节点分析法在“集成运放基本电路”教学中应用的探讨

摘要：本文介绍一种集成运放的基本电路：比例放大、差分电路、微积分电路、对数及反对数等应用统一的推算方法——节点分析法。从而避开在不同情况下使用“虚地”、“虚短”、“虚断”等不易理解的方法。

关键词：集成运放；基本电路；节点分析法

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148(2006)11(S)-0049-3

1引言

集成运放是电子电路中极其重要的内容之一，目前在很多模拟电路的教材中，对于集成运放中的比例放大、差动、求和等电路、微积分电路、对数及反对数等基本电路中使用虚断、虚短、虚地和电流等概念来求解相应的输出等，而且在不同的情况下使用了不同的方法。在实践教学中，笔者发现绝大部分同学对于什么时候看作虚地、虚断、虚短^［1-4］等分不清楚，而且很容易混淆，对他们理解也比较困难，教学效果不够理想。尤其是对于学时数相对比较少的医学院校来说更是突出。另外，在推导不同情况下的连接时，使用的方法不同，这使得学生更不容易掌握。同时学生对于电流方向的理解也是一个比较难的问题。笔者通过对教学的实践，总结出一种关于集成运放基本电路教学方法供大家探论——节点分析法。

2教学基本思路

从总体上说，笔者在讲解时，先讲电路分析中的各种常用分析方法，重点是讲解节点分析、电源替代定理和叠加定理，并通过一定的实例加深学生对节点分析法的理解和具体的应用，然后讲解实际集成运算放大器的主要性能指标、参数等，并说明其代表的意义，比如增益、输入电阻、输出电阻等，然后让学生从总体上认识到物理学中研究问题的常用方法：要解决实问题，通常会建立一个理想模型，在理想模型的基础上，运用已有的原理和定义等推导出相应的结论，并把结论应用到实际中，看是否与实际相符或者二者的差距是否可以被接受。具体到我们要讲的运算放大器来说，首先要建立一个理想模型：理想运放，它的特点是实际运放的最优化，增益为无穷大（因为其值是越大越好）；输入阻抗（电阻）为无穷（因为其值越大越好）；输出电阻为零（因为其值越小越好）等。根据理想运放的这些特征不难得到两个结论：U＋＝U－，I+=I-＝0。利用这两个结论和节点分析就可对集成运算放大器构成的基本电路进行分析。这样可以完全避开虚地、虚断、虚短等不容易理解的概念，通过长期的实践发现该方法容易被学生理解和接受。

3具体推导思路

（1）利用节点分析法，分别以理想运放两输入端即同相端和反向端列出方程。由于理想运放的输入电阻为无穷，因此在以运放两端输入端为节点列方程时，不考虑其内部。

（2）对于有其它节点的，需以其它节点根据节点分析列方程,有二极管和电容的可以用电源替代定理来列方程。

（3）根据理想运放的结论U＋＝U－,I+=I-＝0和节点方程便可得出输出和输入的关系：

u0=f（ui）

4应用举例

4.1同相比例放大器

对于其它的也依此类推，在这里笔者就不一一再讨论了。综上，可以看出使用笔者介绍的方法，对于运放组成的基本电路利用节点分析和运放的两个特征，就可以进行计算，且计算起来也比较简单，同时也便于理解，回避了不便于初学者理解的概念，但是要求使用者必须对节点分析比较熟练。此方法为笔者自己的教学体验，仅供大家参考。

参考文献：

［1］电路与电子学（第二版）.刘淑英 蔡胜乐 王文辉 主编. 电子工业出版社. 2002年3月第2版: 284－296

［2］高翠霞. 医用电子学基础.人民卫生出版社. 2000：195－197

［3］陈武凡主编.影像电子学基础.人民卫生出版社2002：294~302 

［4］模拟电子技术基础童诗白主编高等教育出版社339－3672004年4第二版

(栏目编辑陈洁)

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