Test ELM.05 — zestaw 2

Dlaczego tak

Opis objawów to najtańsze źródło informacji diagnostycznej, jakie technik ma do dyspozycji — kiedy usterka pojawia się, po jakim czasie, czy poprzedziło ją zdarzenie. Pytania doprecyzowujące wydobywają te fakty, a powtórzenie własnymi słowami pozwala od razu wychwycić nieporozumienie, zanim zamieni się w naprawę nie tego, co zepsute. Odsyłanie klienta albo wymaganie od niego diagnozy przenosi na niego zadanie, którego wykonanie jest usługą, za którą płaci.

Dlaczego tak

Dla wzmacniacza nieodwracającego wzmocnienie wynosi k = 1 + R_f/R₁ = 1 + 90 kΩ/10 kΩ = 1 + 9 = 10. Jedynka w tym wzorze bierze się stąd, że sygnał wchodzi bezpośrednio na wejście nieodwracające, więc układ nie może wzmacniać słabiej niż jeden raz. Wynik 9 to wzmocnienie układu odwracającego przy tych samych rezystorach — tam wzór nie ma składnika jedynkowego.

Dlaczego tak

Wzmacniacz nie wytworzy na wyjściu napięcia większego niż to, którym sam jest zasilany — gdy iloczyn amplitudy wejściowej i wzmocnienia przekracza tę granicę, wierzchołki zostają ścięte. Objaw ustępuje po zmniejszeniu amplitudy wejściowej albo wzmocnienia. Zbyt mała amplituda dawałaby przebieg niezniekształcony, a zbyt wysoka częstotliwość ujawnia się inaczej: zbocza stają się skośne, bo ogranicza je szybkość narastania napięcia wyjściowego.

Dlaczego tak

Okres to iloczyn liczby działek i wartości podstawy czasu: T = 4 · 0,5 ms = 2 ms. Częstotliwość jest odwrotnością okresu: f = 1/T = 1/0,002 s = 500 Hz. Najczęstszy błąd to pominięcie przeliczenia milisekund na sekundy — daje wtedy wynik tysiąckrotnie zaniżony.

Dlaczego tak

Zabrudzone albo niedopchnięte złącze jest najczęstszą przyczyną braku sygnału w torze światłowodowym: pojedyncza drobina kurzu na czole ferruli ma rozmiar porównywalny ze średnicą rdzenia jednomodowego i potrafi wygasić transmisję całkowicie. Sprawdza się to najszybciej i bez żadnej ingerencji w tor. Dopiero gdy złącza są sprawne, sięga się po reflektometr, żeby zlokalizować uszkodzenie na długości włókna.

Dlaczego tak

Zasilacz impulsowy, który wykryje przeciążenie albo zwarcie na wyjściu, wyłącza się i po chwili próbuje wystartować ponownie. Powtarzane cykle dają charakterystyczny pisk transformatora przy niskiej częstotliwości powtarzania i pulsujące napięcie wyjściowe. Przyczyny szuka się więc po stronie obciążenia albo w samym obwodzie wyjściowym — najczęściej jest to zwarty kondensator albo uszkodzony odbiornik, a nie temperatura czy uziemienie.

Dlaczego tak

Wartość informacji o opóźnieniu maleje z każdą godziną zwłoki — klient uprzedzony dzień wcześniej może przestawić własne plany, poinformowany w dniu odbioru już nie. Dlatego zgłasza się je w chwili, gdy stają się znane, wraz z przyczyną i nowym terminem. Wydanie urządzenia niedokończonego przenosi problem na klienta i zwykle kończy się drugą wizytą.

Dlaczego tak

Masa sondy typowego oscyloskopu jest połączona z przewodem ochronnym sieci. Obwód pierwotny zasilacza jest połączony galwanicznie z siecią, więc przypięcie tam masy sondy zwiera punkt pod potencjałem sieci do ziemi — płynie prąd zwarciowy, sonda i ścieżki się spalają, a przy dłoni powstaje łuk. Dlatego takie urządzenia bada się przez transformator separacyjny lub sondą różnicową.

Dlaczego tak

Spuchnięcie oznacza rozkład elektrolitu i wydzielanie gazu w ogniwie. Przebicie lub zgniecenie może zwrzeć elektrody i wywołać gwałtowny pożar, którego nie da się łatwo ugasić, a ładowanie przyspiesza reakcje. Uszkodzony akumulator odłącza się, izoluje od palnych materiałów i przekazuje jako odpad niebezpieczny. W śmieciarce, pod naciskiem prasy, taki akumulator zapala się regularnie.

Dlaczego tak

Nadajniki pracują w paśmie podczerwieni, np. 1310 i 1550 nm, której oko nie widzi — nie wywołuje więc odruchu zamknięcia powieki, a skupiona na siatkówce wiązka może ją trwale uszkodzić. Brak widocznego światła nie oznacza braku sygnału. Obecność sygnału sprawdza się miernikiem mocy optycznej, a czoło złącza ogląda mikroskopem z filtrem przy wyłączonym nadajniku.

Dlaczego tak

W kodzie pięciopaskowym trzy pierwsze paski to cyfry (brązowy 1, czarny 0, czarny 0 → 100), czwarty to mnożnik (czerwony = 100), a piąty — tolerancja (brązowy = ±1%). Wynik: 100 · 100 = 10 000 Ω = 10 kΩ ±1%. Przy odczytywaniu jak kodu czteropaskowego czerwony pasek staje się cyfrą, a brązowy mnożnikiem — i stąd wartości przesunięte o rząd wielkości.

Dlaczego tak

1 nF = 1000 pF, więc 2200 pF = 2200/1000 nF = 2,2 nF. Kolejne przedrostki pF → nF → µF różnią się o tysiąc, a nie o dziesięć, i przy pośpiechu łatwo przesunąć przecinek o jedną pozycję, co daje 22 nF lub 0,22 nF. Na kondensatorze ta sama wartość może mieć nadruk „222”.

Dlaczego tak

W stanie jałowym wyjście czwórnika pozostaje nieobciążone — rozwarte — więc prąd wyjściowy wynosi zero, a napięcie wyjściowe jest największe. W stanie zwarcia zaciski wyjściowe łączy się bezpośrednio i napięcie wyjściowe jest zerowe. Oba stany graniczne pozwalają wyznaczyć parametry czwórnika. Brak sygnału na wejściu nie ma nazwy stanu pracy czwórnika.

Dlaczego tak

Na górnym rezystorze musi odłożyć się 9 − 3 = 6 V, a na dolnym 3 V. Napięcia dzielą się proporcjonalnie do rezystancji, więc R₂/R₁ = 3/6 = 0,5 i R₂ = 1 kΩ. Wynik 6 kΩ powstaje, gdy odwróci się proporcję. Dzielnik daje takie napięcie tylko bez obciążenia — każdy odbiornik dołączony do dolnego rezystora obniży je.

Dlaczego tak

Z zależności P = U·I prąd wynosi I = P/U = 6 W / 12 V = 0,5 A. Wynik 2 A to iloraz U/P, bez sensu fizycznego, a 72 to iloczyn obu liczb. Rezystancja żarówki w stanie pracy to U/I = 24 Ω; na zimno jest kilkakrotnie mniejsza, więc prąd w chwili włączenia jest znacznie większy niż 0,5 A.

Dlaczego tak

W połączeniu szeregowym dodaje się odwrotności pojemności: 1/C = 1/3 + 1/3 + 1/3 = 1, więc C = 1 µF. Dla n jednakowych kondensatorów wynik to C/n. Wynik 9 µF to pojemność połączenia równoległego. Połączenie szeregowe zmniejsza pojemność, ale zwiększa dopuszczalne napięcie, bo rozkłada się ono na wszystkie kondensatory.

Dlaczego tak

Cewka przeciwdziała zmianom prądu, więc prąd narasta z opóźnieniem względem napięcia — w idealnej cewce o ćwierć okresu, czyli 90°. W kondensatorze jest odwrotnie: prąd wyprzedza napięcie o 90°, bo najpierw płynie ładunek, a dopiero potem rośnie napięcie. Te dwa przypadki łatwo zamienić; pomocna jest reguła: w cewce napięcie przed prądem, w kondensatorze prąd przed napięciem.

Dlaczego tak

Iloczyn RC = 1000 · 159·10⁻⁹ = 1,59·10⁻⁴ s, a 2πRC ≈ 10⁻³ s, więc f ≈ 1000 Hz. Wartość 159 nF dobrano tak, by 2π skróciło się z liczbą 159 — to dobry sposób na sprawdzanie rachunków. Przy częstotliwości granicznej napięcie wyjściowe spada do ok. 0,707 wejściowego, czyli o 3 dB. Wynik 6,3 kHz powstaje po pomnożeniu przez 2π zamiast podzielenia.

Dlaczego tak

Moc wydzielana w diodzie Zenera to iloczyn napięcia Zenera i prądu, więc I_max = P/U_Z = 0,5 / 5,1 ≈ 0,098 A ≈ 98 mA. Wynik 2,55 A to iloczyn, a nie iloraz, obu liczb. W praktyce prąd ustala rezystor szeregowy, który dobiera się tak, aby nawet bez obciążenia prąd diody nie przekroczył tej wartości.

Dlaczego tak

W układzie Darlingtona prąd emitera pierwszego tranzystora staje się prądem bazy drugiego, więc wzmocnienia się mnożą: β ≈ β₁·β₂ = 50 · 40 = 2000. Wynik 90 to suma, która odpowiadałaby równoległej pracy tranzystorów. Ceną tak dużego wzmocnienia jest podwojony spadek napięcia baza–emiter (ok. 1,2–1,4 V) i większe napięcie nasycenia.

Dlaczego tak

W klasie B każdy tranzystor przewodzi tylko pół okresu i żaden nie przewodzi w pobliżu zera, dopóki napięcie nie przekroczy progu baza–emiter — w sygnale powstaje „schodek”, czyli zniekształcenie skrośne. Mały prąd spoczynkowy w klasie AB sprawia, że tranzystory są już lekko otwarte i przejmują sygnał płynnie. Sprawność jest nieco niższa niż w klasie B, ale znacznie wyższa niż w klasie A.

Dlaczego tak

Sygnał zmienny przesuwa punkt pracy w górę i w dół. Punkt w środku obszaru aktywnego daje jednakowy zapas w obu kierunkach, więc przebieg może się zmieniać symetrycznie, zanim dotknie nasycenia lub odcięcia i zostanie obcięty. Stany nasycenia i odcięcia wykorzystuje się w pracy kluczującej, a nie we wzmacnianiu liniowym.

Dlaczego tak

Stosunek napięć to 2 V / 0,02 V = 100, a w decybelach 20·log(100) = 20 · 2 = 40 dB. Wynik 20 dB powstaje przy użyciu wzoru dla mocy (10·log) zamiast dla napięcia. 100 dB to pomylenie krotności z decybelami. Pomiar wzmocnienia wykonuje się przy sygnale na tyle małym, by wyjście nie było obcinane.

Dlaczego tak

Pierwsza cyfra ma wagę 16, druga 1: 3 · 16 + F (15) · 1 = 48 + 15 = 63. Wynik 48 pomija młodszą cyfrę, a 315 powstaje po odczytaniu F jako 15 dopisanego do 3. Liczba 3F szesnastkowo to 00111111 binarnie — sześć jedynek, co ułatwia sprawdzenie: 2⁶ − 1 = 63.

Dlaczego tak

W kodzie U2 liczbę ujemną tworzy się, negując bity liczby dodatniej i dodając 1: 00000001 → 11111110 → 11111111. Sprawdzenie: 11111111 + 00000001 daje 00000000 z przeniesieniem poza 8 bitów, czyli −1 + 1 = 0. Zapis 10000001 to −1 w kodzie znak-moduł, a 11111110 — w kodzie uzupełnień do jedności, stąd łatwe pomyłki.

Dlaczego tak

NOR to zanegowana suma: suma logiczna jest zerem tylko wtedy, gdy oba wejścia są zerami, więc po negacji wyjście jest jedynką wyłącznie dla dwóch zer. „Przynajmniej jedno wejście wysokie” opisuje, kiedy jedynkę daje OR, czyli dokładnie przypadki, w których NOR daje zero. Bramka NOR, podobnie jak NAND, jest uniwersalna.

Dlaczego tak

Wejścia adresowe wybierają jedno z ośmiu wejść danych, a do zapisania ośmiu różnych numerów potrzeba 3 bitów (2³ = 8). Osiem to liczba wejść danych, a 256 = 2⁸ — liczba kombinacji, jakie dałoby osiem wejść adresowych. Multiplekser stosuje się do przełączania wielu sygnałów na jedną linię, np. przy odczycie klawiatury.

Dlaczego tak

Wyświetlacz ma siedem segmentów, a cyfra dziesiętna zapisana w BCD — cztery bity. Dekoder przelicza każdą kombinację 0–9 na zestaw siedmiu sygnałów, np. dla „1” zapala tylko segmenty b i c. Liczy impulsy licznik, który zwykle stoi przed dekoderem. Prąd segmentów ograniczają rezystory, a nie sam dekoder.

Dlaczego tak

Gdy oba wejścia mają ten sam stan A, bramka NAND daje ¬(A·A) = ¬A, czyli neguje sygnał. Równie dobrze można podać A na jedno wejście, a drugie połączyć ze stanem wysokim. Połączenie wejścia z masą (stan niski) wymusza na wyjściu stale jedynkę, niezależnie od sygnału. To jeden z kroków pokazujących, że z samych bramek NAND można zbudować każdą funkcję.

Dlaczego tak

Sonda logiczna porównuje napięcie z progami rodziny logicznej i sygnalizuje diodami stan 1, stan 0 albo napięcie nieokreślone, a często także impulsy, nawet bardzo krótkie. Pozwala szybko sprawdzić, czy sygnał dochodzi do wejścia. Nie mierzy dokładnych wartości napięcia — do tego służy multimetr — ani nie pokazuje kształtu przebiegu jak oscyloskop.

Dlaczego tak

Napięcie międzyszczytowe to 4 · 2 V = 8 V, amplituda jest jego połową, 4 V, a wartość skuteczna sinusoidy — amplitudą podzieloną przez √2: 4/1,414 ≈ 2,83 V. Wynik 5,66 V powstaje po podzieleniu przez √2 napięcia międzyszczytowego zamiast amplitudy. Multimetr AC zmierzy właśnie wartość skuteczną, więc wynik 2,83 V pozwala porównać oba przyrządy.

Dlaczego tak

Transformator zasilacza oddziela obwód dotykalny od sieci, ale sterownik po stronie pierwotnej musi wiedzieć, jakie jest napięcie na wyjściu. Transoptor przenosi tę informację światłem, zachowując izolację wymaganą dla bezpieczeństwa. Uszkodzony transoptor lub element odniesienia przy nim to częsta przyczyna zbyt wysokiego napięcia wyjściowego albo cyklicznego wyłączania się zasilacza.

Dlaczego tak

Mieszacz łączy sygnał z anteny z sygnałem heterodyny, której częstotliwość zmienia się razem ze strojeniem; na wyjściu powstaje sygnał o stałej częstotliwości różnicowej — pośredniej. Dzięki temu główne wzmocnienie i selektywność zapewniają filtry pracujące zawsze na tej samej częstotliwości. Demodulator występuje dopiero za torem częstotliwości pośredniej.

Dlaczego tak

Sprawny mostek prostuje obie połówki sinusoidy i daje tętnienia 100 Hz. Gdy jedna dioda ma przerwę, jedna połówka przestaje być prostowana: kondensator doładowuje się raz na okres, tętnienia mają 50 Hz i są większe, bo przerwa w doładowaniu jest dwukrotnie dłuższa. Większa pojemność zmniejszyłaby tętnienia, a mniejsze obciążenie też by je zmniejszyło.

Dlaczego tak

Tłumienie włókna jest proporcjonalne do długości: 0,35 dB/km · 20 km = 7 dB. W bilansie łącza dodaje się do tego straty na spawach i złączach, np. po kilka dziesiątych decybela na każde, oraz zapas eksploatacyjny. Wynik 57 dB powstaje przy dzieleniu długości przez tłumienność, co nie ma sensu fizycznego.

Dlaczego tak

Promień padający na granicę z ośrodkiem o mniejszym współczynniku załamania pod kątem większym od granicznego odbija się w całości. Rdzeń i płaszcz są ze szkła o nieco różnych współczynnikach, więc światło wprowadzone pod odpowiednim kątem odbija się od płaszcza wielokrotnie. Nie ma tam metalu ani próżni. Zbyt ostre zgięcie włókna zmienia kąt padania i światło zaczyna uciekać — stąd minimalny promień gięcia.

Dlaczego tak

Rdzeń jednomodowy ma ok. 9 µm, tak mały, że prowadzi tylko jeden mod światła, co eliminuje dyspersję międzymodową i pozwala przesyłać sygnał na dziesiątki kilometrów. Średnice 50 i 62,5 µm mają rdzenie włókien wielomodowych. 125 µm to średnica płaszcza — jednakowa w obu rodzajach, dlatego łatwo ją pomylić z rdzeniem.

Dlaczego tak

Tłumienność szkła kwarcowego jest najmniejsza w podczerwieni: w oknie ok. 1310 nm i jeszcze mniejsza w oknie ok. 1550 nm, gdzie wynosi ok. 0,2 dB/km. Światło widzialne, 400–700 nm, byłoby tłumione znacznie silniej. Okno ok. 850 nm stosuje się w krótkich łączach wielomodowych. Wszystkie te długości fali są niewidoczne dla oka.

Dlaczego tak

Jednostka dBm odnosi moc do 1 mW: 0 dBm = 1 mW, każde −10 dB to dziesięciokrotny spadek, więc −10 dBm = 0,1 mW. Moc nie może być ujemna — znak minus dotyczy logarytmu, a nie mocy. Zapis w dBm pozwala liczyć bilans łącza dodawaniem: moc nadajnika w dBm minus straty w dB daje moc na odbiorniku w dBm.

Dlaczego tak

Bluetooth wykorzystuje nielicencjonowane pasmo 2,4 GHz, to samo co część sieci Wi-Fi, i skacze po kanałach, by ograniczyć wzajemne zakłócenia. Pasmo 433 MHz stosuje się m.in. w pilotach i prostych czujnikach bezprzewodowych, a 60 GHz — w bardzo szybkich łączach na krótkie odległości. Wspólne pasmo 2,4 GHz tłumaczy, dlaczego przeciążone Wi-Fi potrafi zakłócać słuchawki.