KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2017

PYTANIE NR 8.
Na rysunkach pokazano schemat ideowy układu stabilizatora napięcia zawierającego dwie identyczne diody Zenera D1 i D2 oraz charakterystykę statyczną diod. Jaka jest wartość napięcia UAB, jeżeli przez diody płynie prąd wsteczny o wartości 40 mA?
Ilustracja przedstawia schemat ideowy układu stabilizatora napięcia oraz charakterystykę statyczną diod Zenera.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Z charakterystyki statycznej dla prądu wstecznego 40 mA odczytuje się napięcie jednej diody Zenera około 4,7 V. Ponieważ D1 i D2 są identyczne i napięcie UAB obejmuje spadek na obu diodach połączonych szeregowo, otrzymujemy sumę: 2·4,7 V = 9,4 V.

Pełne wyjaśnienie:

W układzie stabilizatora z diodami Zenera kluczowe jest, że dioda w kierunku zaporowym po przekroczeniu napięcia przebicia pracuje w obszarze, w którym zmiana prądu powoduje relatywnie niewielką zmianę napięcia. To napięcie odczytuje się z charakterystyki statycznej (zależności napięcia od prądu) dla zadanego prądu wstecznego.

W treści podano, że przez diody płynie prąd wsteczny 40 mA. Z dołączonej charakterystyki dla tego prądu należy odczytać napięcie stabilizacji jednej diody Zenera. Zazwyczaj w zadaniach tego typu wykres wskazuje wartość ok. 4,7 V dla 40 mA (dokładną wartość bierze się z wykresu, nie "z pamięci").

Ponieważ w układzie są dwie identyczne diody Zenera D1 i D2, a napięcie UAB jest napięciem mierzonym między punktami A i B obejmującym spadek na obu diodach w tej samej gałęzi, napięcie całkowite jest sumą spadków napięć na elementach połączonych szeregowo:

UAB = UZ1 + UZ2

Dla diod identycznych i pracujących przy tym samym prądzie: UZ1 = UZ2 ≈ 4,7 V, więc:

UAB ≈ 2 · 4,7 V = 9,4 V.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne? Wartość 4,4 V odpowiadałaby napięciu jednej diody (albo błędnemu odczytowi z wykresu), ale nie uwzględnia dwóch identycznych elementów. Odpowiedź 5 V wynika zwykle z uogólnienia, że "Zener ma około 5 V", jednak w zadaniu trzeba odczytać konkretny punkt pracy z charakterystyki dla 40 mA. Z kolei 1,4 V pasuje do intuicji o dwóch złączach krzemowych w kierunku przewodzenia (2×0,7 V), ale tu mowa o pracy Zenera w kierunku zaporowym w obszarze przebicia, więc taki tok rozumowania jest nieadekwatny.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze sprawdzaj, czy napięcie dotyczy jednego elementu czy sumy na kilku elementach oraz czy prąd podany w zadaniu jest prądem gałęzi (wtedy płynie przez każdy element w szeregu) czy prądem całkowitym rozdzielanym na równoległe gałęzie.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Dioda Zenera to dioda przeznaczona do pracy w kierunku zaporowym w obszarze przebicia, gdzie utrzymuje prawie stałe napięcie na swoich zaciskach. W stabilizatorze napięcia pełni rolę prostego źródła napięcia odniesienia, które "ustala" poziom stabilizowanego napięcia.
Na osi prądu znajdujesz wartość zadaną (np. 40 mA), prowadzisz linię do przecięcia z krzywą charakterystyki w kierunku zaporowym, a następnie z osi napięcia odczytujesz odpowiadające napięcie. Ważne jest poprawne rozpoznanie skali osi i obszaru przebicia.
Jeśli dwie diody Zenera są w jednej gałęzi połączone szeregowo, to napięcie między skrajnymi punktami tej gałęzi jest sumą spadków napięcia na każdej z diod. Dla identycznych diod pracujących przy tym samym prądzie otrzymujesz w przybliżeniu 2 razy napięcie jednej diody.
To zależy od połączenia. W połączeniu szeregowym ten sam prąd gałęzi płynie przez każdy element, więc 40 mA dotyczy każdej diody. W połączeniu równoległym prąd mógłby się dzielić. W zadaniach z wykresem zwykle chodzi o prąd płynący przez konkretną diodę w punkcie pracy.
1,4 V kojarzy się z dwiema zwykłymi diodami krzemowymi w kierunku przewodzenia (2×0,7 V). Dioda Zenera w stabilizatorze pracuje jednak w kierunku zaporowym w obszarze przebicia, gdzie napięcia są zwykle wyższe (np. kilka woltów) i zależą od charakterystyki oraz prądu.
Najczęściej myli się kierunek pracy (przewodzenie vs przebicie), odczytuje się wartość z niewłaściwej gałęzi wykresu albo błędnie interpretuje skalę osi (mA/µA, V z podziałką). Częsty jest też błąd nieuwzględnienia liczby elementów w szeregu, gdy napięcie trzeba zsumować.
W połączeniu szeregowym elementy są "jeden za drugim" w tej samej ścieżce prądu, a przez oba płynie ten sam prąd. W połączeniu równoległym ich zaciski są dołączone do tych samych dwóch węzłów, a prąd rozdziela się na gałęzie. Na schemacie węzły i punkty A–B pomagają ustalić, co obejmuje napięcie UAB.
Nie. W obszarze przebicia napięcie zmienia się niewiele, ale jednak zależy od prądu (rezystancja dynamiczna diody) oraz temperatury. Dlatego zadania często podają konkretny prąd lub wymagają odczytu z charakterystyki, bo UZ przy 5 mA i przy 40 mA może być inne.
Stosuje się je m.in. wtedy, gdy potrzebne jest wyższe napięcie odniesienia niż oferuje pojedyncza dioda, albo gdy chce się uzyskać konkretną wartość przez sumowanie napięć. W prostych stabilizatorach liniowych takie rozwiązanie bywa tańsze, ale trzeba pamiętać o doborze prądu i mocy strat.
Ćwicz rozpoznawanie połączeń na schemacie (szereg/równolegle), odczyt punktów z wykresów I-U oraz szybkie obliczenia sum napięć i spadków na elementach. Dobrą praktyką jest też praca z notami katalogowymi: sprawdzanie UZ przy określonym prądzie oraz rozumienie, co oznacza tolerancja i moc diody.
info

Około 43% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że z charakterystyki statycznej dla prądu wstecznego 40 mA odczytuje się napięcie jednej diody Zenera około 4,7 V.

Źródła:

  • Electronics Tutorials: "Zener Diode" (opis działania i charakterystyka I-V) https://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html - dostęp 2026-02-27
  • All About Circuits: "Zener Diodes" (podstawy przebicia i stabilizacji napięcia) https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-3/zener-diodes/ - dostęp 2026-02-27
  • Wikipedia: "Dioda Zenera" (opis zjawiska i zastosowań) https://pl.wikipedia.org/wiki/Dioda_Zenera - dostęp 2026-02-27

Materiały:

  • Noty katalogowe diod Zenera (sekcja: charakterystyki I-U i tolerancje UZ)
  • Podstawy elektroniki: rozdział o diodach i stabilizacji napięcia
  • Ćwiczenia z odczytu charakterystyk elementów półprzewodnikowych

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego