Test ELM.02 — zestaw 2

Dlaczego tak

Przy połączeniu równoległym kondensatorów pojemności się sumują, ponieważ powiększa się łączna powierzchnia okładek: C = 100 nF + 220 nF + 680 nF = 1000 nF, czyli 1 µF. Jest to reguła odwrotna do tej dla rezystorów, gdzie równoległe połączenie zmniejsza wartość zastępczą — i odwrotna do połączenia szeregowego kondensatorów, gdzie pojemność zastępcza jest mniejsza od najmniejszej składowej.

Dlaczego tak

Odwarstwione pole lutownicze nie ma już połączenia mechanicznego z laminatem, więc lut położony w tym miejscu nie przenosi ani prądu, ani obciążeń — połączenie trzeba odtworzyć osobnym przewodem doprowadzonym do zdrowego fragmentu ścieżki i zabezpieczyć mechanicznie. Zwiększanie ilości spoiwa nie odtwarza ciągłości, a lakier izolacyjny chroni przed wilgocią, lecz przerwanego obwodu nie zamyka.

Dlaczego tak

Poziomy wyrażone w decybelach dodaje się i odejmuje, zamiast mnożyć — na tym polega wygoda tej skali. Wzmocnienie wchodzi ze znakiem dodatnim, tłumienie z ujemnym: 75 dBµV + 20 dB − 6 dB = 89 dBµV. Dodanie tłumienia zamiast odjęcia daje 101 dBµV, a pominięcie wzmacniacza — 69 dBµV. Rachunek w decybelach jest podstawowym narzędziem przy projektowaniu instalacji antenowych, bo pozwala sprawdzić poziom w gnieździe abonenckim bez mnożenia współczynników.

Dlaczego tak

Sprawna żyła przewodu ma rezystancję rzędu ułamków oma na kilkadziesiąt metrów, więc omomierz wskaże wartość bliską zeru. Wskazanie nieskończenie duże oznacza brak drogi dla prądu, czyli przerwę — najczęściej w miejscu zagięcia, przy złączu albo pod zaciskiem. Zwarcie z sąsiednią żyłą ujawnia się odwrotnie: pomiar między dwiema różnymi żyłami daje wartość bliską zeru zamiast nieskończoności.

Dlaczego tak

Gaśnica śniegowa wyrzuca dwutlenek węgla, który nie przewodzi prądu i nie pozostawia osadu — dlatego nadaje się do urządzeń pod napięciem i do sprzętu elektronicznego, którego środek gaśniczy nie powinien zniszczyć. Woda i piana przewodzą prąd, więc przy urządzeniach pod napięciem grożą porażeniem, a proszek gasi skutecznie, lecz osadza się we wnętrzu urządzenia i zwykle przesądza o jego złomowaniu.

Dlaczego tak

Kosztorys jest częścią umowy, a klient płaci za konkretne rozwiązanie — zamiana podzespołu, nawet równoważnego technicznie, zmienia to, za co zapłacił, więc wymaga jego wiedzy i zgody oraz korekty rozliczenia. Przemilczenie różnicy jest wprowadzeniem w błąd niezależnie od tego, czy instalacja działa poprawnie, a wpisanie do protokołu elementu, którego nie zamontowano, to poświadczenie nieprawdy w dokumencie odbiorowym.

Dlaczego tak

Ładunek elektrostatyczny odpływa przez 1 MΩ w ułamku sekundy, więc rezystor nie przeszkadza w ochronie elementów. Chroni natomiast człowieka: gdyby monter dotknął części pod napięciem 230 V, przez opaskę popłynęłoby najwyżej ok. 0,23 mA zamiast groźnego prądu. Bezpośrednie połączenie z ziemią odprowadzałoby ładunek minimalnie szybciej, ale zamieniłoby opaskę w dobrze uziemioną drogę dla prądu porażeniowego.

Dlaczego tak

Widoczny dym to głównie produkty rozkładu topnika, a kalafonia jest znanym czynnikiem uczulającym — przy wieloletniej pracy może wywołać astmę zawodową. Dlatego stanowisko lutownicze wyposaża się w pochłaniacz dymu z filtrem lub miejscowy wyciąg. Ołów w temperaturze lutowania prawie nie paruje, więc groźny nie jest dym, tylko ołów przeniesiony z rąk do ust — stąd zakaz jedzenia przy stanowisku.

Dlaczego tak

Człowiek odczuwa wyładowanie dopiero od ok. 3 kV, a cienki tlenek bramki tranzystora MOS przebija się przy znacznie niższych napięciach. Część uszkodzeń jest ukryta: element działa, ale z osłabioną strukturą i psuje się po tygodniach — to najdroższa postać szkody, bo trafia do klienta. Rezystory są na ESD znacznie mniej wrażliwe niż układy scalone.

Dlaczego tak

Wskaźnik dwubiegunowy mierzy napięcie między dwoma przewodami, więc jego wynik nie zależy od tego, jak monter stoi i czy jest odizolowany od ziemi. Sprawdzenie go na znanym źródle przed i po pomiarze wyklucza, że „brak napięcia” jest skutkiem uszkodzenia wskaźnika. Próbnik neonowy świeci dzięki prądowi płynącemu przez ciało do ziemi, więc np. na drewnianej drabinie może nie zaświecić na przewodzie pod napięciem.

Dlaczego tak

W kodzie trzycyfrowym dwie pierwsze cyfry to wartość, a trzecia — liczba zer, które należy dopisać: 47 i dwa zera, czyli 4700 Ω = 4,7 kΩ. Odczytanie kodu wprost jako 472 Ω to najczęstsza pomyłka. Ta sama reguła działa dla kondensatorów w pikofaradach, np. 104 to 100 000 pF = 100 nF.

Dlaczego tak

Kod pojemności odczytuje się w pikofaradach: 10 i cztery zera to 100 000 pF, czyli 100 nF lub 0,1 µF — to najpopularniejszy kondensator odsprzęgający przy zasilaniu układów scalonych. Odczytanie 104 pF pomija mnożnik. Wynik 10 nF powstaje przy dopisaniu trzech zer zamiast czterech, czyli po potraktowaniu trzeciej cyfry jak liczby wszystkich cyfr.

Dlaczego tak

1 MΩ to 1000 kΩ, więc 0,047 MΩ = 0,047 · 1000 kΩ = 47 kΩ. Przy przeliczaniu przedrostków pomaga zapisanie wartości w jednostce podstawowej: 0,047 · 1 000 000 Ω = 47 000 Ω. Wynik 4,7 kΩ bierze się z przesunięcia przecinka o jedno miejsce za mało — to typowy błąd przy przeskoku o trzy rzędy wielkości.

Dlaczego tak

Ostatni pasek w kodzie czteropaskowym to tolerancja: złoty oznacza ±5%, srebrny ±10%, a brązowy i czerwony — ±1% i ±2%, spotykane głównie w kodzie pięciopaskowym. Pomylenie złotego ze srebrnym jest łatwe, bo oba są metaliczne i przy słabym świetle wyglądają podobnie. Rezystory ±10% stosuje się tam, gdzie dokładna wartość nie ma znaczenia.

Dlaczego tak

Wzmocnienie napięciowe w decybelach to k_dB = 20·log(U_wy/U_we), więc 20 dB odpowiada log = 1, czyli stosunkowi 10. Wynik 100 razy dotyczy wzmocnienia mocy o 20 dB, liczonego ze wzoru 10·log(P_wy/P_we) — to źródło pomyłki. Wynik 20 razy powstaje po potraktowaniu decybeli jak zwykłej krotności.

Dlaczego tak

W połączeniu kaskadowym wzmocnienia wyrażone krotnościami się mnoży, a wyrażone w decybelach — dodaje, bo decybele są logarytmem: 20 dB + 6 dB = 26 dB, co odpowiada ok. 10 · 2 = 20 razy. Mnożenie wartości w decybelach (120 dB) to przeniesienie reguły z krotności na skalę logarytmiczną. Właśnie wygoda dodawania jest powodem, dla którego tory sygnałowe liczy się w dB.

Dlaczego tak

Moc wydzielana w rezystorze to P = U²/R, stąd U = √(P·R) = √(0,25 · 1000) = √250 ≈ 15,8 V. Wynik 250 V to iloczyn P·R bez pierwiastka. Przy wyższym napięciu rezystor przekroczy moc znamionową, nagrzeje się i zmieni wartość lub spali — dlatego przy doborze elementu sprawdza się moc, a nie tylko rezystancję.

Dlaczego tak

Na obu gałęziach jest to samo napięcie 12 V, więc prądy liczy się osobno: 12 V/2 kΩ = 6 mA i 12 V/3 kΩ = 4 mA; ze źródła płynie ich suma, 10 mA. To samo daje rezystancja zastępcza 1,2 kΩ: 12/1,2 = 10 mA. Wynik 2,4 mA powstaje, gdy rezystory potraktuje się jak szeregowe (5 kΩ).

Dlaczego tak

Natężenie pola elektrycznego mówi, jak szybko zmienia się potencjał wzdłuż drogi, dlatego mierzy się je w woltach na metr (równoważnie w niutonach na kulomb). Amper na metr to jednostka natężenia pola magnetycznego — nazwy obu wielkości są analogiczne, co sprzyja pomyłce. Farad na metr to jednostka przenikalności elektrycznej, a tesla — indukcji magnetycznej.

Dlaczego tak

Częstotliwość to odwrotność okresu: f = 1/T = 1/0,0005 s = 2000 Hz = 2 kHz. Wynik 500 Hz powstaje, gdy liczbę z okresu (0,5) potraktuje się jak tysiące herców. Pomocne jest zapamiętanie par: 1 ms ↔ 1 kHz, 1 µs ↔ 1 MHz — okres dwukrotnie krótszy od milisekundy daje dwukrotnie większą częstotliwość niż kiloherc.

Dlaczego tak

Stała czasowa τ = R·C = 10 000 Ω · 0,0001 F = 1 s. Po czasie τ kondensator ładuje się do ok. 63% napięcia źródła, a po ok. 5τ, czyli 5 s, uznaje się go za naładowany. Najwięcej błędów bierze się z przeliczenia mikrofaradów: 100 µF to 100·10⁻⁶ F, czyli 10⁻⁴ F, a nie 10⁻³ ani 10⁻⁵.

Dlaczego tak

X_C = 1/(2πfC) = 1/(2 · 3,14 · 1000 · 0,000001) = 1/0,00628 ≈ 159 Ω. Wynik 6,28 kΩ powstaje z pomnożenia zamiast podzielenia, czyli z użycia wzoru na reaktancję cewki. Przy dziesięciokrotnie wyższej częstotliwości reaktancja spadłaby do ok. 16 Ω — dlatego kondensatory przepuszczają sygnały zmienne wysokich częstotliwości, a blokują składową stałą.

Dlaczego tak

Atom fosforu ma pięć elektronów walencyjnych: cztery tworzą wiązania z krzemem, a piąty staje się elektronem swobodnym — stąd przewaga elektronów i nazwa „n” (negatywny). Domieszka trójwartościowa, np. bor, pozostawia brak elektronu w wiązaniu, czyli dziurę, i daje półprzewodnik typu p — pomylenie wartościowości z typem nośników to typowy błąd. German jest czterowartościowy, tak jak krzem, więc nie domieszkuje.

Dlaczego tak

W kierunku zaporowym przez złącze płynie bardzo mały prąd, ale fotony padające na złącze wytwarzają pary elektron–dziura, które pole złącza rozdziela — prąd wsteczny rośnie proporcjonalnie do oświetlenia. To czyni fotodiodę szybkim i liniowym czujnikiem. W kierunku przewodzenia prąd diody byłby o rzędy wielkości większy od fotoprądu i zmiany światła by w nim zginęły. Fotodioda może też pracować bez polaryzacji jako fotoogniwo, ale wolniej.

Dlaczego tak

W stanie aktywnym prąd kolektora jest β razy większy od prądu bazy: I_C = 100 · 50 µA = 5000 µA = 5 mA. Wynik 0,5 mA pojawia się przy błędnym przeliczeniu mikroamperów na miliampery. Zależność działa tylko w stanie aktywnym — w nasyceniu prąd kolektora ogranicza obwód zewnętrzny i jest mniejszy od β·I_B.

Dlaczego tak

Drgania podtrzymują się same, gdy sygnał po obejściu pętli wraca na wejście w tej samej fazie i nie słabszy niż był — to warunki fazy i amplitudy. Obwód sprzężenia, np. RC lub LC, spełnia warunek fazy tylko dla jednej częstotliwości i tę wytwarza generator. Wzmocnienie w pętli mniejsze od 1 wygasza drgania, a sprzężenie ujemne stabilizuje wzmacniacz zamiast go wzbudzać.

Dlaczego tak

Stosunek R2/R1 = 720/240 = 3, więc U_wy = 1,25 · (1 + 3) = 5 V. Wynik 3,75 V powstaje po pominięciu jedynki w nawiasie, czyli pomnożeniu napięcia odniesienia przez samo R2/R1. Napięcie 1,25 V to wartość, którą stabilizator utrzymuje między wyjściem a końcówką regulacyjną — stąd układ z R2 = 0 daje właśnie tyle.

Dlaczego tak

Indeks R oznacza kierunek wsteczny (reverse), a RM — wartość szczytową powtarzalną: U_RRM to największe napięcie w kierunku zaporowym, które dioda wytrzymuje w każdym okresie pracy. Przy doborze diody do prostownika sieciowego trzeba uwzględnić amplitudę, a nie wartość skuteczną napięcia. Napięcie przewodzenia oznacza się U_F (forward), a prąd średni — I_F(AV).

Dlaczego tak

Każde cztery bity od prawej tworzą jedną cyfrę szesnastkową: 1101 = 13 = D oraz 0110 = 6, więc wynik to D6. Odwrócenie kolejności (6D) wynika z grupowania od lewej lub z zapisania młodszej tetrady jako pierwszej. Liczba 214 to ta sama wartość w systemie dziesiętnym — poprawna, ale nie w systemie, o który pytano.

Dlaczego tak

W kodzie BCD każdą cyfrę dziesiętną koduje się osobno czterema bitami: 4 → 0100, 5 → 0101, stąd 0100 0101. Zapis 0010 1101 to naturalny kod binarny liczby 45, który łatwo pomylić z BCD, bo też jest ośmiobitowy. BCD stosuje się tam, gdzie liczbę trzeba wyświetlić cyframi, np. w licznikach z wyświetlaczami siedmiosegmentowymi.

Dlaczego tak

NAND to zanegowany iloczyn: iloczyn A·B jest równy 1 tylko dla obu jedynek, więc po zanegowaniu wyjście jest zerem wyłącznie w tym przypadku, a w pozostałych trzech — jedynką. Warunek „przynajmniej jedno wejście wysokie” opisuje, kiedy jedynkę daje bramka OR. Bramka NAND jest uniwersalna: z samych bramek NAND można zbudować każdą funkcję logiczną.

Dlaczego tak

EX-OR (alternatywa wykluczająca) daje 1 wtedy, gdy dokładnie jedno wejście ma stan 1, czyli gdy stany są różne; dla dwóch jedynek — w odróżnieniu od OR — daje 0. Z tego powodu stosuje się ją jako komparator jednobitowy i w układach sumatorów. Warunek dla dwóch jedynek jest pułapką zbudowaną na podobieństwie nazw EX-OR i OR.

Dlaczego tak

Każde dołączone wejście pobiera z wyjścia lub oddaje do niego prąd. Po przekroczeniu obciążalności napięcie wyjściowe wychodzi poza dopuszczalne poziomy i następne bramki mogą błędnie odczytywać stan. Fan-out podaje się dla bramek tej samej rodziny, np. 10 dla standardowego TTL. Czas opóźnienia to osobny parametr dynamiczny, zwiększający się zresztą z obciążeniem.

Dlaczego tak

Przerzutnik D zapamiętuje stan wejścia D w chwili aktywnego zbocza zegara i przechowuje go na wyjściu do następnego zbocza — dlatego służy do budowy rejestrów. Przepisywanie przez cały czas stanu wysokiego zegara to zachowanie zatrzasku (przerzutnika D wyzwalanego poziomem), stąd łatwe pomylenie. Zmiana stanu przy każdym zboczu opisuje przerzutnik T lub JK z J = K = 1.

Dlaczego tak

Cztery bity pozwalają zapisać 2⁴ = 16 różnych stanów, od 0000 do 1111, czyli od 0 do 15; po 15 licznik wraca do 0. Liczba 16 to liczba stanów, a nie największa wartość — pomylenie tych dwóch wielkości jest typowym błędem „o jeden”. Licznik dziesiętny (BCD) też ma cztery bity, ale jest przerywany po stanie 9.

Dlaczego tak

Negacja iloczynu jest sumą negacji: ¬(A·B) = ¬A + ¬B, a negacja sumy — iloczynem negacji: ¬(A+B) = ¬A·¬B. Przy przenoszeniu negacji przez nawias trzeba więc zamienić operator, a pozostawienie iloczynu (¬A·¬B) jest najczęstszym błędem. Dzięki temu prawu bramkę NAND można zastąpić bramką OR z zanegowanymi wejściami i odwrotnie.

Dlaczego tak

Wyłączenie wspólnego czynnika daje Y = A·(B + ¬B), a suma zmiennej i jej negacji zawsze wynosi 1, więc Y = A·1 = A. Wynik nie zależy od B, co widać też w tabeli prawdy: Y = 1 dokładnie wtedy, gdy A = 1. Odpowiedź Y = 1 powstaje, gdy zredukuje się cały nawias, zapominając o czynniku A przed nim.

Dlaczego tak

Dla wejść TTL stan niski to napięcie do 0,8 V, a wysoki — od 2,0 V; między nimi jest obszar nieokreślony. Wartość 3,5 V to próg stanu wysokiego dla układów CMOS zasilanych 5 V (70% napięcia zasilania), stąd pomyłka przy mieszaniu obu rodzin. Z tej różnicy wynika, że wyjście TTL może nie wysterować pewnie wejścia CMOS 5 V bez rezystora podciągającego.

Dlaczego tak

Sonda 10:1 podaje na wejście oscyloskopu dziesięciokrotnie mniejsze napięcie niż w badanym punkcie. Odczyt 2,5 działki × 1 V/dz = 2,5 V trzeba więc pomnożyć przez 10, co daje 25 V. Wynik 0,25 V powstaje, gdy przez 10 podzieli się zamiast pomnożyć. Nowoczesne oscyloskopy uwzględniają sondę automatycznie po ustawieniu jej tłumienia w menu kanału.

Dlaczego tak

Funkcja testu diod przepuszcza przez element mały prąd i pokazuje spadek napięcia: w kierunku przewodzenia dla złącza krzemowego ok. 0,5–0,7 V, a w zaporowym prąd nie płynie i miernik pokazuje przekroczenie zakresu. Zero w obu kierunkach oznacza diodę przebitą (zwarcie), a OL w obu — przerwę. Wynik podobny w obu kierunkach świadczy o uszkodzeniu albo o elemencie dołączonym równolegle na płytce.