Test ELM.02 — zestaw 9

Dlaczego tak

Transoptor zawiera diodę LED i fotoelement w jednej obudowie — sygnał przenoszony jest światłem, więc obwód mikrokontrolera nie ma połączenia elektrycznego z siecią. Optotriak steruje bezpośrednio bramką triaka mocy. Rezystor, kondensator czy dioda Zenera łączą oba obwody galwanicznie, więc napięcie sieci mogłoby przedostać się do mikrokontrolera.

Dlaczego tak

Układ 555 w konfiguracji astabilnej, z dwoma rezystorami i kondensatorem, generuje przebieg prostokątny o częstotliwości zależnej od RC — to jeden z najpopularniejszych generatorów. W trybie monostabilnym wytwarza pojedyncze impulsy. Stabilizatorem 5 V jest np. 7805, a wzmacniaczem audio np. TDA2030.

Dlaczego tak

Przy zasilaniu 12 V napięcie U_CE = 6 V to połowa napięcia zasilania, a tranzystor przewodzi prąd 5 mA — punkt leży w środku prostej obciążenia, w obszarze aktywnym, co daje największy symetryczny zakres sygnału we wzmacniaczu. W nasyceniu U_CE byłoby bliskie zeru, w odcięciu prąd bliski zeru, a przebicie oznacza uszkodzenie.

Dlaczego tak

P_tot to maksymalna moc, jaką tranzystor może rozproszyć w postaci ciepła (zwykle przy temperaturze obudowy 25°C) — iloczyn U_CE · I_C nie może jej przekroczyć. Przy wyższej temperaturze dopuszczalna moc maleje. Częstotliwość graniczną oznacza się f_T, napięcie przebicia — U_(BR), a prąd upływu — np. I_CBO.

Dlaczego tak

Sonda 10:1 ma kondensator kompensacyjny, który trzeba dopasować do pojemności wejściowej oscyloskopu — na sygnale kalibracyjnym ustawia się go tak, by przebieg prostokątny miał płaskie wierzchołki. Nieskompensowana sonda zniekształca zbocza. Odłączanie masy sondy wprowadza zakłócenia, a megaomomierzem można sondę uszkodzić.

Dlaczego tak

Okres T = 4 dz · 50 µs = 200 µs, więc f = 1 / 200 µs = 5 kHz. Stan wysoki trwa 1 z 4 działek, czyli wypełnienie wynosi 25%. 75% to czas stanu niskiego, a 200 Hz — pomyłka jednostek (mikrosekundy przyjęte jako milisekundy).

Dlaczego tak

Minimalny prąd bazy potrzebny do uzyskania prądu kolektora 50 mA to 50 mA / 100 = 0,5 mA. W kluczach stosuje się zapas, aby tranzystor pewnie wchodził w nasycenie mimo rozrzutu β — przy pięciokrotnym zapasie I_B ≈ 2,5 mA. 0,5 mA to prąd bez zapasu, a 50 mA — prąd kolektora pomylony z prądem bazy.

Dlaczego tak

Prąd przez rezystor: I_R = (12 − 5,1) / 220 = 6,9 / 220 ≈ 31 mA. Obciążenie pobiera 10 mA, więc przez diodę płynie 31 − 10 = 21 mA. 31 mA to prąd całkowity, a 55 mA powstaje po podzieleniu 12 V przez 220 Ω bez odjęcia napięcia Zenera. Trzeba sprawdzić, czy moc diody (5,1 · 0,021 ≈ 0,11 W) nie przekracza dopuszczalnej.

Dlaczego tak

Pojemność kondensatora płaskiego C = ε · S / d rośnie proporcjonalnie do powierzchni okładek S i przenikalności dielektryka ε, a maleje wraz z odległością d. Zastąpienie dielektryka powietrzem zmniejsza ε, a więc i pojemność. Dlatego kondensatory o dużej pojemności mają cienkie dielektryki o dużej przenikalności.

Dlaczego tak

Amplituda wynosi 311 V, więc wartość skuteczna U = 311 / √2 ≈ 220 V. Pulsacja ω = 314 rad/s = 2πf, więc f = 314 / 6,28 = 50 Hz. Pomylenie amplitudy z wartością skuteczną daje 311 V, a pomylenie pulsacji z częstotliwością — 314 Hz.

Dlaczego tak

X_L = 2π · f · L = 6,283 · 1000 · 0,01 = 62,8 Ω. Wynik 10 Ω pomija 2π, 6,28 kΩ i 0,628 Ω to pomyłki w przeliczeniu milihenrów. Reaktancja cewki rośnie proporcjonalnie do częstotliwości, dlatego cewki tłumią sygnały wysokiej częstotliwości.

Dlaczego tak

Analizator stanów logicznych rejestruje jednocześnie wiele sygnałów cyfrowych i pokazuje ich przebiegi w czasie, a często dekoduje protokoły, np. I²C czy SPI. Oscyloskop ma zwykle 2–4 kanały, multimetr pokazuje jedną wartość, a megaomomierz i miernik RLC służą do pomiarów elementów, nie sygnałów.

Dlaczego tak

Zapis „10n” oznacza 10 nF (litera zastępuje przecinek i mnożnik), X7R to klasa dielektryka ceramicznego o umiarkowanej zależności pojemności od temperatury (±15% w zakresie −55…+125°C), a 50V — napięcie znamionowe. Nie jest to tolerancja ani temperatura pracy, a tym bardziej oznaczenie rezystora.

Dlaczego tak

Przedrostek giga oznacza 10⁹, a mega — 10⁶, więc 1 GHz = 1000 MHz i 2,4 GHz = 2400 MHz. Wyniki 240 i 24 000 MHz to pomyłki o jeden rząd wielkości, a 0,0024 MHz powstaje po dzieleniu zamiast mnożenia. To częstotliwość używana np. przez Wi-Fi i Bluetooth.

Dlaczego tak

Wyższa temperatura dostarcza energii, która wyrywa elektrony z wiązań i tworzy pary elektron–dziura — liczba nośników rośnie, więc rezystywność maleje. Dlatego półprzewodniki mają ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji, odwrotnie niż metale, i dlatego tranzystory mogą ulec termicznej ucieczce. Dziury i elektrony powstają parami.

Dlaczego tak

Termistor PTC typu przełączającego ma niewielką rezystancję do temperatury przełączenia (Curie), po czym jego rezystancja rośnie o kilka rzędów wielkości — dlatego stosuje się go jako samoresetujące zabezpieczenie i czujnik przegrzania. Spadek rezystancji z temperaturą jest cechą termistorów NTC, a zależność od światła — fotorezystorów.

Dlaczego tak

Pełne ujemne sprzężenie zwrotne sprawia, że napięcie wyjściowe dąży do równości z napięciem na wejściu nieodwracającym — wzmocnienie wynosi 1, a układ ma bardzo dużą rezystancję wejściową i małą wyjściową, więc służy jako bufor. Wzmocnienie −1 daje układ odwracający z równymi rezystorami, komparator z histerezą wymaga dodatniego sprzężenia, a integrator — kondensatora w pętli.

Dlaczego tak

Sygnał analogowy jest ciągły w czasie i w amplitudzie — napięcie z mikrofonu odwzorowuje zmiany ciśnienia akustycznego. Sygnał cyfrowy przyjmuje tylko określone poziomy (np. 0 i 1), a dyskretyzacja amplitudy następuje dopiero w przetworniku A/C. Sygnał binarny szeregowy to ciąg bitów.

Dlaczego tak

Pojemność elektryczną wyraża się w faradach: 1 F to pojemność kondensatora, który przy napięciu 1 V gromadzi ładunek 1 C. W praktyce stosuje się mikro-, nano- i pikofarady. Henr jest jednostką indukcyjności, simens — konduktancji, a kulomb — ładunku.

Dlaczego tak

Częstościomierz cyfrowy zlicza okresy sygnału w precyzyjnie odmierzanym czasie i podaje częstotliwość z dokładnością zależną od wzorca kwarcowego. Oscyloskop też pozwala wyznaczyć częstotliwość, ale mniej dokładnie. Woltomierz, omomierz i amperomierz cęgowy nie mierzą częstotliwości.

Dlaczego tak

Stop Sn63Pb37 jest eutektyczny, więc przechodzi ze stanu stałego w ciekły w jednej temperaturze — ok. 183°C, co ułatwia lutowanie i daje połączenia bez stanu „papkowatego”. 232°C to temperatura topnienia czystej cyny, a 327°C — czystego ołowiu. Luty bezołowiowe SAC topią się w ok. 217–220°C.

Dlaczego tak

Topniki „no-clean” zostawiają niewielkie, niekorozyjne i nieprzewodzące pozostałości, więc w większości zastosowań nie trzeba ich zmywać. Topniki aktywne (np. wodorozpuszczalne) zostawiają pozostałości korozyjne, które trzeba usunąć. Pozostałości no-clean nie powodują zwarć ani nie rozpuszczają miedzi.

Dlaczego tak

Poprawne połączenie powstaje, gdy grot podgrzewa jednocześnie wyprowadzenie i pole, a lut podany do miejsca styku rozpływa się i zwilża obie powierzchnie. Przenoszenie kropli lutu na zimne pole daje zimny lut z brakiem zwilżenia. Klejenie nie zastępuje połączenia elektrycznego.

Dlaczego tak

Pasta lutownicza, czyli zawiesina drobnych kulek lutu w topniku, jest drukowana przez szablon ze stali na pola lutownicze; następnie układa się elementy, a w piecu rozpływowym pasta topi się i tworzy połączenia. Nakładanie pasty po lutowaniu nie ma sensu, a elementy przewlekane lutuje się zwykle na fali lub ręcznie.

Dlaczego tak

Zginanie wyprowadzeń tuż przy korpusie może pęknąć korpus lub uszkodzić połączenie wyprowadzenia z elementem, dlatego zachowuje się niewielki odstęp i zgina łagodnym łukiem, np. na przyrządzie do formowania. Rozstaw zagiętych końcówek musi odpowiadać rozstawowi otworów. Skręcanie i skracanie przed przewleczeniem uniemożliwia montaż.

Dlaczego tak

Pasek z minusami oznacza wyprowadzenie ujemne — musi trafić na pole ujemne. Odwrotnie wlutowany kondensator elektrolityczny po podaniu napięcia nagrzewa się, może wyciekać, a nawet eksplodować, niezależnie od wartości napięcia. Zmiana oznaczeń na płytce nie zmienia połączeń w obwodzie.

Dlaczego tak

Rezystor dziesięciokrotnie mniejszy zmieni punkt pracy lub wzmocnienie układu — trzeba go wymienić na wartość ze schematu i odnotować korektę w dokumentacji kontroli. Zmiana schematu wymaga decyzji konstruktora, a dodanie rezystora równolegle jeszcze zmniejszy rezystancję (do 500 Ω).

Dlaczego tak

Dysza dobrana do wielkości układu i odpowiednia temperatura pozwalają roztopić lut na wszystkich wyprowadzeniach jednocześnie; sąsiednie elementy, zwłaszcza z tworzyw, osłania się taśmą kaptonową lub folią aluminiową. Zbyt wysoka temperatura i długi czas uszkodzą płytkę, a podważanie przed roztopieniem lutu zrywa pola.

Dlaczego tak

BGA (Ball Grid Array) ma wyprowadzenia w postaci kulek lutu rozmieszczonych w siatce pod układem — pozwala to zmieścić setki połączeń na małej powierzchni, ale utrudnia kontrolę: połączeń nie widać, sprawdza się je rentgenem. Wyprowadzenia z dwóch boków mają obudowy DIP i SOIC, a śruby mocujące — obudowy elementów mocy.

Dlaczego tak

Wejście zasilacza w ograniczenie prądu z dużym spadkiem napięcia świadczy o zwarciu lub bardzo dużym poborze prądu — np. odwrotnie wlutowanym kondensatorze, mostku lutowniczym czy uszkodzonym elemencie. Trzeba wyłączyć zasilanie i znaleźć przyczynę. Zwiększenie ograniczenia prądu lub jego wyłączenie spali elementy.

Dlaczego tak

Jeżeli przez rezystor kolektorowy nie płynie prąd, nie ma na nim spadku napięcia i na kolektorze pojawia się pełne napięcie zasilania — tranzystor jest odcięty, np. z powodu przerwy w dzielniku bazy, zimnego lutu lub uszkodzenia. Zbyt duży prąd lub zwarcie C–E obniżyłyby napięcie na kolektorze niemal do zera.

Dlaczego tak

Zamiennik musi dawać to samo napięcie wyjściowe (12 V), dostarczać co najmniej taki sam prąd, pasować do obudowy i mieć identyczny rozkład wyprowadzeń — niektóre stabilizatory mają inną kolejność wejścia, masy i wyjścia. Kolor, producent czy cena nie decydują o zgodności.

Dlaczego tak

Analiza z przemiataniem parametru lub źródła wykonuje serię obliczeń dla kolejnych wartości wybranego elementu i pokazuje, jak zmienia się wynik — tu napięcie wyjściowe w funkcji rezystancji. Analiza szumowa wyznacza szumy, analiza Fouriera — widmo sygnału, a analiza czasowa — przebiegi w czasie.

Dlaczego tak

Stare kondensatory olejowe mogły zawierać polichlorowane bifenyle (PCB), świetlówki podświetlenia ekranów zawierają rtęć, a baterie — metale ciężkie i elektrolity. Takie elementy wydziela się i przekazuje do unieszkodliwiania. Rezystory, złącza, radiatory i śruby nie stanowią szczególnego zagrożenia.

Dlaczego tak

Lutowanie od elementów najniższych do najwyższych pozwala położyć płytkę na blacie tak, by elementy nie wypadały, i zapewnia łatwy dostęp grotem. Wysokie elementy wlutowane na początku przeszkadzałyby przy montażu niskich. Przypadkowa kolejność sprzyja pomyłkom i pominięciom.

Dlaczego tak

Sygnały satelitarne o częstotliwościach rzędu 11–12 GHz byłyby silnie tłumione w kablu koncentrycznym, dlatego konwerter LNB wzmacnia je i obniża częstotliwość do pasma pośredniego ok. 950–2150 MHz. Odbiornik zasila konwerter napięciem 13/18 V przez ten sam kabel. LNB nie wytwarza sygnału audio ani napięcia 230 V.

Dlaczego tak

Czujka magnetyczna składa się z kontaktronu na ościeżnicy i magnesu na skrzydle drzwi — gdy drzwi się otwierają, magnes się oddala, styki kontaktronu zmieniają stan i centrala rejestruje naruszenie. Ruch wykrywa czujka PIR, dym — czujka dymu, a zbicie szyby — czujka akustyczna.

Dlaczego tak

Czytnik odczytuje identyfikator zapisany w karcie lub breloku (np. RFID) i przekazuje go do kontrolera, który decyduje, czy zwolnić zamek lub zworę. Nie mierzy temperatury, nie nagrywa obrazu i nie zasila czujek — to zadania innych urządzeń.

Dlaczego tak

Cyfra 6 na pierwszym miejscu oznacza pyłoszczelność, a cyfra 7 na drugim — ochronę przed skutkami chwilowego zanurzenia w wodzie (do ok. 1 m na 30 minut). Takie obudowy stosuje się np. w kamerach i czujnikach zewnętrznych. Ochrona przed dotykiem palcem to cyfra 2, a przed kroplami padającymi pionowo — cyfra 1 na drugiej pozycji.

Dlaczego tak

Przewody energetyczne wytwarzają pola, które indukują zakłócenia w przewodach sygnałowych (przydźwięk, pasy na obrazie), a wspólne prowadzenie grozi też przeniesieniem napięcia sieci przy uszkodzeniu izolacji. Dlatego zachowuje się odstęp lub stosuje oddzielne kanały z przegrodą. Owijanie i wspólne rurki nasilają zakłócenia.