Rysunek przedstawia schemat ideowy wzmacniacza
A. sumującego.
B. odwracającego.
C. różnicowego.
D. całkującego.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2014 (arkusz E.06-X-14.05).
To jest wzmacniacz różnicowy, bo układ porównuje dwa napięcia wejściowe i wzmacnia ich różnicę, a nie jedno napięcie względem masy. W typowym schemacie takiego wzmacniacza operacyjnego sygnał jest doprowadzony zarówno do wejścia odwracającego, jak i nieodwracającego, a rezystory tworzą dwie powiązane gałęzie. Jeżeli stosunki rezystancji są dobrane poprawnie, na przykład $R_2/R_1=R_4/R_3$, to wyjście opisuje zależność w stylu $U_{wy}=k\cdot(U_2-U_1)$. W praktyce chodzi o to, żeby układ odrzucał składową wspólną, czyli napięcie obecne jednocześnie na obu wejściach. Moim zdaniem to jedna z ważniejszych konfiguracji wzmacniacza operacyjnego, bo pojawia się w torach pomiarowych, przy mostkach tensometrycznych, czujnikach, pomiarze małych spadków napięć oraz w wejściach symetrycznych audio. Dobra praktyka branżowa mówi, żeby stosować rezystory o małej tolerancji, najlepiej 0,1% albo lepsze, bo niedopasowanie rezystorów pogarsza CMRR, czyli tłumienie sygnału wspólnego. W realnym montażu trzeba też pamiętać o krótkich ścieżkach, poprawnym prowadzeniu masy, ekranowaniu przewodów pomiarowych i kondensatorach odsprzęgających zasilanie wzmacniacza, np. 100 nF blisko nóżek układu scalonego. Bez tego nawet dobry schemat potrafi działać tak sobie.
W tym schemacie łatwo pomylić kilka popularnych konfiguracji wzmacniacza operacyjnego, bo wszystkie korzystają ze sprzężenia zwrotnego i rezystorów przy wejściach. Wzmacniacz odwracający ma zwykle sygnał podany przez rezystor na wejście odwracające, wejście nieodwracające jest odniesione do masy, a rezystor sprzężenia zwrotnego wraca z wyjścia na wejście odwracające. Jego cechą jest zmiana fazy o 180°, czyli sygnał wyjściowy ma przeciwny znak. Jeżeli na rysunku aktywne są oba wejścia wzmacniacza i układ ma pary rezystorów po obu stronach, to nie jest już klasyczny układ odwracający.
Wzmacniacz sumujący również bywa mylący, bo ma kilka rezystorów wejściowych, ale ich zadaniem jest doprowadzenie kilku sygnałów do jednego węzła sumującego, najczęściej przy wejściu odwracającym. Na wyjściu dostaje się ważoną sumę napięć, a nie różnicę dwóch sygnałów. Sam fakt, że w układzie jest więcej niż jeden rezystor, nie oznacza jeszcze sumatora, i to jest dość typowy błąd przy czytaniu schematów.
Wzmacniacz całkujący rozpoznaje się przede wszystkim po kondensatorze w pętli sprzężenia zwrotnego. Dla niego charakterystyczna jest zależność czasowa, bo napięcie wyjściowe narasta lub opada zgodnie z całką sygnału wejściowego. Jeżeli w sprzężeniu są rezystory zamiast kondensatora jako głównego elementu kształtującego przebieg, to nie ma podstaw, żeby nazywać układ całkującym. Tutaj kluczowa cecha to wzmacnianie różnicy napięć między dwoma wejściami i tłumienie składowej wspólnej, dlatego poprawna identyfikacja to wzmacniacz różnicowy.
Wzmacniacz sumujący również bywa mylący, bo ma kilka rezystorów wejściowych, ale ich zadaniem jest doprowadzenie kilku sygnałów do jednego węzła sumującego, najczęściej przy wejściu odwracającym. Na wyjściu dostaje się ważoną sumę napięć, a nie różnicę dwóch sygnałów. Sam fakt, że w układzie jest więcej niż jeden rezystor, nie oznacza jeszcze sumatora, i to jest dość typowy błąd przy czytaniu schematów.
Wzmacniacz całkujący rozpoznaje się przede wszystkim po kondensatorze w pętli sprzężenia zwrotnego. Dla niego charakterystyczna jest zależność czasowa, bo napięcie wyjściowe narasta lub opada zgodnie z całką sygnału wejściowego. Jeżeli w sprzężeniu są rezystory zamiast kondensatora jako głównego elementu kształtującego przebieg, to nie ma podstaw, żeby nazywać układ całkującym. Tutaj kluczowa cecha to wzmacnianie różnicy napięć między dwoma wejściami i tłumienie składowej wspólnej, dlatego poprawna identyfikacja to wzmacniacz różnicowy.