KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2011

PYTANIE NR 29.
Jeżeli w układzie wzmacniacza nieodwracającego zmniejszymy wartość rezystancji R2 z 2 kΩ na wartość 1 kΩ, to wzmocnienie układu
Ilustracja przedstawia schemat ideowy wzmacniacza nieodwracającego, który jest częścią pytania egzaminacyjnego związanego z
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
We wzmacniaczu nieodwracającym wzmocnienie wynosi k = 1 + (R2/R1). Gdy R1 jest stałe, zmniejszenie R2 zmniejsza stosunek R2/R1, więc całe k maleje. Dla przykładu: przy R1=1 kΩ zmiana R2 z 2 kΩ na 1 kΩ obniża k z 3 do 2.

Pełne wyjaśnienie:

W konfiguracji wzmacniacza nieodwracającego sygnał wejściowy podaje się na wejście "+", a ujemne sprzężenie zwrotne realizuje dzielnik rezystancyjny złożony z R1 i R2 doprowadzony do wejścia "−". Dla idealnego wzmacniacza operacyjnego (w zakresie pracy liniowej) wzmocnienie napięciowe jest opisane zależnością:

k = 1 + (R2/R1)

Z tego wzoru wynika bezpośrednio, że wzmocnienie zależy od stosunku R2 do R1:

  • gdy R2 rośnie (przy stałym R1), rośnie składnik R2/R1, więc wzmocnienie rośnie;
  • gdy R2 maleje (przy stałym R1), maleje R2/R1, więc wzmocnienie maleje.

W zadaniu R2 zmniejszono z 2 kΩ do 1 kΩ, czyli o połowę. Przy niezmienionym R1 oznacza to spadek R2/R1, a więc spadek k. Można to też sprawdzić liczbowo dla typowej wartości z rysunku: jeśli R1=1 kΩ, to początkowo k = 1 + 2/1 = 3, a po zmianie k = 1 + 1/1 = 2.

Odpowiedź "wzrośnie" jest błędna, bo przeczy proporcjonalności k do R2/R1. Odpowiedź "będzie zmienne" mogłaby dotyczyć sytuacji z potencjometrem lub zmianą w czasie, ale tutaj mowa o konkretnej zmianie wartości na 1 kΩ. Odpowiedź "pozostanie bez zmian" byłaby prawdziwa tylko wtedy, gdyby zmiana R2 nie wpływała na dzielnik sprzężenia, co w tej konfiguracji nie zachodzi.

W praktyce zmiana R2 jest standardową metodą ustawiania wzmocnienia w układzie nieodwracającym; często stosuje się potencjometr w gałęzi R2, aby regulować k w sposób płynny.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
To konfiguracja wzmacniacza operacyjnego, w której sygnał wejściowy podaje się na wejście nieodwracające "+", a na wejście "−" trafia ujemne sprzężenie zwrotne przez dzielnik R1–R2. Układ wzmacnia sygnał bez zmiany znaku (brak odwrócenia fazy o 180°).
Dla klasycznego układu z R2 w sprzężeniu (wyjście–wejście "−") i R1 do masy wzmocnienie napięciowe wynosi: k = 1 + (R2/R1). Zależy więc od stosunku rezystancji w pętli sprzężenia zwrotnego, a nie od ich wartości bezwzględnych.
Bo wzmocnienie zawiera składnik R2/R1. Gdy R1 jest stałe, zmniejszenie R2 obniża iloraz R2/R1, a to bezpośrednio zmniejsza k. Ujemne sprzężenie zwrotne staje się "silniejsze", więc układ wzmacnia mniej.
W typowej konfiguracji nieodwracającej z ujemnym sprzężeniem rezystorowym minimalne wzmocnienie wynosi 1 (bo k = 1 + R2/R1). Aby uzyskać wzmocnienie < 1, stosuje się inne konfiguracje (np. tłumik lub wzmacniacz odwracający o odpowiednich wartościach).
Nieodwracający wzmacnia bez zmiany znaku, a jego wzmocnienie ma postać 1 + R2/R1. Odwracający zmienia znak sygnału (odwraca fazę), a wzmocnienie idealne ma postać −R2/R1. Najczęstszy błąd na egzaminie to użycie niewłaściwego wzoru.
R2 to zwykle rezystor sprzężenia zwrotnego między wyjściem a wejściem odwracającym "−". R1 to rezystor między wejściem "−" a masą (lub punktem odniesienia). Razem tworzą dzielnik napięcia ustalający, jaka część wyjścia wraca na wejście "−".
Zapamiętaj zasadę: w układzie nieodwracającym większe R2 oznacza większe wzmocnienie, a mniejsze R2 oznacza mniejsze wzmocnienie (przy stałym R1). Wynika to wprost z proporcjonalności do R2/R1.
Tak. Jeśli potencjometr pracuje jako element R2 w sprzężeniu zwrotnym, zmienia się wartość R2, a więc i stosunek R2/R1. To jest typowa metoda regulacji wzmocnienia w praktycznych układach analogowych, o ile zachowana jest stabilność i właściwy zakres pracy WO.
Najczęstsze to: pomylenie układu nieodwracającego z odwracającym, przekonanie że "mniejsza rezystancja zawsze zwiększa wzmocnienie", oraz pominięcie składnika +1 we wzorze. Pomaga szybkie sprawdzenie: jeśli R2 maleje, to R2/R1 maleje, więc k maleje.
Podstaw do wzoru k = 1 + (R2/R1). Dla przykładu, gdy R1 = 1 kΩ i R2 = 2 kΩ, otrzymasz k = 3. Po zmianie R2 na 1 kΩ wyjdzie k = 2. Różnica pokazuje, że wzmocnienie spada po zmniejszeniu R2.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 64% zdających egzamin. średnie

Według specjalistów z branży: "We wzmacniaczu nieodwracającym wzmocnienie wynosi k = 1 + (R2/R1)."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki" (The Art of Electronics), rozdział o wzmacniaczach operacyjnych i sprzężeniu zwrotnym (wzmocnienie układu nieodwracającego: k = 1 + R2/R1)
  • Sergio Franco, "Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits", rozdział o konfiguracjach nieodwracających (non-inverting amplifier gain)

Materiały:

  • Podstawy teorii wzmacniaczy operacyjnych (konfiguracje, sprzężenie zwrotne, wzory na wzmocnienie)
  • Zadania rachunkowe i jakościowe z doboru R1/R2 dla wzmacniacza nieodwracającego
  • Notatki/ściąga: porównanie wzorów dla układu odwracającego i nieodwracającego

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego