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一道硬件笔试送分题却10个回答9个错!能一眼看懂这个电路说明你硬件入门了

Part 01 前言

最近在看到有人发了一个电路的截图,并提问了一个问题:这个电路有什么用呢?这个电路看似简单,实际回答对的人却寥寥无几,这个电路比较深刻的考察了作为硬件工程师的基础知识功底,如果拿去作为公司里的硬件笔试题,相信绝对能挑选出靠谱的工程师。

这个电路有人说是电压跟随器电路,有人说是画错了的电压跟随器电路,还有人说是比较器电路,你认为是什么电路呢?

Part 02 先分析第1个答案:电压跟随器,对不对?

电压跟随器是一种运算放大器配置,通常用于提供高输入阻抗和低输出阻抗,同时保持输入信号的电压不变,也就是输入电压等于输出电压,典型电路图如下:

1.电压跟随器的核心元件是运算放大器

2.输入信号(Vin):连接到运放的同相输入端(+)

3.输出信号(Vout):直接连接到运放的反相输入端(-),形成单位增益负反馈

4.负反馈网络:输出直接反馈到反相输入端,使得Vout =Vin

电压跟随器的工作原理分析如下:根据理想运算放大器的特性:

1.虚短:由于负反馈作用,V+=V-,即输入端电压相等。

2.虚断:理想运放的输入阻抗无限大,几乎没有电流流入输入端。

由于负反馈的作用,运放会自动调整输出电压,使得Vout始终等于Vin,即:Vout = Vin

回到我们的问题对应的电路图:输出信号(Vout)直接连接到运放的同相输入端(+),所以电路并非是负反馈电路,而是正反馈电路。

既然不是负反馈电路,那就不能用“虚短”去分析这个电路了,这也是很多人容易犯的一个错误,看到运放就想用虚短去分析,我们一定要注意“虚短”的成立一般有三个条件:

条件1:负反馈存在

负反馈是虚短成立的核心条件,通常是负反馈回路将输出端连接到反相输入端,使得运放调整输出电压,使得V+和V-逼近相等。

条件2.运放工作在线性区

线性区是指运放的输出没有进入饱和状态,即输出电压Vout仍在电源电压范围内。若输入信号过大,使得Vout 进入饱和区(接近供电电压Vcc或-Vcc),运放将无法调整输出电压来维持 V+=V-,虚短不再成立。

条件3.运放增益足够高

理想运放的开环增益趋近无穷大,但实际运放的增益是有限的,通常在10^5~10^7之间。但只要增益足够高,误差电压V+-V-就会非常小,使得近似满足虚短条件。

所以一定要先看看电路满不满足以上三个条件再想着用“虚短”。

经过以上分析,说明这个电路不是电压跟随器电路。

Part 03 再分析另一个答案:比较器电路,对不对?

反相回滞比较器是一种带有正反馈的运算放大器比较器,它具有回滞效应,可用于去除输入信号中的噪声,使输出信号更加稳定。反相回滞比较器电路也称为反相施密特触发器。

1.反相回滞比较器的核心元件运算放大器

2.输入信号Vin:施加在反相输入端(-)

3.反馈电阻Rh形成正反馈

4.分压电阻R1,R2根据需要调整分压比得到我们想要的参考电压Vref

在反相回滞比较器中,由于正反馈的存在,阈值随着输出电压的变化而改变,从而形成不同的上、下阈值(VTH,VTL),避免了输入信号中的小幅度噪声导致的不稳定输出。

再看一眼我们的题目中的电路,和反相回滞比较器的区别就是少了电路R1,R2,所以相当于初始参考电压Vref=0V(很多人懵就懵在没了R1,R2就不确定这是不是比较器电路,归根到底还是基础知识的掌握呀)。

我们的输入电压是±10V的正弦波,一开始正弦波输入电压从0V逐渐增大到+10V,再减小到-5V时,此时V->V+,OUT电压输出-5V,当正弦波输入电压从-5V逐渐减小到-10V,再增大到+5V,OUT电压输出+5V。所以比较器电路的上、下阈值(VTH=+5V,VTL=-5V)。

输入信号波形如下:

仿真验证输入输出波形如下:

所以正确答案是:反相回滞比较器电路。

你学会了吗?

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  • 海大 3星期前
    我个人感觉,这类为了答题而答题的笔试题,不但毫无用处,而且有相当的危害,几乎丝毫不差的沦落到了中国式的考试地步了。 我们笔试是为了什么?不是为了搞个非常没实用价值的题,也不是为了考一个偏门的不太重要的知识,更不是为了脑筋急转弯。我们的笔试,是为了找对口人才,挖掘潜力,将其掌握的知识与技术用于实际设计中。 就本题,看不出它的丝毫实用价值。ADA采用类似COMS工艺,因此它功率很小(因限字无法深入讨论
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