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警察鐵路電子學大意11236單選題

圖示為一施加負偏壓之反相施密特觸發器,運算放大器之輸出飽和電壓為 20 V ,若其上臨界電壓(threshold voltage) 為 16 V ,則該電路之 電阻值為何?

題目附圖
A5 k
B10 k正確答案
C20 k
D50 k
答案與詳解
B
正確答案
施密特觸發器上臨界電壓公式:VTH由R2與5kΩ及VCC、VR共同決定,代入數值求R2=10kΩ。

為什麼答案是 B

由節點分析:非反相端(+端)連接R1=5kΩ到Vs,R2回授從輸出Vo=+20V接到+端,參考端VR=+4V接負端。臨界點時V+=VTH=16V。從輸出節點看:電流平衡 (VTH - Vo)/R2 + (VTH - Vx)/R1 = 0,其中臨界輸入Vx即觸發點,利用+端節點:流入+端電流=0(理想OPA),因此 (Vx - VTH)/5k + (Vo - VTH)/R2 = 0 → (Vx-16)/5k = (16-20)/R2。另外在臨界切換點,V+=V-=VR=4V? 不,VR接負端固定為4V,正端電壓由R1、R2分壓決定。正確分析:+端節點,輸入透過R1=5kΩ,輸出Vo透過R2回授到+端。KCL於+端:(Vs_th - V+)/5k = (V+ - Vo)/R2,V+=VTH=16V,Vo=+20V(輸出正飽和時,觸發上臨界)。設臨界輸入電壓為Vs_th,但題目直接給VTH=16V為+端電壓。切換發生於V+=V-=4V? 不,VTH=16V是+端電壓閾值,切換發生於Vs使V+=VR=4V。重新釐清:VTH=16V是輸入Vs的上臨界值。KCL於+端(輸出正飽和Vo=+20V):(VTH - V+)/5k + (Vo - V+)/R2 = 0,切換點V+=V-=4V。代入:(16-4)/5k + (20-4)/R2 = 0 → 12/5k = -16/R2,負號矛盾。修正方向:流出+端:(V+ - VTH)/5k + (V+ - Vo)/R2 = 0,(4-16)/5k + (4-20)/R2 = 0 → -12/5k = 16/R2 → R2 = 16×5k/12,約6.67kΩ,仍不符。最終正確分析:上臨界VTH為+端電壓=回授分壓,VTH = Vo×R1/(R1+R2) + VR概念,或直接分壓:V+ = Vo×(R1/(R1+R2)) + Vs×(R2/(R1+R2)),在切換點V+=VR=4V,但VTH定義為此時的Vs值。設Vs=VTH=16V,V+=4V,Vo=20V:4 = 20×(R1/(R1+R2)) + 16×(R2/(R1+R2)) = [20×5k + 16×R2]/(5k+R2),4(5k+R2)=100k+16R2,20k+4R2=100k+16R2,-12R2=80k,負值矛盾,說明Vo在上臨界應為負飽和。Vo=-20V時:4 = (-20×5k + 16×R2)/(5k+R2),4(5k+R2)=-100k+16R2,20k+4R2=-100k+16R2,120k=12R2,R2=10kΩ ✓

考點:與R1混淆陷阱考點:施密特觸發器R2求解考點:數值驗算排除
載入中…

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