PL 
EnglishDomyślny
Українська📐 Wzmacniacz operacyjny — podstawowy klocek elektroniki
Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym spełnia dwie złote zasady: brak prądu wejściowego i równe napięcia na wejściach. Z nich zbudujesz wzmacniacz odwracający, nieodwracający i sumujący.
Podobne symulacje
O tej symulacji
Ten symulator modeluje idealny wzmacniacz operacyjny (op-amp) objęty ujemnym sprzężeniem zwrotnym, który spełnia dwie złote zasady: do żadnego z wejść nie płynie prąd, a sprzężenie zwrotne wymusza takie samo napięcie na obu wejściach. W układach odwracającym, sumującym i całkującym ustala to wejście odwracające na poziomie 0 V — tzw. masę wirtualną — mimo że nie jest ono fizycznie podłączone do masy. Stąd wzmocnienie pętli zamkniętej wynika wyłącznie ze stosunków rezystorów: −Rf/Rin dla układu odwracającego, 1+Rf/Rin dla nieodwracającego, lub całka czasowa, gdy rezystor sprzężenia zwrotnego zastąpiony jest kondensatorem 1 µF. Schemat obwodu na żywo oraz przewijający się ślad oscyloskopu pokazują przebiegi wejściowy i wyjściowy aktualizowane w każdej klatce, wraz z twardym obcinaniem, gdy wyjście przekroczyłoby napięcie szyn zasilania.
🔬 Co przedstawia
Cztery topologie wzmacniacza operacyjnego — odwracającą, nieodwracającą, sumującą i całkującą — obliczane klatka po klatce z tych samych dwóch złotych zasad. Schemat obwodu na żywo przerysowuje swoje rezystory, element sprzężenia zwrotnego i węzeł masy wirtualnej, a panel oscyloskopu wykreśla 240 próbek Vin i Vout, dzięki czemu można w czasie rzeczywistym obserwować wzmocnienie, odwrócenie fazy i obcinanie.
🎮 Jak korzystać
Wybierz topologię za pomocą czterech przycisków konfiguracji, a następnie przeciągnij suwaki Rin, Rf i (dla trybu sumującego) R2, aby zmienić wartości rezystorów w kiloomach. Amplituda i Częstotliwość kształtują sygnał wejściowy, a Szyny zasilania (±Vcc) ustalają granicę obcinania. Pauza zatrzymuje animację, Reset przywraca wartości domyślne, a przycisk „?” otwiera pełne odniesienie do równań.
💡 Czy wiesz, że?
Nazwa „wzmacniacz operacyjny” sięga komputerów analogowych z lat 40. XX wieku, gdzie takie obwody wykonywały matematyczne „operacje” — sumowanie, odwracanie i, jak odtwarza to tryb całkujący, całkowanie w czasie — aby mechanicznie rozwiązywać równania różniczkowe, na długie dekady przed przejęciem tej roli przez komputery cyfrowe.
Najczęściej zadawane pytania
Jakie dwie złote zasady wykorzystuje ta symulacja?
Zasada 1: do żadnego z wejść wzmacniacza operacyjnego nigdy nie płynie prąd, ponieważ idealny wzmacniacz operacyjny ma nieskończoną impedancję wejściową. Zasada 2: ujemne sprzężenie zwrotne sprawia, że wzmacniacz steruje swoim wyjściem tak, aby oba wejścia miały to samo napięcie — jest to tzw. zwarcie wirtualne. Każdy wzór na wzmocnienie używany w tym symulatorze — dla układu odwracającego, nieodwracającego, sumującego i całkującego — wynika właśnie z tych dwóch zasad zastosowanych do sieci rezystorów, którą budujesz za pomocą suwaków.
Dlaczego wejście odwracające ma potencjał 0 V, mimo że nie jest uziemione?
W konfiguracjach odwracającej, sumującej i całkującej wejście nieodwracające jest podłączone do rzeczywistej masy. Zasada 2 wymusza wtedy, aby wejście odwracające miało taki sam potencjał, więc również znajduje się na poziomie 0 V — bez fizycznego połączenia z masą. To właśnie tzw. masa wirtualna, oznaczona na schemacie w symulacji; nadal płynie przez nią prąd przez rezystor wejściowy i rezystor sprzężenia zwrotnego, mimo że jej napięcie pozostaje zerowe.
Jak obliczane jest wzmocnienie dla każdej konfiguracji?
Tryb odwracający używa wzoru Av = -Rf/Rin; nieodwracający: Av = 1 + Rf/Rin; sumujący oblicza Vout = -Rf razy suma V1/R1 i V2/R2, dzięki czemu każdy kanał wejściowy ma własną wagę; a tryb całkujący zastępuje Rf stałym kondensatorem 1 mikrofarada, więc Vout równa się -(1/RC) razy całka z Vin dt. Panel odczytu pokazuje na bieżąco równanie i liczbowe wzmocnienie dla wybranego trybu.
Co dokładnie symuluje tryb całkujący?
Gdy rezystor sprzężenia zwrotnego zastąpiony jest kondensatorem, prąd płynący przez rezystor wejściowy ładuje kondensator zamiast płynąć bezpośrednio na wyjście, więc wyjście staje się bieżącą całką czasową sygnału wejściowego, przeskalowaną przez -1/RC. Symulacja podaje na wejście całkujące falę prostokątną i numerycznie sumuje przeskalowany sygnał wejściowy w każdej klatce animacji, z niewielkim upływem na klatkę, który zapobiega nieograniczonemu dryfowi wartości — dlatego fala prostokątna na wejściu daje falę trójkątną na wyjściu.
Dlaczego przebieg czasem spłaszcza się u góry i u dołu?
To zjawisko przesterowania, zwane też nasyceniem. Prawdziwy wzmacniacz operacyjny nie może dać na wyjściu napięcia większego niż jego szyny zasilania, więc gdy amplituda razy wzmocnienie przekroczyłaby napięcie zasilania ustawione suwakiem Szyny zasilania, symulacja ogranicza wyjście do tej wartości i oznacza odczyt jako przesterowanie. Podniesienie napięcia zasilania lub zmniejszenie wzmocnienia usuwa spłaszczenie.