運(yùn)算放大電路教學(xué)方法研究

金佳鴻 錢坤 田芳

摘 ?要：運(yùn)算放大電路是模擬電子技術(shù)的核心電路之一，經(jīng)典教材中分析該電路功能特性時采用線性電路多種分析方法，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生難以接受。該文明確提出利用元件約束VCR和結(jié)構(gòu)約束KCL結(jié)合理想運(yùn)放虛短虛斷特點(diǎn)分析電路，經(jīng)過課堂實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)該分析方法有助于學(xué)生對運(yùn)算放大電路的理解，提升了學(xué)生對該知識點(diǎn)的掌握，有助于模擬電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大電路 ?模擬電子技術(shù) ?VCR ?KCL

中圖分類號：G642.4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（a）-0107-02

Abstract： Operational amplifier circuit is one of the core circuits of analog electronic technology. It is difficult for students to understand when the traditional linear circuit analysis methods are used to analyze the functional characteristics of operational amplifier circuit. The method of analyzing the operational amplifier circuit by using the component constrained VCR and structure constrained KCL combined with virtual short and virtual break characteristics is proposed in this work. The results of classroom practice show that the new method is helpful for understanding the operational amplifier circuit， and the learning of analog electronic technology course.

Key Words： Operational amplifier circuit; Analog electronic technology; VCR; KCL

當(dāng)前高校模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中，華中科技大學(xué)康華光教授主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》[1]和清華大學(xué)華成英教授主編的《模擬電子技術(shù)基本教程》[2]是大部分高校首選教材，被廣泛使用。運(yùn)算放大電路作為模擬電子技術(shù)課程中重要的基礎(chǔ)知識，在這兩本教材中都被當(dāng)作第二章的學(xué)習(xí)內(nèi)容緊跟在緒論后。在教學(xué)過程中，如何簡單又清晰有效地讓學(xué)生學(xué)會和理解該電路的特點(diǎn)和分析方法，從而能夠去除學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的畏難情緒，是引導(dǎo)學(xué)生建立學(xué)習(xí)該課程的興趣和信心的關(guān)鍵所在。

1 ?應(yīng)用

以康華光教授主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）教材為例，書中第二章運(yùn)算放大器首先介紹集成運(yùn)放內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)、理想運(yùn)放和電路模型，然后介紹用電路基本方法分析運(yùn)放等器件構(gòu)成的應(yīng)用電路的方法，包括基本同相比例運(yùn)放，反相比例運(yùn)放以及更進(jìn)一步的求差、求和、積分、微分電路等。該部分內(nèi)容的安排從知識結(jié)構(gòu)方面觀察條理很清楚。

教材在2.3節(jié)介紹基本線性運(yùn)放電路時，對同相電路和反相電路都采用了利用KCL結(jié)合理想運(yùn)放虛短虛斷的特點(diǎn)進(jìn)行分析，在處理其他應(yīng)用電路時，采用疊加等多種方法分析功能電路。根據(jù)教學(xué)效果反饋，采用疊加等方法分析功能電路，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難，如難以明確該知識點(diǎn)核心，抓不住學(xué)習(xí)重點(diǎn)等。

其解題步驟為：

（1）標(biāo)記各支路電流參考方向，對運(yùn)放電路u+，u-寫KCL方程;

（2）利用運(yùn)放虛斷消除KCL方程中的i+，i-;

（3）根據(jù)電路元件的VCR，用電壓表示電流;

（4）利用運(yùn)放虛短消除KCL方程中的u+，u-;

（5）解方程，根據(jù)電路要求計(jì)算其余參數(shù)。

該解法以虛短、虛斷概念為切入點(diǎn)，始終圍繞基爾霍夫電流定律對運(yùn)算放大電路的同相端和反相端寫KCL方程，突出如何簡單有效分析運(yùn)放，經(jīng)過課堂實(shí)踐，學(xué)生反饋效果良好，提升了學(xué)生對電路分析方法的掌握，有助于模擬電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)。

2 ?結(jié)語

運(yùn)算放大電路是模擬電子技術(shù)的核心電路之一，在被廣泛采用的經(jīng)典教材中，對該電路功能特性分析始終采用線性電路的多種分析方法。經(jīng)過多年教學(xué)實(shí)踐反饋效果發(fā)現(xiàn)，該方法不利于學(xué)生理解掌握該知識點(diǎn)。該文提出了一種新的教學(xué)思路，該方法采用電路中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的電流方程為主線，結(jié)合元件VCR約束關(guān)系和理想運(yùn)放的虛短虛斷的特點(diǎn)寫出方程，去掉以往電路中利用疊加定理或節(jié)點(diǎn)電壓法來分析電路的過程，使得可以學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候更加明確自己在學(xué)什么、應(yīng)該怎樣學(xué)習(xí)，而且使得這一章的分析簡單明了，更有針對性，內(nèi)容條理性更強(qiáng)，學(xué)生對運(yùn)放的特性和其功能電路的理解和應(yīng)用更加深刻，更符合大學(xué)本科教學(xué)需要。

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