如圖所示之電路, 且 ,電源電壓 。運算放大器的輸出電壓限制於 ,輸出電流限制於 。若負載電阻 ,輸出電壓波形尚未出現裁切(clipping)時的最大輸入電壓 為何?

A
B正確答案
C
D
答案與詳解

增益G=1+R2/R1=1+4k/1k=5。電壓限制:Vo_max=G×Vs=5Vs≤15V → Vs≤3V。電流限制:輸出電流io=Vo/RL + 流過R2之電流。由圖可知op-amp輸出電流io流向RL,同時經R2回授至反相端。io=Vo/RL + Vo/(R2+等效),需細算:反相輸入端電位V⁻=Vs(虛短路),流過R2的電流=(Vo-V⁻)/R2=(5Vs-Vs)/4k=4Vs/4k=Vs/1k。流過RL的電流=Vo/RL=5Vs/10k=Vs/2k。總輸出電流io=Vs/1k+Vs/2k=1.5Vs/1k。電流限制:1.5Vs/1k≤20mA → Vs≤13.3V。電壓限制更嚴,故Vs_max=3V。
