Ile wyniesie wartość napięcia wyjściowego U₂ po zmianie wartości rezystancji R₂ z 20 kΩ na 10 kΩ?
A. -0,8 V
B. -1,6 V
C. -0,2 V
D. -0,1 V
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2022 (arkusz EE.22-SG-22.06).
Poprawna odpowiedź to -0,2 V, co można zrozumieć analizując działanie wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji odwracającej. W takim układzie napięcie wyjściowe oblicza się według wzoru U2 = - (R2 / R1) * U1. W przypadku początkowej wartości rezystancji R2 wynoszącej 20 kΩ i przy założeniu, że U1 wynosi -0,4 V, obliczenia prowadzą do napięcia wyjściowego wynoszącego -0,4 V. Po zmianie rezystancji R2 na 10 kΩ, wówczas podmieniamy wartość w wzorze, co skutkuje nowym napięciem wyjściowym równym -0,2 V. Zmiany w wartości rezystancji mają bezpośredni wpływ na napięcie wyjściowe, co jest istotnym aspektem w projektowaniu obwodów elektronicznych. Tego rodzaju obliczenia są kluczowe w praktyce inżynieryjnej, szczególnie w zastosowaniach takich jak wzmocnienie sygnałów w systemach analogowych, gdzie precyzyjna regulacja napięcia ma fundamentalne znaczenie dla działania całego urządzenia. Dzięki zrozumieniu tych zjawisk, inżynierowie mogą efektywnie tworzyć układy, które działają zgodnie z wymaganiami projektowymi oraz standardami branżowymi.
Wybór jednej z niepoprawnych odpowiedzi może wynikać z nieporozumienia dotyczącego sposobu działania wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji odwracającej. Kluczowym punktem w tym kontekście jest zrozumienie, że napięcie wyjściowe zależy bezpośrednio od proporcji rezystancji R2 i R1 oraz wartości napięcia wejściowego U1. Odpowiedzi takie jak -1,6 V, -0,1 V i -0,8 V mogą być wynikiem błędnej interpretacji wzoru U2 = - (R2 / R1) * U1. Istotnym błędem myślowym jest założenie, że zmiana rezystancji w obwodzie nie wpływa na napięcie wyjściowe w sposób liniowy. Należy pamiętać, że wzmacniacze operacyjne charakteryzują się dużą czułością na zmiany w rezystancji, co oznacza, że niewielkie różnice mogą prowadzić do znacznych zmian w napięciu wyjściowym. Dlatego kluczowe jest przeliczenie wartości rezystancji i zrozumienie wpływu, jaki mają na napięcie wyjściowe. Prawidłowe zrozumienie tej zasady jest fundamentem w inżynierii elektronicznej, gdzie precyzyjne wartości są niezbędne do budowy sprawnych i niezawodnych systemów elektronicznych. Zignorowanie tych zasad może prowadzić do błędnych wniosków i niewłaściwych rozwiązań w praktyce inżynieryjnej.