中職電子專業集成運放線性應用“三步分析法”嘗試

【摘 要】集成運算放大電路線性應用的“三步分析法”實質就是以線性運算放大電路的理想特性以及兩個重要推論為依據，將集成運算放大電路的電壓放大倍數計算、輸出電壓的計算、外圍偏置參數的線性計算歸納到運算放大器的反相端的電流關系上來，利用方程式求解未知量。

【關鍵詞】中職電子；線性運放；三步分析法

集成運算放大器是一種具有高開環放大倍數并帶有深度負反饋的多級直接耦合放大電路，自20世紀60年代初第一個集成運算放大器問世以來，該電路廣泛應用于信號運算、信號處理、信號測量等方面。在江蘇省中等職業教育電子電工類專業規劃教材《電子線路》中，對集成運算放大器的特性與數學方面的應用作了闡述。

為了讓學生在學習這一部分知識時，能簡潔、明了地掌握線性運放的特性與應用，本人在教學過程中對一般線性運放電路的分析方法作了一點總結，歸納出分析計算一般線性集成運算放大電路分析計算的“三步分析法”， 為學生在分析線性集成運算放大電路時提供了有效的方法保證。

一、集成運算放大器的理論基礎

1.集成運算放大器的概述：集成運算放大器的電路常分為輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四個基本組成部分，它具有開環放大位數高、輸入電阻高（約幾百千歐）、輸出電路低（約幾百工歐）、漂移小、體積小、可靠性高等特點，現已成為一種通用器件，廣泛運用于各個技術領域。

2.集成運算放大器理想特性：在分析集成運算放大器時一般將放大器看成理想運算放大器，理想特性為（開環電壓放大位數Auo=∞；差模輸入電阻Ri=∞；開環輸出電阻RO=∞；Vi=0 時VO=0；頻帶寬度BW從0到∞）。

3.集成運算放大器在線性應用時的兩個推論：①虛斷，由運算放大器差模輸入電阻Ri=∞，推導出兩個輸入端的輸入電流為i+-i-=0；②虛短，由于運算放大器開環電壓放大位數Auo=∞，而輸出電壓為一個有限值，故Auo==∞，u+-u-=0，則u+=u-。

二、集成運放線性應用“三步分析法”

根據集成運算放大器在線性使用時的重要特性，對集成運算放大器在信號運算方面的分析進行歸納總結，通過一定的例題分析總結出“三步分析法”，具體方法如下：

第一步：確定集成運算放大器反相輸入端電位（本步驟主要利用兩個重要推論中的“虛斷”概念）；

第二步：確定集成運算放大器同相輸入端電位（本步驟主要利用兩個重要推論中的“虛短”概念）；

第三步：列寫出同相輸入端相關電流方程，進一步求解未知量。

三、集成運算放大電路“三步分析法”應用舉例

例一：電路如（圖一）所示，求出電路的輸出電壓uO。

解：根據題意，從電路圖上可知運算放大器的外圍偏置參數，按照“三步分析法”來解題。第一步：根據“虛斷”概念可知i+-i-=0，u+=uO；第二步：根據“虛短”概念可知u+=u-，故u-=uO；第三步：列寫出同相輸入端電流方程，i1=i2，=，uO=7.5V，問題解決。

例二：已知（圖二）所示的電路，求該運算放大電路的的電壓放大倍數Auf。

解：根據題意，從電路圖上可知運算放大器的外圍偏置參數，按照“三步分析法”來解題。第一步：根據“虛斷”概念可知i+-i-=0，u+=0；第二步：根據“虛短”概念可知u+=u-，故u-=0，在計算時可以將電路中間的兩個1KΩ電阻看作是并聯的。則得到

；第三步：列寫出同相輸入端電流方程 ，

問題解決。

例三：已知（圖三）所示的電路，ui=5V，求輸出電壓uO 。

解：根據題意，從電路圖上可知運算放大器的外圍偏置參數，按照“三步分析法”來解題。第一步：根據“虛斷”概念可知i+-i-=0， ；第二步：根據“虛短”概念可知u+=u-，故u-=ui，則得到 ，

；第三步：列寫出同相輸入端電流方程 ，ui=5V，則uO=10V，問題解決。

四、集成運算放大電路“三步分析法”應用小結

集成運算放大電路的“三步分析法”實質就是以利用線性運算放大電路的理想特性以及兩個重要推論為依據，將集成運算放大電路的電壓放大倍數計算、輸出電壓的計算、外圍偏置參數的線性計算歸納到運算放大器的反相端的電流關系上來，利用方程式求解未知量。

授予學生一個簡潔、適用的分析方法，猶如給了學生一把披荊斬棘的利劍，為學生的學習掃平障礙，全面提高學習效率。

【參考文獻】

[1]秦曾煌.電工學下冊電子技術.高等教育出版社，1999.

[2]白秉旭，葉金鑫.江蘇專業課電子電工專業綜合理論復習用書.原子能出版社，2007.

（作者單位：江蘇省射陽中等專業學校）