Wmacniacz nieodwracający

Wzmacniacz nieodwracający jest jednym z trzech najbardziej elementarnych układów elektroniki analogowej, obok wtórnika napięcia oraz wzmacniacza odwracającego. Jest on nawet prostszy od wzmacniacza odwracającego, gdyż w układzie nie występują napięcia ujemne i wystarczy nam zasilanie pojedyncze o napięciu 0V i np. 5V, zamiast symetrycznego +5V i -5V.

Zwróć uwagę na jedynkę występującą we wzorze i wynikający z tego ważny wniosek - wzmacniacz nieodwracający ma zawsze wzmocnienie większe od 1, a więc przy pomocy tego układu nie można zrobić "osłabiacza".

Aby lepiej zrozumieć jak działa wzmacniacz nieodwracający, zróbmy symulację działania poniższego układu i zastanówmy się, jakie będzie napięcie na wyjściu.

W pierwszej kolejności musimy zastanowić się, jakie napięcia panują na wejściach naszego wzmacniacza operacyjnego. Przypomnijmy sobie pierwszą z reguł, jakie nim rządzą:

• Zasada 1 - wzmacniacz operacyjny tak oddziaływuje swoim wyjściem na wejście, poprzez ujemne sprzężenie zwrotne, by napięcia na wejściu odwracającym (-) i nieodwracającym (+) były sobie równe

Czyli napięcie na wejściu odwracającym wynosi 3V. W następnym kroku zastanówmy się nad rezystorem 10k. Znamy jakie napięcie na nim występuje oraz jego rezystancję, a więc z prawa Ohma możemy wyliczyć, jaki płynie przez niego prąd: I = U/R = 3V/10k = 300uA. 

Prąd ten, zgodnie z zasadą 2, nie może być pobierany z wejścia odwracającego (-), zatem wypływa on z wyjścia wzmacniacza.

• Zasada 2 - wejścia wzmacniacza nie pobierają prądu

Prąd 300uA płynie również przez rezystor 20k, wytwarzając na nim napięcie, które łatwo obliczymy korzystając z prawa Ohma: U = IR = 300uA * 20k = 6V. Jak to napięcie ma się do napięcia wyjściowego wzmacniacza? Pamiętajmy, że rezystor 20k na jednym ze swoich wyprowadzeń ma napięcie 3V. Zwróć uwagę w jaki sposób są skierowane napięcia na obu rezystorach. Prąd płynie w kierunku przeciwnym do strzałki, symbolizującej punkt o wyższym napięciu, zatem obliczone 6V musimy dodać do 3V, znajdujących się na wejściu. W takim razie końcowy wynik to 9V.

Warto zauważyć, że rezystory R1 i R2 tworzą prosty dzielnik napięcia. Pamiętaj, że suma napięć na poszczególnych rezystorach dzielnika musi być równa napięciu na całym dzielniku - napięcie nie może znikać bez śladu ani brać się znikąd.

Na zakończenie powinniśmy zweryfikować uzyskany wynik z ostatnią zasadą:

• Zasada 3 - napięcia na wejściach oraz wyjściu muszą być w zakresie pomiędzy dodatnim i ujemnym napięciem zasilającym

Czyli musimy sprawdzić czy obliczone przez nas napięcia są realne do osiągnięcia przez wzmacniacz. Często początkujący myślą, że wzmacniacz działa jak perpetuum mobile i wytwarza napięcie z niczego, a pamiętać trzeba, że wzmaczniacz do pracy potrzebuje również zasilania. Klasycznie wzmacniacze zasilamy napięciem -15V i +15V. W takiej sytuacji nasze 9V, jakie obliczyliśmy jest wynikiem realnym do osiągnięcia przez wzmacniacz, gdyż znajduje się w tym zakresie. Jednak współczene wzmacniacze często są zasilane są napięciem 0V i 5V albo jeszcze niższym. W takiej sytuacji nie ma szans, by wzmacniacz uzyskał 9V na wyjściu. Przy projektowaniu układów wzmacniających zawsze pamiętaj, że teoretyczne obliczenia zewsze trzeba skonfrontować z rzeczywistością i fizycznymi możliwościami.