作者：Tim Green 德州儀器

現(xiàn)在是時(shí)候公布六道運(yùn)算放大器謎題答案了，想必大家一直在期待吧。大家明白這些都是令人百思不得其解的謎題！請(qǐng)為您的正確答案打分，并在本博客的最后為您找到合適的排名位置！

圖 1 仍然給出了一些可供參考的重要運(yùn)算放大器規(guī)范。順便提一下，就像大學(xué)和真實(shí)世界一樣，并不是圖 1 中提供的所有規(guī)范在解答謎題時(shí)都用得上！

圖 1：OPA735 的主要運(yùn)算放大器規(guī)范

謎題 1：Vout 是多少？

答案：Vin=1V、Vout=2.97V

就第一印象的理想值來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得 Vout = 3V。該拓?fù)涫且粋€(gè) V-I （電壓至電流）轉(zhuǎn)換器。它可為 Vin 生成 Iout，被稱為改進(jìn)型 Howland 電流泵。在 R5=R2 和 R4=R3 時(shí),從 Vin 到 R1 電壓的單端差分增益是 V_R1 = Vin *(R5/R4)，那么 Iout = V_R1/R1。在本例中，接下來(lái) Iout = Vin/R1 或 Iout = Vin/100。因此 Vout = Iout * R_Load。

謎題 2：Vout 是多少？

答案：Vin =1V、Vout= -4V

這是一個(gè)橋接式負(fù)載 (BTL) 電路。R_load 負(fù)載上的電壓增益為 U1 輸出的兩倍。這是因?yàn)?U1 的輸出通過(guò) U2 反相。

對(duì)于我們給定的電阻值，U1 的增益為 +2，U2 的增益為 -1，因此我們期望 Vout_U1 = 2V，Vout_U2 = -1*Vout_U1 = -2V。由于電表的極性關(guān)系，因此 R_load上的 Vout=-4V。

這是一個(gè)非常好的電路，可在單電源的整個(gè)浮動(dòng)負(fù)載下獲得正負(fù)電壓。此外，它還可為您提供雙倍的壓擺率和雙倍的負(fù)載電壓。

謎題 3：Vout 是多少？

答案：23.5mA X 150 ohms = 3.52V = Vout

這里的閉環(huán)增益是 x4。Vin 等于 1 意味著能得到 4V 的 Vout。Iout = 4V/150 歐姆 =26.67mA。但從圖 1 中的規(guī)范來(lái)看，電流限值為 +/-23.5mA，因此 23.5mA X 150 ohms = 3.52V = Vout。

我們?nèi)栽趪L試設(shè)計(jì)沒(méi)有輸出電流限值的虛擬運(yùn)算放大器！

謎題 4：Vout 是多少？

答案：小于 Vout=4V–100mV 的任何值

這是一個(gè)單位增益緩沖器放大器電路，因此閉環(huán)增益為 1。那為什么不是 Vout = 4V？

請(qǐng)查看圖 1，其中共模電壓范圍為 (V+)-1.5V。因此在 Vcc = +5V 時(shí)，我的輸入正向共模電壓范圍最高只能是 +3.5V。您應(yīng)該特別注意單位增益緩沖器電路中的輸入共模電壓范圍。

實(shí)際 IC 可能并不像仿真宏模型那樣，鉗定在輸入共模電壓范圍內(nèi)。真正的部件在違反共模參數(shù)時(shí)的表現(xiàn)也不像處于共模電壓范圍內(nèi)那樣精確。因此，任何小于 4V–100mV 的答案我都認(rèn)為是正確的??！

謎題 5：Vout 是多少？

答案：不確定

為什么不是 Vout = 10mV *100 = 1V？到底是怎么回事？前端儀表放大器 U1 和 U2 的差分增益為 100，而輸出差分放大器 U3 排斥共模，只放大乘以 1 的 U1 和 U2 輸出差分電壓。

尊敬的讀者朋友們，輸入熱電偶可作為在整個(gè) Vin 中差分連接的電池建模，其可隨輸入運(yùn)算放大器 U1 和 U2 供電電源的接地參考浮動(dòng)。這就意味著 U1 和 U2 的輸入端不存在 DC 偏置電流路徑。因此，這些運(yùn)算放大器輸入是浮動(dòng)的。

如果構(gòu)建和測(cè)試該電路，您可能會(huì)得到任意 Vout 電壓值。很有可能是接近 Vcc 或 Vee 的 U3 飽和輸出值。因此，我將正確答案設(shè)定為不確定或者不包括 1V 的任意值！

謎題 6：Vout 是多少？

答案：Vout=3.85V

這里的閉環(huán)增益為 4。V_in 等于 1 意味著 1 應(yīng)該得到 4V 的 Vout。但在圖 1 中的規(guī)范中，Iout=20mA 時(shí)，電軌的電壓輸出擺幅為 Vout=3.85V。

在本電路中，限制因素不是電流限值，而是電軌擺幅與輸出電流的對(duì)比。因此，您需要查看“電軌輸出電壓擺幅與輸出電流的對(duì)比”產(chǎn)品說(shuō)明書曲線，以在更大電流下獲得較大的信號(hào)擺幅限制。

我把產(chǎn)品說(shuō)產(chǎn)品明書圖中的規(guī)范添加到了圖 1 中，以便您在解答謎題 6 時(shí)無(wú)需再去查找。

排名：

感謝您在工作閑暇之余解答這些運(yùn)算放大器謎題?；蛟S明年我會(huì)繼續(xù)出一些運(yùn)算放大器謎題，好好介紹一下使用運(yùn)算放大器時(shí)需要注意的預(yù)防措施，希望您到時(shí)再次參與。

原文請(qǐng)參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshub/archive/2014/02/04/answers-a-plethora-of-puzzling-op-amp-problems.aspx

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審核編輯：符乾江