KWALIFIKACJA ELM5 - CZERWIEC 2015

PYTANIE NR 19.
Określ, jaki jest rodzaj uszkodzenia układu wykorzystując charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową, wyznaczoną na podstawie wyników pomiarów otrzymanych podczas badania przedwzmacniacza mikrofonowego zasilanego napięciem +12 V o wzmocnieniu ku max równym 46 dB.
Ilustracja przedstawia charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową przedwzmacniacza mikrofonowego.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Uszkodzenie "Za małe wzmocnienie napięciowe badanego układu." rozpoznaje się wtedy, gdy na charakterystyce amplitudowo-częstotliwościowej poziom wzmocnienia w paśmie środkowym jest niższy niż wartość oczekiwana (tu: ku max = 46 dB), przy zachowaniu typowego kształtu pasma.

Pełne wyjaśnienie:

Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa pokazuje, jak zmienia się wzmocnienie wzmacniacza w funkcji częstotliwości. W typowym przedwzmacniaczu mikrofonowym oczekuje się w miarę płaskiego przebiegu w paśmie środkowym, a spadków na krańcach pasma – w pobliżu dolnej i górnej częstotliwości granicznej.

Odpowiedź "Za małe wzmocnienie napięciowe badanego układu." jest właściwa, gdy wykres wskazuje, że w zakresie częstotliwości, w którym układ powinien pracować liniowo (pasmo środkowe), wzmocnienie jest zaniżone w porównaniu z wartością referencyjną (podaną jako ku max = 46 dB). Taki objaw oznacza problem z uzyskiwaniem wymaganego wzmocnienia, a niekoniecznie zmianę położenia częstotliwości granicznych.

  • "Za wysoka wartość dolnej częstotliwości granicznej." sugeruje, że pasmo jest "ucięte" od dołu: wzmocnienie szybko rośnie dopiero od zbyt wysokiej częstotliwości. To jest inny symptom niż równomierne zaniżenie wzmocnienia w całym paśmie.
  • "Za duże wzmocnienie napięciowe badanego układu." byłoby rozpoznane, gdyby poziom w paśmie środkowym był wyraźnie wyższy od oczekiwanego. Wtedy podejrzewa się np. nieprawidłową wartość elementu ustalającego wzmocnienie, a nie spadek wzmocnienia.
  • "Za mała wartość górnej częstotliwości granicznej." oznacza zawężenie pasma od góry: wzmocnienie zaczyna spadać już przy zbyt niskich częstotliwościach wysokich. To objawia się wcześniejszym "rolowaniem" na końcu pasma, a niekoniecznie obniżeniem poziomu w całym paśmie.

W praktyce, aby poprawnie zdiagnozować uszkodzenie, porównuje się: (1) poziom wzmocnienia w paśmie środkowym z wartością oczekiwaną w dB oraz (2) położenie punktów -3 dB (częstotliwości graniczne). Dopiero to rozróżnia "za małe wzmocnienie" od problemu z dolną lub górną granicą pasma.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
To wykres pokazujący, jak zmienia się wzmocnienie (zwykle w dB) w funkcji częstotliwości sygnału. Umożliwia ocenę pasma przenoszenia, spadków na krańcach pasma oraz tego, czy w paśmie środkowym wzmocnienie jest zgodne z założeniami układu.
Wzmocnienie jest za małe, gdy poziom w paśmie środkowym (tam, gdzie przebieg powinien być względnie płaski) jest niższy od wartości oczekiwanej. Kluczowe jest porównanie w dB: jeśli cały "płaskowyż" leży poniżej wartości referencyjnej, wskazuje to na zaniżone wzmocnienie.
To częstotliwość, poniżej której wzmocnienie zaczyna wyraźnie spadać (często przyjmuje się kryterium spadku o 3 dB względem pasma środkowego). Zbyt wysoka dolna granica oznacza ucięcie niskich tonów i wrażenie "cienkiego" brzmienia w torze audio.
To częstotliwość, powyżej której wzmocnienie spada względem pasma środkowego (typowo punkt -3 dB). Zbyt niska górna granica zawęża pasmo od góry, co może skutkować utratą "jasności" i szczegółów. Na wykresie widać wcześniejsze opadanie charakterystyki.
Dla wzmocnienia napięciowego stosuje się zależność: 20·log10(ku). Oznacza to, że niewielkie zmiany wzmocnienia liniowego mogą dawać zauważalne różnice w dB. Na egzaminie ważne jest rozumienie, że dB opisuje stosunek, a nie wartość bezwzględną.
Bo pasmo przenoszenia dotyczy głównie tego, od jakich częstotliwości zaczynają się spadki (dolna i górna granica), a zaniżone wzmocnienie może obniżać poziom w całym paśmie, zachowując podobny kształt wykresu. To dwa różne typy objawów.
Często są to elementy ustalające wzmocnienie (np. rezystory sprzężenia zwrotnego), uszkodzenie elementu aktywnego (tranzystor/układ scalony), nieprawidłowe polaryzowanie lub problem z zasilaniem. W praktyce spadek wzmocnienia potwierdza się porównaniem poziomu w paśmie środkowym.
Gdy układ zaczyna tłumić niskie częstotliwości wcześniej, niż wynika to z założeń. Na wykresie oznacza to przesunięcie "początku pasma" w prawo (ku wyższym częstotliwościom). W torze mikrofonowym może to powodować słabszą reprodukcję niskich składowych głosu.
Nie zawsze. Potrzebny jest jeszcze przebieg charakterystyki (lub przynajmniej wartości pomiarów), aby stwierdzić, czy problem dotyczy poziomu w paśmie środkowym, czy przesunięcia częstotliwości granicznych. W diagnostyce porównuje się i poziom w dB, i kształt spadków na krańcach pasma.
Ćwicz czytanie wykresów Bodego: rozpoznawanie pasma środkowego, punktów -3 dB i zmian poziomu wzmocnienia. Rób zadania, w których te same odpowiedzi (za małe/za duże wzmocnienie, zła dolna/górna granica) pojawiają się przy różnych przebiegach, żeby nie działać "na pamięć".
info

Statystycznie 39% uczniów zna prawidłową odpowiedź. bardzo trudne

Źródła:

  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", rozdziały dotyczące wzmacniaczy i odpowiedzi częstotliwościowej (frequency response, Bode plots), wydania akademickie.
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", część dotycząca wzmacniaczy małosygnałowych oraz charakterystyk częstotliwościowych, wydania akademickie.
  • Tony Kuphaldt, "Lessons In Electric Circuits", Tomy dotyczące obwodów AC i filtrów (wprowadzenie do charakterystyk częstotliwościowych i pojęcia dB), dostępne materiały edukacyjne online.

Materiały:

  • Podręczniki z elektroniki analogowej (wzmacniacze, charakterystyki częstotliwościowe)
  • Materiały szkolne/kwalifikacyjne dotyczące pomiarów torów małosygnałowych i audio
  • Instrukcje obsługi oscyloskopu i generatora funkcyjnego (metody wyznaczania charakterystyki)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego