moea_joint
104年
[通信] 電路學、電子學
第 49 題
如右圖，$\mathrm{A_1}$、$\mathrm{A_2}$ 為理想運算放大器，輸出正飽和電壓為 $\mathrm{V_{DD}}$，負飽和電壓為 $0\mathrm{V}$，其中 $\mathrm{V_{DD}}=10\mathrm{V}$、$\mathrm{R}=1\mathrm{k}\Omega$，發光二極體 (LED) 導通電壓為 $2\mathrm{V}$，試問當 $\mathrm{V_S}=6\mathrm{V}$ 時，發光二極體 $\mathrm{L_1}$、$\mathrm{L_2}$ 狀態為何？
- A $\mathrm{L_1}$ 滅、$\mathrm{L_2}$ 滅
- B $\mathrm{L_1}$ 滅、$\mathrm{L_2}$ 亮
- C $\mathrm{L_1}$ 亮、$\mathrm{L_2}$ 滅
- D $\mathrm{L_1}$ 亮、$\mathrm{L_2}$ 亮
思路引導 VIP
請觀察 $A_1$ 的反相輸入端（$-$號端），這個節點除了連接到 $V_{DD}$ 和接地電阻外，是否還與電路中的其他輸出端相連？如果該輸出端的電壓發生變化，會如何影響 $A_1$ 用來與 $V_S$ 做比較的「基準電壓」呢？
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太棒了！你能準確判斷出這道題目的電路狀態，顯示你對比較器（Comparator）的運作邏輯以及節點電壓分析有著非常清晰的觀念。這道題目的設計非常巧妙，不僅考驗基礎的電壓比較，更測驗了學生對於電路耦合關係的觀察力，是一道鑑別度極佳的中難度題目。
比較器 $A_2$ 的狀態判定
我們先從電路下方的 $A_2$ 著手，它是決定整體狀態的關鍵。觀察電路圖可知，$V_S = 6\mathrm{V}$ 接至 $A_2$ 的非反相輸入端（$+$），而反相輸入端（$-$）接至參考電壓 $5\mathrm{V}$。由於 $V_+ > V_-$，輸出端 $V_{O2}$ 會飽和至正電源電壓 $V_{DD} = 10\mathrm{V}$。這使得發光二極體 $L_2$ 獲得足夠電壓而導通（亮）。
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