KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2011

PYTANIE NR 39.
Napięcie wejściowe wzmacniacza jest przebiegiem sinusoidalnym o częstotliwości 1 kHz. Zwiększenie pojemności kondensatora C w układzie przedstawionym na rysunku spowoduje
Ilustracja przedstawia schemat ideowy wzmacniacza operacyjnego w układzie odwracającym.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Zwiększenie pojemności C zmniejsza jego reaktancję pojemnościową przy 1 kHz, więc kondensator silniej "przewodzi" składową zmienną. W typowych układach wzmacniaczy prowadzi to do większego tłumienia sygnału w danym punkcie (np. przez bocznikowanie lub wzrost ujemnego sprzężenia), co skutkuje spadkiem wzmocnienia. Zmiana rezystancji wyjściowej nie wynika bezpośrednio z samego zwiększenia C.

Pełne wyjaśnienie:

W obwodach prądu przemiennego kondensator nie ma stałej "rezystancji", lecz reaktancję pojemnościową, która zależy od częstotliwości i pojemności. Zależność jest odwrotna: im większa pojemność, tym mniejsza reaktancja dla tej samej częstotliwości. Dla sygnału sinusoidalnego 1 kHz zwiększenie C powoduje więc, że kondensator stawia mniejszą impedancję składowej zmiennej.

Co to oznacza praktycznie we wzmacniaczu? Zależy od tego, gdzie kondensator C jest włączony (co pokazuje rysunek do zadania):

  • Jeśli kondensator jest elementem, który bocznikuje część sygnału (np. do masy), to mniejsza reaktancja oznacza łatwiejszy "upływ" składowej AC i w konsekwencji mniejszą amplitudę sygnału w torze użytecznym. To przekłada się na zmniejszenie wzmocnienia.
  • Jeśli kondensator znajduje się w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego i wraz z rezystorami tworzy zależność częstotliwościową sprzężenia, to większa pojemność może spowodować, że dla 1 kHz ujemne sprzężenie jest skuteczniejsze (bo impedancja gałęzi z C jest mniejsza). Silniejsze ujemne sprzężenie zwykle obniża wzmocnienie w danym paśmie.

Dlatego odpowiedź "zmniejszenie wzmocnienia." jest spójna z ogólną zasadą: zwiększenie pojemności zwiększa wpływ kondensatora na sygnał zmienny (mniejsza impedancja), co w wielu praktycznych topologiach prowadzi do większego tłumienia lub większego ujemnego sprzężenia przy zadanej częstotliwości.

Pozostałe propozycje są typowymi pułapkami:

  • "zwiększenie wzmocnienia." – to częsty wybór intuicyjny, ale nie uwzględnia, że większa pojemność może właśnie zwiększać skuteczność gałęzi, która osłabia sygnał albo wzmacnia działanie sprzężenia zwrotnego.
  • "zwiększenie rezystancji wyjścia." oraz "zmniejszenie rezystancję wyjścia." – sama zmiana pojemności C nie determinuje jednoznacznie rezystancji wyjściowej wzmacniacza; parametr ten zależy głównie od topologii stopnia wyjściowego i (jeśli występuje) od globalnego sprzężenia zwrotnego. Bez wskazania, że C wpływa bezpośrednio na warunki pracy wyjścia, takie odpowiedzi są nieuzasadnione.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze najpierw oceń, czy kondensator jest "w torze sygnału", "do masy" czy "w sprzężeniu". Następnie dla zadanej częstotliwości odpowiedz sobie, czy zwiększenie C zmniejsza impedancję tej gałęzi i czy to osłabia sygnał, czy wzmacnia sprzężenie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Reaktancja pojemnościowa to "opór" kondensatora dla prądu zmiennego. Zależy od częstotliwości i pojemności: im większa pojemność lub wyższa częstotliwość, tym mniejsza reaktancja i łatwiejszy przepływ składowej AC przez kondensator.
Przy stałej częstotliwości 1 kHz zwiększenie pojemności powoduje spadek reaktancji kondensatora. W praktyce gałąź z C "przepuszcza" więcej składowej zmiennej, więc mocniej oddziałuje na amplitudę sygnału w miejscu, gdzie jest włączona.
Jeśli kondensator jest w gałęzi, która bocznikuje sygnał do masy albo zwiększa skuteczność ujemnego sprzężenia zwrotnego, to mniejsza reaktancja (po zwiększeniu C) oznacza większe tłumienie sygnału lub silniejsze sprzężenie. Oba efekty zwykle obniżają wzmocnienie.
Nie. Zależy od funkcji kondensatora w układzie. Kondensator sprzęgający może poprawić przenoszenie niskich częstotliwości, ale kondensator w pętli sprzężenia lub bocznikujący może obniżać wzmocnienie w danym paśmie. Kluczowe jest miejsce włączenia elementu.
Kondensator sprzęgający jest zwykle włączony szeregowo w torze sygnału (oddziela składową stałą między stopniami). Kondensator odsprzęgający/bocznikujący bywa do masy (stabilizuje punkt pracy lub "zwiera" AC w wybranym miejscu). Funkcja wynika z połączeń na schemacie.
Gdy kondensator jest częścią dzielnika lub filtru w pętli sprzężenia, jego impedancja zależna od częstotliwości zmienia "siłę" sprzężenia. Dla częstotliwości, gdzie impedancja C maleje, ujemne sprzężenie może się zwiększać, co zwykle obniża wzmocnienie.
To informacja, przy jakiej częstotliwości analizować wpływ kondensatora. Kondensatory działają inaczej dla niskich i wysokich częstotliwości, bo ich reaktancja zależy od f. 1 kHz leży w paśmie akustycznym, więc typowo bada się zachowanie toru AC w tym punkcie.
Najczęstsze błędy to: traktowanie kondensatora jak rezystora o stałej wartości, ignorowanie częstotliwości, automatyczne założenie "większa pojemność = większe wzmocnienie" oraz brak rozróżnienia, czy kondensator jest w torze sygnału, do masy czy w sprzężeniu zwrotnym.
Zwykle nie wprost. Rezystancja (impedancja) wyjściowa zależy głównie od stopnia wyjściowego i ewentualnego globalnego sprzężenia zwrotnego. Kondensator może wpływać pośrednio tylko wtedy, gdy zmienia warunki sprzężenia lub pracy stopnia, ale to wynika z konkretnej topologii schematu.
Najpierw ustal rolę kondensatora: szeregowo w torze, do masy, czy w pętli sprzężenia. Potem przypomnij sobie zasadę: większa pojemność przy tej samej f oznacza mniejszą reaktancję. Na końcu oceń, czy mniejsza impedancja wzmacnia sygnał, czy go tłumi lub zwiększa ujemne sprzężenie.
info

Około 29% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Specjaliści zwracają uwagę: "Zwiększenie pojemności C zmniejsza jego reaktancję pojemnościową przy 1 kHz, więc kondensator silniej "przewodzi" składową zmienną."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki" (The Art of Electronics), rozdziały o wzmacniaczach i sprzężeniu zwrotnym, wyd. polskie (różne wydania) – opis wpływu elementów RC na pasmo i wzmocnienie
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", rozdziały o wzmacniaczach i częstotliwościowo zależnym sprzężeniu zwrotnym (frequency response)
  • W. H. Hayt, J. E. Kemmerly, S. M. Durbin, "Analiza obwodów elektrycznych" (Engineering Circuit Analysis), rozdziały o obwodach AC i reaktancji pojemnościowej

Materiały:

  • Podręcznik z podstaw elektroniki analogowej: wzmacniacze, sprzężenie zwrotne, filtry RC
  • Zbiór zadań z analizy obwodów AC (RC) w dziedzinie częstotliwości
  • Notatki/lekcje o kondensatorach w układach: sprzęgające, odsprzęgające, kompensacyjne

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego