KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2009

PYTANIE NR 37.
Na wejście wzmacniacza, którego schemat pokazano na rysunku, podano napięcie Uwe=100 mV. Na wyjściu pojawiło się napięcie Uwy=100 mV. Określ przyczynę takiego zachowania się wzmacniacza.
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny wzmacniacza operacyjnego, który jest częścią egzaminu zawodowego dla elektroników
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Jeśli na wejściu podano 100 mV, a na wyjściu jest również 100 mV, układ zachowuje się jak wtórnik (wzmocnienie bliskie 1).
Typową przyczyną takiego spadku wzmocnienia w układzie ze sprzężeniem zwrotnym jest przerwa w rezystorze odpowiedzialnym za ustalanie wzmocnienia, czyli w tym przypadku w R1.

Pełne wyjaśnienie:

Stosunek napięć Uwy/Uwe = 100 mV / 100 mV = 1 oznacza, że w praktyce nie występuje wzmocnienie napięciowe – układ przenosi sygnał z wejścia na wyjście niemal 1:1. Takie zachowanie jest charakterystyczne dla pracy wzmacniacza w roli wtórnika napięciowego (bufora) albo dla sytuacji, w której układ, mimo że miał wzmacniać, traci możliwość ustawienia większego wzmocnienia przez uszkodzenie elementów w pętli sprzężenia zwrotnego.

W typowych konfiguracjach wzmacniaczy (np. z rezystorami oznaczanymi jako R1 i R2 w torze sprzężenia) to właśnie elementy sprzężenia zwrotnego narzucają wzmocnienie zamkniętopętlowe. Przerwa w R1 może spowodować, że pętla sprzężenia "przestaje działać w zamierzony sposób" i układ przechodzi w stan, w którym wzmocnienie efektywne dąży do 1 (zależnie od topologii: przez dominujące, alternatywne połączenie zwrotne lub wymuszenie pracy buforowej).

Dlaczego pozostałe odpowiedzi nie pasują do opisu?

  • "R1 stanowi zwarcie." Zwarcie rezystora w pętli zwykle zmienia współczynnik dzielnika i może prowadzić do wzmocnienia skrajnie innego niż 1 albo do nieprawidłowego punktu pracy (nasycenie/ograniczenie), a nie do dokładnego kopiowania 100 mV.
  • "R2 stanowi przerwę." Przerwa w drugim rezystorze sprzężenia częściej powoduje brak stabilnego, przewidywalnego wzmocnienia (układ może się nasycać, wzbudzać lub mieć bardzo duże wzmocnienie w otwartej pętli), co rzadko daje spokojne Uwy ≈ Uwe.
  • "R1 i R2 stanowią zwarcie." Dwa zwarcia jednocześnie zwykle oznaczają drastyczną zmianę połączeń, często prowadzącą do niepoprawnej pracy (zwarcia węzłów, zmiany polaryzacji wejść), a nie do "ładnego" wzmocnienia 1.

W diagnostyce serwisowej warto zapamiętać zasadę: gdy wzmacniacz, który miał wzmacniać, zaczyna zachowywać się jak bufor, jedną z pierwszych podejrzanych usterek jest przerwa w elemencie ustalającym wzmocnienie w pętli sprzężenia zwrotnego (np. rezystorze).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Wzmocnienie 1 oznacza, że napięcie wyjściowe jest praktycznie takie samo jak wejściowe (Uwy ≈ Uwe). Układ nie "powiększa" sygnału, tylko go buforuje. W praktyce działa wtedy jak wtórnik napięciowy, często używany do dopasowania impedancji.
Najczęściej dzieje się tak, gdy pętla sprzężenia zwrotnego nie ustala już zaprojektowanego wzmocnienia, np. przez przerwę w rezystorze w tej pętli, zły lut lub pękniętą ścieżkę. Układ może wtedy przejść w tryb pracy z efektywnym wzmocnieniem bliskim 1.
W praktyce serwisowej częste są przerwy (pęknięcie elementu, zerwane wyprowadzenie, zimny lut) oraz zmiana wartości rezystancji. Zwarcie samego rezystora jest rzadsze, ale zwarcia mogą wynikać z mostków lutowniczych lub uszkodzeń na płytce (np. zwęglenie).
Najpewniej miernikiem: odłącz zasilanie, rozładuj kondensatory i zmierz rezystancję. Przerwa objawia się jako bardzo duża rezystancja (często poza zakresem). W układzie może też wystąpić brak oczekiwanego wzmocnienia albo nienaturalne napięcia w węzłach sprzężenia.
Nie. Zwarcie zwykle zmienia warunki pracy w sposób skrajny: może wymusić inne wzmocnienie, spowodować nasycenie wyjścia albo nieprawidłowe polaryzacje. Wzmocnienie 1 jest typowe dla poprawnego wtórnika lub dla konkretnych awarii prowadzących do "buforowania", ale nie dla każdego zwarcia.
Objawy zależą od topologii, ale często pojawia się utrata stabilnego wzmocnienia: zbyt małe wzmocnienie, nasycenie wyjścia, podatność na zakłócenia lub wzbudzenie. Jeżeli układ nagle przestaje wzmacniać i zachowuje się jak bufor, przerwa w jednym z rezystorów sprzężenia jest ważną hipotezą.
1) Sprawdź zasilanie i napięcia na wyprowadzeniach układu.
2) Zweryfikuj obecność sygnału na wejściu i wyjściu.
3) Obejrzyj luty i ścieżki przy elementach sprzężenia zwrotnego.
4) Zmierz rezystory (przerwa/zła wartość).
5) Dopiero potem podejrzewaj uszkodzenie samego wzmacniacza.
Ujemne sprzężenie zwrotne to podanie części sygnału wyjściowego z powrotem na wejście w taki sposób, aby zmniejszać różnicę między wejściami układu. Dzięki temu wzmocnienie staje się przewidywalne (zależy od elementów pasywnych), spadają zniekształcenia, a układ jest stabilniejszy.
Najczęściej są to rezystory w pętli sprzężenia zwrotnego (dzielnik lub układ rezystorów) oraz czasem elementy dodatkowe, np. kondensator kompensacyjny. Jeśli jeden z rezystorów ma przerwę lub zmienioną wartość, wzmocnienie zamkniętopętlowe przestaje być zgodne z projektem.
Częsty błąd to zgadywanie na podstawie słów "brak wzmocnienia" bez analizy roli R1 i R2 w sprzężeniu. Inny to mylenie skutków przerwy i zwarcia oraz pomijanie tego, że Uwy = Uwe sugeruje działanie jak wtórnik. Pomaga szybkie policzenie Uwy/Uwe i interpretacja wyniku.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 31% zdających egzamin. bardzo trudne

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki" (The Art of Electronics), rozdziały o wzmacniaczach operacyjnych i sprzężeniu zwrotnym, wydania 2/3 (zależnie od dostępnej wersji)
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", rozdział o wzmacniaczach operacyjnych, konfiguracjach z ujemnym sprzężeniem zwrotnym i analizie wzmocnienia
  • Ramon Pallas-Areny, John G. Webster, "Sensors and Signal Conditioning", część dotycząca wzmacniaczy i konfiguracji buforujących (wtórnik) oraz roli sprzężenia zwrotnego

Materiały:

  • Podręcznik o wzmacniaczach operacyjnych i sprzężeniu zwrotnym (rozdziały: konfiguracje i usterki)
  • Zadania praktyczne z diagnozowania usterek: przerwa/zwarcie rezystora w pętli sprzężenia
  • Noty aplikacyjne producentów wzmacniaczy operacyjnych (sekcje o stabilnym wzmocnieniu i konfiguracjach)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego