运算放大电路教学方法研究

金佳鸿 钱坤 田芳

摘  要：运算放大电路是模拟电子技术的核心电路之一，经典教材中分析该电路功能特性時采用线性电路多种分析方法，在教学中发现学生难以接受。该文明确提出利用元件约束VCR和结构约束KCL结合理想运放虚短虚断特点分析电路，经过课堂实践，发现该分析方法有助于学生对运算放大电路的理解，提升了学生对该知识点的掌握，有助于模拟电子技术课程的学习。

关键词：运算放大电路  模拟电子技术  VCR  KCL

中图分类号：G642.4   文献标识码：A 文章编号：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

当前高校模拟电子技术课程教学中，华中科技大学康华光教授主编的《电子技术基础》[1]和清华大学华成英教授主编的《模拟电子技术基本教程》[2]是大部分高校首选教材，被广泛使用。运算放大电路作为模拟电子技术课程中重要的基础知识，在这两本教材中都被当作第二章的学习内容紧跟在绪论后。在教学过程中，如何简单又清晰有效地让学生学会和理解该电路的特点和分析方法，从而能够去除学生学习该课程的畏难情绪，是引导学生建立学习该课程的兴趣和信心的关键所在。

1  应用

以康华光教授主编的《电子技术基础》（模拟部分）教材为例，书中第二章运算放大器首先介绍集成运放内部主要结构、理想运放和电路模型，然后介绍用电路基本方法分析运放等器件构成的应用电路的方法，包括基本同相比例运放，反相比例运放以及更进一步的求差、求和、积分、微分电路等。该部分内容的安排从知识结构方面观察条理很清楚。

教材在2.3节介绍基本线性运放电路时，对同相电路和反相电路都采用了利用KCL结合理想运放虚短虚断的特点进行分析，在处理其他应用电路时，采用叠加等多种方法分析功能电路。根据教学效果反馈，采用叠加等方法分析功能电路，容易造成学生学习困难，如难以明确该知识点核心，抓不住学习重点等。

其解题步骤为：

（1）标记各支路电流参考方向，对运放电路u+，u-写KCL方程;

（2）利用运放虚断消除KCL方程中的i+，i-;

（3）根据电路元件的VCR，用电压表示电流;

（4）利用运放虚短消除KCL方程中的u+，u-;

（5）解方程，根据电路要求计算其余参数。

该解法以虚短、虚断概念为切入点，始终围绕基尔霍夫电流定律对运算放大电路的同相端和反相端写KCL方程，突出如何简单有效分析运放，经过课堂实践，学生反馈效果良好，提升了学生对电路分析方法的掌握，有助于模拟电子技术课程的学习。

2  结语

运算放大电路是模拟电子技术的核心电路之一，在被广泛采用的经典教材中，对该电路功能特性分析始终采用线性电路的多种分析方法。经过多年教学实践反馈效果发现，该方法不利于学生理解掌握该知识点。该文提出了一种新的教学思路，该方法采用电路中相应节点的电流方程为主线，结合元件VCR约束关系和理想运放的虚短虚断的特点写出方程，去掉以往电路中利用叠加定理或节点电压法来分析电路的过程，使得可以学生在学习的时候更加明确自己在学什么、应该怎样学习，而且使得这一章的分析简单明了，更有针对性，内容条理性更强，学生对运放的特性和其功能电路的理解和应用更加深刻，更符合大学本科教学需要。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].5版.北京：高等教育出版社，2016.

[2] 华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京：清华大学出版社，2017.

[3] 秦臻，张林，康华光.《电子技术基础》第五版修订背景及修订思路[J].电气电子教学学报，2007，29（2）：67-68.

[4] 罗良，田芳，杜健嵘.Mathematica在电动力学课程教学中的应用探索[J].科技创新导报，2015（13）：168-169.

[5] 田芳.实时仿真在模拟电子线路教学中的应用探索[J].湖南理工学院学报，2018，31（1）：90-93.

[6] 史学军，陆峰，张宇飞，等.电路与模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2017.

[7] 郝晓丽.电路与电子技术基础[M].北京：人民邮电出版社，2018.