Модель: IOPAMP

Библиотека: Electronics

Имя на уровне решателя: IOPAMP

Аннотация: Идеальный операционный усилитель

Обозначение: FIXed ME

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

Port1

base.DOF1

Электрический порт 1 неинвертирующего входа сигнала

2

Port2

base.DOF1

Электрический порт 2 инвертирующего входа сигнала

3

Port3

base.DOF1

Электрический порт 1 выходного сигнала Vout
Пользовательские параметры модели

№

Параметр

Тип

Описание

Значение по умолч.

1

K

base.real

Коэффициент усиления сигнала

1.0

2

R

base.real

Выходное сопротивление, Ом

1.0

Результаты тестирования
../../../../_images/logo_ru_no_text.png

www.laduga.com

Глава 1. Заданные параметры теста

Название тестируемого компонента

IOPAMP

Модуль тестируемого компонента

Electronics

Дата тестирования

Tue Mar 3 19:06:28 2026

Результат

OK
Глава 2. Схема тестируемого объекта

Идеальный операционный усилитель. Проверка инвертирующего включения.

Описание устройства

Операционный усилитель (ОУ) — это усилитель электрических сигналов с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, обладающий очень высоким коэффициентом усиления (теоретически — бесконечным).

Ключевые характеристики идеального ОУ:

  • Бесконечно большой коэффициент усиления по напряжению (K → ∞)

  • Бесконечно большое входное сопротивление (токи входов равны нулю)

  • Нулевое выходное сопротивление

  • Бесконечная полоса пропускания

  • Нулевое напряжение смещения (при равных входах выход равен нулю)

Принцип работы с обратной связью

Операционные усилители почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью (ООС). Благодаря высокому коэффициенту усиления, параметры полученной схемы (коэффициент усиления, входное/выходное сопротивление) определяются практически исключительно элементами цепи обратной связи, а не параметрами самого ОУ.

Это свойство делает ОУ идеальным строительным блоком для построения разнообразных аналоговых схем: усилителей, интеграторов, дифференциаторов, фильтров, сумматоров и т.д.

Анализ тестовой схемы

В данном тесте исследуется инвертирующее включение операционного усилителя — одна из базовых схем включения ОУ.

Схема содержит:

  • Источник входного сигнала (напряжение Vin)

  • Идеальный операционный усилитель

  • Резистор R1 (1 кОм) — входной резистор

  • Резистор R2 (3 кОм) — резистор обратной связи

  • Нагрузка (подключена к выходу)

Расчет коэффициента усиления

Для инвертирующего включения ОУ с идеальной отрицательной обратной связью справедливо соотношение (на основе правила “мнимой земли” и равенства токов через R1 и R2):

\[V_{out} = -V_{in} \cdot \frac{R2}{R1}\]

Знак “минус” указывает на инверсию фазы входного сигнала.

Подставляя исходные данные:

\[\frac{R2}{R1} = \frac{3\ \text{кОм}}{1\ \text{кОм}} = 3\]

Таким образом, коэффициент усиления схемы по напряжению:

\[K_u = -\frac{R2}{R1} = -3\]

Выходное напряжение будет равно:

\[V_{out} = -3 \cdot V_{in}\]

При максимальном входном сигнале Emax = 5 В (с учетом ограничений источника):

\[V_{out(max)} = -3 \cdot 5 = -15\ \text{В}\]
Проверка основных свойств идеального ОУ в данной схеме:

  1. Виртуальная земля (мнимая земля) — благодаря огромному коэффициенту усиления и отрицательной обратной связи, напряжение на инвертирующем входе практически равно напряжению на неинвертирующем входе (0 В), хотя физически вход с землей не соединен.

  2. Равенство токов — через резисторы R1 и R2 протекает один и тот же ток, так как входной ток ОУ равен нулю (бесконечное входное сопротивление):

    \[I = \frac{V_{in} - 0}{R1} = \frac{0 - V_{out}}{R2}\]

  3. Независимость от нагрузки — благодаря нулевому выходному сопротивлению, выходное напряжение не зависит от тока нагрузки (в пределах допустимых значений для реальных ОУ).

Исходные данные

Параметры элементов схемы:

  • Emax (максимальное входное напряжение) = 5 В

  • Br (внутреннее сопротивление источника, пренебрежимо мало) = 1×10⁻¹⁰ Ом

  • R1 (входной резистор) = 1 кОм (1000 Ом)

  • R2 (резистор обратной связи) = k·R1 = 3 кОм (3000 Ом)

  • k (коэффициент пропорциональности) = 3

Ожидаемый результат

При подаче на вход постоянного напряжения Vin:

  • Выходное напряжение должно быть равно -3·Vin.

  • При изменении Vin, Vout изменяется пропорционально с инверсией.

  • Форма сигнала на выходе повторяет форму входного сигнала (линейное усиление).

  • Ток через резисторы R1 и R2 одинаков и равен Vin / R1.

Для синусоидального входного сигнала амплитудой 1 В, на выходе должна наблюдаться синусоида амплитудой 3 В, сдвинутая по фазе на 180°.

Схема теста
../../../../_images/Electronics_model_IOPAMP_test.sch.png

Рисунок 1 - Схема тестирования идеального операционного усилителя (инвертирующее включение)

Глава 3. Графики результатов теста
../../../../_images/Electronics_model_IOPAMP_test.RUN.png

Рисунок 2 - Electronics_model_IOPAMP_test.RUN

../../../../_images/Electronics_model_IOPAMP_test.Check.png

Рисунок 3 - Electronics_model_IOPAMP_test.Check

../../../../_images/Electronics_model_IOPAMP_test.Voltage1.png

Рисунок 4 - Electronics_model_IOPAMP_test.Voltage1