淺談集成運(yùn)算放大器的解題策略

張偉

【摘要】 集成運(yùn)算放大器是《電子線路》課程中一種非常重要的放大器，學(xué)習(xí)分析它的性能至關(guān)重要。文章采用個(gè)案調(diào)查法和內(nèi)容分析法，找到學(xué)生解題存在的問(wèn)題，通過(guò)高考試題總結(jié)解決集成運(yùn)算放大器題型的解題策略。

【關(guān)鍵詞】 仔細(xì)審題 深挖條件 規(guī)范答題

《電子線路》課程是電工電子專業(yè)的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中包括模擬電路和數(shù)字電路兩個(gè)部分，而集成運(yùn)算放大器是模擬電路的一個(gè)放大器，它內(nèi)部是直接耦合高放大倍數(shù)的放大器，要解決這類題型，要運(yùn)用大量的計(jì)算公式，其中還會(huì)運(yùn)用到《電工基礎(chǔ)》課程的知識(shí)點(diǎn)，讓很多學(xué)生望而生畏，在習(xí)題的類型中，特別是計(jì)算題方面更是學(xué)生一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。不論是平時(shí)的練習(xí)還是考試時(shí)，大部分學(xué)生都棄之不理，一片空白。為什么會(huì)有這種現(xiàn)象呢？我制作了一些問(wèn)卷，對(duì)在校的電工電子專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生雖然知道集成運(yùn)算放大器的“虛短”和“虛斷”這兩個(gè)特點(diǎn)，但是利用這兩個(gè)特點(diǎn)如何分析電路？怎樣能正確地找出集成運(yùn)算放大器的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系？集成運(yùn)算放大器解題的策略又是什么呢？為此，我來(lái)談?wù)勛约阂稽c(diǎn)不成熟的解題策略。

第一：仔細(xì)讀題，巧用虛短和虛斷這兩個(gè)條件解題。

愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要”，所以讀懂一道題比做出一道題更重要，靜心讀題是做好計(jì)算題的前提條件，同時(shí)弄清題意，明確題中的條件。我們來(lái)看2011年高考試題：如下圖所示，A1、A2為理想運(yùn)算放大器，各電阻值如圖所示。

（1）當(dāng)IS=0時(shí)，寫出Uo1與US之間的關(guān)系式。

（2）當(dāng)US=0時(shí)，寫出Uo1與IS之間的關(guān)系式。

（3）當(dāng)US=4V、IS=100μA時(shí)，計(jì)算Uo1與Uo的值。

讀題是一定要把虛斷和虛短兩個(gè)特點(diǎn)運(yùn)用到解題中來(lái)，第一問(wèn)是當(dāng)IS=0時(shí)，寫出Uo1與US之間的關(guān)系式。而當(dāng)IS=0時(shí)，再利用A1的同相端電流也為0，所以電阻R4上的電流也為0，從而能求出A1同相端的電位，V+=V-=0，這個(gè)電路就變成了反相輸入比例電路，現(xiàn)在可以運(yùn)用反相輸入比例電路的計(jì)算公式，從而就能寫出Uo1與US之間的關(guān)系式即：U01=- US，所以在解題前一定對(duì)已知條件仔細(xì)分析，對(duì)于解題非常重要。

第二： 深入分析，挖掘隱含條件轉(zhuǎn)變成已知條件解題。

讀題之后要深入分析，根據(jù)題意找到不變的已知量，選擇合適的電流和電壓公式，從而建立等量關(guān)系式，最后將挖掘的已知量帶入公式，進(jìn)一步推導(dǎo)出題中要求的計(jì)算式。上面2011年高考試題的第二問(wèn)：當(dāng)US=0時(shí)，寫出Uo1與IS之間的關(guān)系式？深入分析當(dāng)US=0時(shí) 意味著電壓源被短路，即：電阻R1的左端接地，我們利用集成運(yùn)算放大器的虛短，算出同相端和反相端電位為V+=V-=IS*R4=10IS，接著我們利用集成運(yùn)算放大器的虛斷，知道通過(guò)電阻R1和電阻R2的電流相等，即：（0-10Is）/R1=（10Is-U01） /R2，進(jìn)行計(jì)算后得到U01=20Is。計(jì)算題的綜合性很強(qiáng)，往往題中的條件比較隱蔽，求解時(shí)不是那么容易，因此要通過(guò)深入分析，挖掘題目中的隱含條件。另外在分析部分計(jì)算題時(shí)，思路不清晰，有時(shí)找不到等量關(guān)系時(shí)，不要吊死在一棵樹上，可以換一種角度去分析題意，這樣做對(duì)于正確地解題有很大的幫助。

第三：書寫規(guī)范，細(xì)心計(jì)算進(jìn)行解題。

有句話說(shuō)：細(xì)節(jié)決定成敗。在解答計(jì)算題時(shí)，一些細(xì)節(jié)往往導(dǎo)致你失敗，經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤是：抄錯(cuò)數(shù)據(jù)、看錯(cuò)已知條件、漏個(gè)已知條件等，其實(shí)這些都屬于分智力因素引起的錯(cuò)誤。為了預(yù)防這些不該出現(xiàn)的錯(cuò)誤，最好的策略就是解題時(shí)一定要規(guī)范答題。首先：把虛短的公式即：V+=V-寫出來(lái)，利用題目中給出的已知條件深入分析，求出同相端和反相端的電位，然后再把虛短的公式即：Ii=0寫出來(lái)，利用《電工基礎(chǔ)》的基爾霍夫定律寫成電流的計(jì)算公式，寫這些并不耽誤你解題的速度與時(shí)間，一定要走出這個(gè)誤區(qū)，好多學(xué)生都這么認(rèn)為做會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，其實(shí)“磨刀不誤砍柴工”，寫成虛短和虛斷的公式是幫你分析題意的過(guò)程，對(duì)整個(gè)題目再一次分析與歸納，不易漏掉某個(gè)條件。其次：將數(shù)據(jù)帶入相應(yīng)公式時(shí)，要將單位統(tǒng)一后一并帶入。公式書寫一定規(guī)范，尤其是電阻的單位一定要注意，一般的電路電阻的單位是千歐，但是有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)歐姆，所以計(jì)算出來(lái)的電流會(huì)是安培和毫安。最后：在課堂上一定要杜絕學(xué)生用計(jì)算器，這個(gè)教輔工具直接導(dǎo)致學(xué)生計(jì)算能力下降的主導(dǎo)因素，即使很簡(jiǎn)單的計(jì)算，學(xué)生動(dòng)不動(dòng)就借助它，如果控制不好計(jì)算器的使用，學(xué)生的計(jì)算過(guò)能力會(huì)越來(lái)越差。因此，最近幾年的高考結(jié)束時(shí)學(xué)生答題感覺(jué)良好，在答案揭曉時(shí)，卻與之相反。

綜上所述， 集成運(yùn)算放大器的解題策略可以歸納為這樣幾個(gè)關(guān)鍵字：仔細(xì)審題，深挖條件，規(guī)范答題。