地特三等申論題
106年
[電力工程] 電子學
第 一 題
📖 題組:
如下圖,我們利用運算放大器(Operational Amplifier)設計電路,使得整體電路增益可達到 10 的需求,其中R1 = 1 kΩ。 (一)假設使用理想運算放大器,求出 R2 的值。(10 分) (二)接續(一),當運算放大器的增益 A 為有限值,但希望下圖電路的增益可以達到 0.1% 誤差內,則運算放大器的增益 A 至少要多少才可以達到如此精準需求。(10 分)
如下圖,我們利用運算放大器(Operational Amplifier)設計電路,使得整體電路增益可達到 10 的需求,其中R1 = 1 kΩ。 (一)假設使用理想運算放大器,求出 R2 的值。(10 分) (二)接續(一),當運算放大器的增益 A 為有限值,但希望下圖電路的增益可以達到 0.1% 誤差內,則運算放大器的增益 A 至少要多少才可以達到如此精準需求。(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題
小題 (一)
假設使用理想運算放大器,求出 R2 的值。(10 分)
思路引導 VIP
看到非反相放大器電路,首先聯想理想運算放大器的「虛短路」與「虛斷路」特性。利用非反相放大器的閉迴路增益公式 A_v = 1 + (R_2/R_1),代入題目給定的增益目標與 R_1 阻值即可輕鬆求得 R_2。
小題 (二)
接續(一),當運算放大器的增益 A 為有限值,但希望下圖電路的增益可以達到 0.1% 誤差內,則運算放大器的增益 A 至少要多少才可以達到如此精準需求。(10 分)
思路引導 VIP
這是一道標準的有限增益運算放大器誤差計算題。解題關鍵在於寫出閉迴路增益 $A_f = \frac{A}{1+A\beta}$ 的公式,其中回授因數 $\beta = \frac{R_1}{R_1+R_2}$。接著將誤差定義為 $\frac{A_{ideal} - A_f}{A_{ideal}} \le 0.1%$,代入數值即可求出開迴路增益 A 的下限。
非反相放大器分析
💡 掌握虛短路特性推導閉迴路增益,並處理有限開迴路增益誤差。
| 比較維度 | 理想運算放大器 | VS | 有限增益運算放大器 |
|---|---|---|---|
| 開迴路增益 A | 無限大 | — | 有限值 (Finite) |
| 閉迴路增益公式 | 1 + R2/R1 | — | (1+R2/R1) / [1+(1+R2/R1)/A] |
| 增益誤差 | 零誤差 | — | 隨 A 值變小而增加 |
💬當 A 遠大於閉迴路增益時,電路行為趨近理想狀態。