子電路中極其重要的內容之一，目前在很多模擬電路的教材中，對于集成運放中的比例放大、差動、求和等電路、微積分電路、對數及反對數等基本電路中使用虛斷、虛短、虛地和電流等概念來求解相應的輸出等，而且在不同的情況下使用了不同的方法。在實踐教學中，筆者發現絕大部分同學對于什么時候看作虛地、虛斷、虛短^［1-4］等分不清楚，而且很容易混淆，對他們理解也比較困難，教學效果不夠理想。尤其是對于學時數相對比較少的醫學院校來說更是突出。另外，在推導不同情況下的連接時，使用的方法不同，這使得學生更不容易掌握。同時學生對于電流方向的理解也是一個比較難的問題。筆者通過對教學的實踐，總結出一種關于集成運放基本電路教學方法供大家探論——節點分析法。

2教學基本思路

從總體上說，筆者在講解時，先講電路分析中的各種常用分析方法，重點是講解節點分析、電源替代定理和疊加定理，并通過一定的實例加深學生對節點分析法的理解和具體的應用，然后講解實際集成運算放大器的主要性能指標、參數等，并說明其代表的意義，比如增益、輸入電阻、輸出電阻等，然后讓學生從總體上認識到物理學中研究問題的常用方法：要解決實問題，通常會建立一個理想模型，在理想模型的基礎上，運用已有的原理和定義等推導出相應的結論，并把結論應用到實際中，看是否與實際相符或者二者的差距是否可以被接受。具體到我們要講的運算放大器來說，首先要建立一個理想模型：理想運放，它的特點是實際運放的最優化，增益為無窮大（因為其值是越大越好）；輸入阻抗（電阻）為無窮（因為其值越大越好）；輸出電阻為零（因為其值越小越好）等。根據理想運放的這些特征不難得到兩個結論：U＋＝U－，I+=I-＝0。利用這兩個結論和節點分析就可對集成運算放大器構成的基本電路進行分析。這樣可以完全避開虛地、虛斷、虛短等不容易理解的概念，通過長期的實踐發現該方法容易被學生理解和接受。

3具體推導思路

（1）利用節點分析法，分別以理想運放兩輸入端即同相端和反向端列出方程。由于理想運放的輸入電阻為無窮，因此在以運放兩端輸入端為節點列方程時，不考慮其內部。

（2）對于有其它節點的，需以其它節點根據節點分析列方程，有二極管和電容的可以用電源替代定理來列方程。

（3）根據理想運放的結論U＋＝U－，I+=I-＝0和節點方程便可得出輸出和輸入的關系：

u0=f（ui）

4應用舉例

4.1同相比例放大器

對于其它的也依此類推，在這里筆者就不一一再討論了。綜上，可以看出使用筆者介紹的方法，對于運放組成的基本電路利用節點分析和運放的兩個特征，就可以進行計算，且計算起來也比較簡單，同時也便于理解，回避了不便于初學者理解的概念，但是要求使用者必須對節點分析比較熟練。此方法為筆者自己的教學體驗，僅供大家參考。

參考文獻：

［1］電路與電子學（第二版）.劉淑英 蔡勝樂 王文輝 主編. 電子工業出版社. 2002年3月第2版: 284－296

［2］高翠霞. 醫用電子學基礎.人民衛生出版社. 2000：195－197

［3］陳武凡主編.影像電子學基礎.人民衛生出版社2002：294~302 

［4］模擬電子技術基礎童詩白主編高等教育出版社339－3672004年4第二版

(欄目編輯陳潔)

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