五等-電子工程電子學大意108 年第 9 題單選題
有一放大器電路如圖所示,放大器 U1 為理想運算放大器,其輸出電壓範圍侷限在+10 V 與−10 V 之間,二極體 D1、D2 順向電壓均為 VD=0.7 V,電阻 R1、R2、R3 均為 1 kΩ,電源 VI=−5 V,試問兩個二極體導通的狀態為何?
A二極體 D1、D2 均導通
B二極體 D1 導通、二極體 D2 不導通
C二極體 D1 不導通、二極體 D2 導通正確答案
D二極體 D1、D2 均不導通
C正確答案
理想運算放大器負回授電路,輸入-5V使輸出飽和至+10V,D1順偏導通、D2逆偏截止。
為什麼答案是 C
輸入VI=-5V經R1流入反相端,若OP Amp線性工作需Vo=+15V,但受限于+10V飽和,故Vo=+10V。此時D1陽極接Vo=+10V、陰極接反相端(約-0.7V以上),順偏導通;D2陽極接地或低電位,陰極接高電位,逆偏截止。
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完整詳解
Pro · 無限重點 理想運算放大器負回授電路,輸入-5V使輸出飽和至+10V,D1順偏導通、D2逆偏截止。
先假設OP Amp線性區→發現輸出需+15V超過飽和→鎖定Vo=+10V→重判二極體狀態:D1通、D2斷。
逐選項分析
A✕ 陷阱
若D1、D2均導通,則反相輸入端被箝位在固定電壓,但此時OP Amp輸出已達正飽和+10V,無法同時維持兩二極體順向導通條件,違反理想OP Amp虛短路前提。
B✕
若兩者皆不導通,則無負回授路徑,OP Amp開迴路增益極大,微小差動輸入即導致輸出飽和;實際電路中D1必因輸出正飽和而順偏導通,故不可能全斷。
C✓ 正確
輸入VI=-5V經R1流入反相端,若OP Amp線性工作需Vo=+15V,但受限于+10V飽和,故Vo=+10V。此時D1陽極接Vo=+10V、陰極接反相端(約-0.7V以上),順偏導通;D2陽極接地或低電位,陰極接高電位,逆偏截止。
D✕ 陷阱
此選項與正確狀態完全相反。當輸入為負電壓時,OP Amp輸出趨正,應使連接輸出的D1導通而非D2;選此者可能誤認輸入極性或二極體方向。
理想OP Amp飽和判斷流程
| 步驟 | 假設 | 驗證 | 結果 |
|---|
| 1 | 線性工作(虛短) | 計算所需Vo | Vo=+15V > +10V → 不成立 |
| 2 | 正飽和 | 設Vo=+10V | 檢查D1/D2偏壓狀態 |
| 3 | 二極體狀態 | D1: Vo→V-;D2: GND→V- | D1順偏、D2逆偏 |
| 4 | 最終確認 | 回授路徑存在且一致 | C選項正確 |
考生常直接套用虛短公式算出Vo=+15V就結束,忽略輸出飽和限制。正確做法是發現計算值超出範圍後,必須將輸出設為飽和值+10V,再以此電壓重新檢驗二極體導通條件,否則會誤選線性區下的錯誤狀態。