KWALIFIKACJA ELM5 - CZERWIEC 2018

PYTANIE NR 12.
Który układ połączeń rezystora i diody należy podłączyć do zacisków a-b urządzenia przedstawionego na rysunku, aby pracował on jako wskaźnik włączenia napięcia zasilania? Dane diody: UN=2 V, IN=20 mA.
Ilustracja przedstawia schematy czterech różnych układów połączeń rezystora i diody, które mogą być podłączone do zacisków
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Wskaźnik obecności zasilania z diody (np. LED) wymaga ograniczenia prądu, dlatego diodę łączy się z rezystorem szeregowo i podłącza do zacisków zasilania z właściwą polaryzacją.
Parametry UN=2 V oraz IN=20 mA oznaczają, że układ musi zapewnić ok. 20 mA, a "nadwyżkę" napięcia przejąć na rezystorze.

Pełne wyjaśnienie:

Układ pełniący rolę wskaźnika włączenia napięcia zasilania z użyciem diody (typowo LED) powinien świecić wtedy, gdy na zaciskach a-b pojawia się napięcie. Aby było to bezpieczne dla diody, konieczne jest ograniczenie prądu, ponieważ sama dioda w kierunku przewodzenia nie "ustala" prądu w sposób bezpieczny.

Dane diody UN=2 V i IN=20 mA interpretuje się praktycznie jako zalecany spadek napięcia w przewodzeniu rzędu 2 V przy prądzie ok. 20 mA. Jeżeli diodę podłączyć bez rezystora ograniczającego, niewielki wzrost napięcia może spowodować duży wzrost prądu, co grozi uszkodzeniem diody.

Poprawny wskaźnik zasilania realizuje się więc jako:

  • połączenie szeregowe rezystora i diody,
  • całość podłączona równolegle do zacisków zasilania (a-b), aby świeciła przy obecności napięcia,
  • z zachowaniem polaryzacji diody (anoda do "plusa", katoda do "minusa" w zasilaniu DC).

W typowym doborze rezystora (gdy znane jest napięcie na zaciskach) stosuje się zależność: R = (Uab − UN) / IN. Napięcie Uab powinno wynikać z rysunku/parametrów urządzenia; bez tej wartości nie da się policzyć liczbowo rezystancji, ale da się wskazać poprawną topologię połączeń.

Dlaczego pozostałe propozycje połączeń bywają błędne?

  • Połączenie diody bez rezystora (lub z rezystorem w złym miejscu, który nie ogranicza prądu diody) grozi przekroczeniem 20 mA.
  • Połączenie diody i rezystora równolegle powoduje, że rezystor nie kontroluje prądu płynącego przez diodę, więc nie spełnia swojej roli ochronnej.
  • Odwrócenie polaryzacji diody sprawi, że wskaźnik nie zadziała w zasilaniu stałoprądowym (dioda nie przewodzi, więc nie świeci).

Wniosek: poprawny jest taki układ, w którym dioda ma zapewniony prąd ok. 20 mA dzięki rezystorowi szeregowemu, a całość jest dołączona do zacisków a-b jako gałąź sygnalizacyjna.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Najczęściej są to parametry pracy w kierunku przewodzenia: spadek napięcia na diodzie około 2 V przy prądzie około 20 mA. W praktyce oznacza to, że w układzie trzeba tak dobrać elementy, aby prąd diody nie przekraczał ok. 20 mA, a pozostałe napięcie "odłożyło się" na rezystorze.
LED łączy się szeregowo z rezystorem ograniczającym prąd, a następnie tę gałąź dołącza się do zacisków zasilania (równolegle do zasilanego układu). Trzeba zachować polaryzację: anoda do dodatniego bieguna, katoda do ujemnego (dla zasilania DC).
Rezystor ogranicza prąd płynący przez diodę. Dioda w przewodzeniu ma małą rezystancję dynamiczną, więc bez rezystora niewielka zmiana napięcia może wywołać duży wzrost prądu. To prowadzi do przegrzania i trwałego uszkodzenia diody, zwłaszcza przy zasilaniu o niskiej impedancji.
Stosuje się wzór: R = (Uzas − UF) / IF. Najpierw odejmujesz spadek na diodzie UF (np. 2 V), a następnie dzielisz przez prąd docelowy IF (np. 0,02 A). Wynik zaokrąglasz do najbliższej wartości z szeregu i sprawdzasz moc strat rezystora.
Nie jest to poprawny sposób ograniczania prądu LED. Przy połączeniu równoległym rezystor nie "wymusza" spadku napięcia na LED, więc prąd diody nadal zależy głównie od źródła zasilania i charakterystyki diody. Rezystor musi być w szeregu z LED, aby prąd był kontrolowany.
Najczęstsze powody to: odwrócona polaryzacja LED (w DC nie przewodzi), przerwa w obwodzie (zimny lut, uszkodzony rezystor), zbyt duża rezystancja ograniczająca (prąd za mały) albo uszkodzona dioda. W diagnostyce pomaga pomiar napięcia na LED i prądu w gałęzi.
W wielu LED dłuższa nóżka to anoda, a krótsza to katoda, ale nie zawsze. Często jest też spłaszczenie obudowy od strony katody lub większa elektroda wewnątrz. Najpewniejsza metoda w praktyce to sprawdzenie w dokumentacji elementu albo test miernikiem z funkcją sprawdzania diod.
Wartość 20 mA jest typowa dla wielu małych diod wskaźnikowych jako prąd nominalny. Na egzaminie pomaga to ocenić, czy badany rozumie potrzebę ograniczenia prądu i umie dobrać topologię połączeń. W praktyce często stosuje się mniejsze prądy (np. kilka mA), ale zasada pozostaje ta sama.
Zwykle nie. Wskaźnik ma świecić, gdy zasilanie jest obecne, dlatego najczęściej podłącza się go równolegle do zacisków zasilania (jako osobną gałąź). Włączenie go szeregowo z zasilaniem mogłoby zaburzyć pracę urządzenia lub spowodować spadek napięcia i zależność prądu od obciążenia.
Typowe błędy to: nieuwzględnienie spadku napięcia na LED (liczenie R=U/I zamiast (U−UF)/I), podstawienie prądu w mA bez zamiany na A, dobór zbyt małej mocy rezystora oraz pomijanie tolerancji napięcia zasilania. Warto też pamiętać, że UF zależy od prądu i temperatury.
info

Statystycznie 62% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

Źródła:

  • Paul Scherz, Simon Monk, "Practical Electronics for Inventors", 4th Edition, McGraw-Hill Education, 2016, rozdział o diodach i LED (ograniczanie prądu rezystorem szeregowym)
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", 3rd Edition, Cambridge University Press, 2015, część dotycząca diod oraz praktycznych układów wskaźników LED
  • Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, "Electronic Devices and Circuit Theory", 11th Edition, Pearson, 2013, rozdział o diodach: charakterystyka I-V i potrzeba ograniczania prądu

Materiały:

  • Rozdziały z podręczników o diodach i LED (charakterystyka, spadek napięcia, prąd przewodzenia)
  • Notatki/ściąga: wzór na rezystor LED R=(Uzas−UF)/IF oraz typowe błędy montażowe
  • Ćwiczenia praktyczne na płytce stykowej: różne napięcia zasilania i dobór R dla LED

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego