作者：Tim Green 德州儀器

現在是時候公布六道運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算放大器規范。順便提一下，就像大學和真實世界一樣，并不是圖 1 中提供的所有規范在解答謎題時都用得上！

圖 1：OPA735 的主要運算放大器規范

謎題 1：Vout 是多少？

答案：Vin=1V、Vout=2.97V

就第一印象的理想值來說，我覺得 Vout = 3V。該拓撲是一個 V-I （電壓至電流）轉換器。它可為 Vin 生成 Iout，被稱為改進型 Howland 電流泵。在 R5=R2 和 R4=R3 時,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 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

這是一個橋接式負載 (BTL) 電路。R_load 負載上的電壓增益為 U1 輸出的兩倍。這是因為 U1 的輸出通過 U2 反相。

對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。由于電表的極性關系，因此 R_load上的 Vout=-4V。

這是一個非常好的電路，可在單電源的整個浮動負載下獲得正負電壓。此外，它還可為您提供雙倍的壓擺率和雙倍的負載電壓。

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 中的規范來看，電流限值為 +/-23.5mA，因此 23.5mA X 150 ohms = 3.52V = Vout。

我們仍在嘗試設計沒有輸出電流限值的虛擬運算放大器！

謎題 4：Vout 是多少？

答案：小于 Vout=4V–100mV 的任何值

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

請查看圖 1，其中共模電壓范圍為 (V+)-1.5V。因此在 Vcc = +5V 時，我的輸入正向共模電壓范圍最高只能是 +3.5V。您應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。真正的部件在違反共模參數時的表現也不像處于共模電壓范圍內那樣精確。因此，任何小于 4V–100mV 的答案我都認為是正確的！！

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 Vin 中差分連接的電池建模，其可隨輸入運算放大器 U1 和 U2 供電電源的接地參考浮動。這就意味著 U1 和 U2 的輸入端不存在 DC 偏置電流路徑。因此，這些運算放大器輸入是浮動的。

如果構建和測試該電路，您可能會得到任意 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

這里的閉環增益為 4。V_in 等于 1 意味著 1 應該得到 4V 的 Vout。但在圖 1 中的規范中，Iout=20mA 時，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比。因此，您需要查看“電軌輸出電壓擺幅與輸出電流的對比”產品說明書曲線，以在更大電流下獲得較大的信號擺幅限制。

我把產品說產品明書圖中的規范添加到了圖 1 中，以便您在解答謎題 6 時無需再去查找。

排名：

感謝您在工作閑暇之余解答這些運算放大器謎題。或許明年我會繼續出一些運算放大器謎題，好好介紹一下使用運算放大器時需要注意的預防措施，希望您到時再次參與。

原文請參見: 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