初考-電子工程電子學大意109 年第 40 題單選題
如圖雙穩態電路,已知輸出電壓 vo 飽和在 ±13 V,若設計臨界電壓(threshold voltage)在 ±5 V,且令 R1=10 kΩ,試求 R2 為多少?
A16 kΩ正確答案
B20 kΩ
C32 kΩ
D40 kΩ
A正確答案
雙穩態電路(史密特觸發器)正回授結構,利用分壓公式求臨界電壓,由 V_th = V_sat × R1/(R1+R2) 反推 R2。
為什麼答案是 A
由圖可見 R1 連接 v+ 節點與地,R2 連接輸出 vo 與 v+ 節點,形成正回授分壓。臨界電壓 V_th = vo_sat × R1/(R1+R2),代入:5 = 13 × 10/(10+R2),求得 10+R2 = 26,R2 = 16 kΩ,正確。
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完整詳解
Pro · 無限重點 雙穩態電路(史密特觸發器)正回授結構,利用分壓公式求臨界電壓,由 V_th = V_sat × R1/(R1+R2) 反推 R2。
臨界電壓公式:V_th = V_sat × R1/(R1+R2),代入 5 = 13 × 10/(10+R2),解得 R2 = 13×10/5 - 10 = 26 - 10 = 16 kΩ。
逐選項分析
A✓ 正確
由圖可見 R1 連接 v+ 節點與地,R2 連接輸出 vo 與 v+ 節點,形成正回授分壓。臨界電壓 V_th = vo_sat × R1/(R1+R2),代入:5 = 13 × 10/(10+R2),求得 10+R2 = 26,R2 = 16 kΩ,正確。
B✕
若 R2 = 20 kΩ,則 V_th = 13 × 10/(10+20) = 13 × 10/30 ≈ 4.33 V,不等於題目要求的 ±5 V,故錯誤。
C✕
若 R2 = 32 kΩ,則 V_th = 13 × 10/(10+32) = 130/42 ≈ 3.1 V,與 5 V 相差甚遠,故錯誤。
D✕
若 R2 = 40 kΩ,則 V_th = 13 × 10/(10+40) = 130/50 = 2.6 V,不符合 5 V 的設計要求,故錯誤。
雙穩態電路(非反相史密特觸發器)關鍵公式
| 參數 | 公式 | 本題數值 |
|---|
| 飽和電壓 V_sat | 由電源 ±VCC 決定(含壓降) | ±13 V |
| 臨界電壓 V_th | V_sat × R1 / (R1 + R2) | ±5 V |
| 遲滯寬度 ΔV | 2 × V_th | 10 V |
| R2 求法 | R2 = R1 × (V_sat/V_th - 1) | 10×(13/5-1)=16 kΩ |
考生容易將 R1 與 R2 位置搞混:本題圖中 R1 接 v+ 到地(下臂),R2 接 vo 到 v+(上臂)。分壓公式中 V_th 對應的是「下臂 R1」的分壓,若誤將 R2 當下臂代入,會算出 R2 = 16 kΩ 以外的錯誤答案。務必對照電路圖確認 R1、R2 位置。