作者：Tim Green 德州仪器
本文转自德州仪器技术社区，原链接：
http://www.deyisupport.com/blog/b/signalchain/archive/2014/03/17/51648.aspx
现在是时候公布六道运算放大器谜题答案了，想必大家一直在期待吧。大家明白这些都是令人百思不得其解的谜题！请为您的正确答案打分，并在本博客的最后为您找到合适的排名位置！
图 1 仍然给出了一些可供参考的重要运算放大器规范。顺便提一下，就像大学和真实世界一样，并不是图 1 中提供的所有规范在解答谜题时都用得上！
|
参数 |
条件 |
OPA735 |
单位 |
|||
|
最小值 |
典型值 |
最大值 |
||||
|
Vs=±5V 除非另有说明 |
||||||
|
工作电压范围 |
VS |
±1.35 |
±6 |
V |
||
|
共模电压范围 |
VCM |
(V-) -0.1 |
(V+) - 1.5 |
V |
||
|
短路电流 |
ISC |
±23.5 |
mA |
|||
|
电轨电压输出摆幅 |
VO |
IOUT=+5ma（源极） |
4.70 |
V |
||
|
VO |
IOUT= +10ma（源极） |
4.44 |
V |
|||
|
VO |
IOUT= +20ma（源极） |
3.85 |
V |
|||
|
VO |
IOUT= -5ma（汲极） |
-4.81 |
V |
|||
|
VO |
IOUT= -10ma（汲极） |
-4.62 |
V |
|||
|
VO |
IOUT= -20ma（汲极） |
-4.00 |
V |
|||
|
输入失调电压 |
VOS |
1 |
5 |
uV |
||
|
输入偏置电流 |
IB |
VCM=VS/2 |
±100 |
±200 |
pA |
|
|
输入失调电流 |
IB |
VCM=VS/2 |
±200 |
±300 |
pA |
图 1：OPA735 的主要运算放大器规范
谜题 1：Vout 是多少？
答案：Vin=1V、Vout=2.97V
就第一印象的理想值来说，我觉得 Vout = 3V。该拓扑是一个 V-I （电压至电流）转换器。它可为 Vin 生成 Iout，被称为改进型 Howland 电流泵。在 R5=R2 和 R4=R3 时,从 Vin 到 R1 电压的单端差分增益是 V_R1 = Vin *(R5/R4)，那么 Iout = V_R1/R1。在本例中，接下来 Iout = Vin/R1 或 Iout = Vin/100。因此 Vout = Iout * RLoad。
谜题 2：Vout 是多少？
答案：Vin =1V、Vout= -4V
这是一个桥接式负载 (BTL) 电路。Rload 负载上的电压增益为 U1 输出的两倍。这是因为 U1 的输出通过 U2 反相。
对于我们给定的电阻值，U1 的增益为 +2，U2 的增益为 -1，因此我们期望 Vout_U1 = 2V，Vout_U2 = -1*Vout_U1 = -2V。由于电表的极性关系，因此 Rload上的 Vout=-4V。
这是一个非常好的电路，可在单电源的整个浮动负载下获得正负电压。此外，它还可为您提供双倍的压摆率和双倍的负载电压。
谜题 3：Vout 是多少？
答案：23.5mA X 150 ohms = 3.52V = Vout
这里的闭环增益是 x4。Vin 等于 1 意味着能得到 4V 的 Vout。Iout = 4V/150 欧姆 =26.67mA。但从图 1 中的规范来看，电流限值为 +/-23.5mA，因此 23.5mA X 150 ohms = 3.52V = Vout。
我们仍在尝试设计没有输出电流限值的虚拟运算放大器！
谜题 4：Vout 是多少？
答案：小于 Vout=4V–100mV 的任何值
这是一个单位增益缓冲器放大器电路，因此闭环增益为 1。那为什么不是 Vout = 4V？
请查看图 1，其中共模电压范围为 (V+)-1.5V。因此在 Vcc = +5V 时，我的输入正向共模电压范围最高只能是 +3.5V。您应该特别注意单位增益缓冲器电路中的输入共模电压范围。
实际 IC 可能并不像仿真宏模型那样，钳定在输入共模电压范围内。真正的部件在违****模参数时的表现也不像处于共模电压范围内那样精确。因此，任何小于 4V–100mV 的答案我都认为是正确的！！
谜题 5：Vout 是多少？
答案：不确定
为什么不是 Vout = 10mV *100 = 1V？到底是怎么回事？前端仪表放大器 U1 和 U2 的差分增益为 100，而输出差分放大器 U3 排斥共模，只放大乘以 1 的 U1 和 U2 输出差分电压。
尊敬的读者朋友们，输入热电偶可作为在整个 Vin 中差分连接的电池建模，其可随输入运算放大器 U1 和 U2 供电电源的接地参考浮动。这就意味着 U1 和 U2 的输入端不存在 DC 偏置电流路径。因此，这些运算放大器输入是浮动的。
如果构建和测试该电路，您可能会得到任意 Vout 电压值。很有可能是接近 Vcc 或 Vee 的 U3 饱和输出值。因此，我将正确答案设定为不确定或者不包括 1V 的任意值！
谜题 6：Vout 是多少？
答案：Vout=3.85V
这里的闭环增益为 4。Vin 等于 1 意味着 1 应该得到 4V 的 Vout。但在图 1 中的规范中，Iout=20mA 时，电轨的电压输出摆幅为 Vout=3.85V。
在本电路中，限制因素不是电流限值，而是电轨摆幅与输出电流的对比。因此，您需要查看“电轨输出电压摆幅与输出电流的对比”产品说明书曲线，以在更大电流下获得较大的信号摆幅限制。
我把产品说产品明书图中的规范添加到了图 1 中，以便您在解答谜题 6 时无需再去查找。
排名：
|
正确答案 |
授予头衔 |
|
1 |
软件工程师或博士 |
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2 |
数字工程师或固件工程师 |
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3 |
电气工程大学实习生或电气工程硕士 |
|
4 |
电气工程学士新毕业 |
|
5 |
实际模拟电路板／系统设计工程师 |
|
6 |
TI 荣誉模拟应用工程师 |
感谢您在工作闲暇之余解答这些运算放大器谜题。或许明年我会继续出一些运算放大器谜题，好好介绍一下使用运算放大器时需要注意的预防措施，希望您到时再次参与。
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