KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2019

PYTANIE NR 30.
Po podaniu na wejście przedstawionego układu napięcia o przebiegu trójkątnym otrzyma się na wyjściu napięcie o przebiegu
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny, który jest prawdopodobnie częścią pytania egzaminacyjnego związanego z
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Układ progowy (np. komparator) porównuje napięcie trójkątne z poziomem odniesienia. Gdy sygnał wejściowy przekracza próg, wyjście przełącza się w stan wysoki, a gdy spada poniżej progu – w stan niski. W efekcie na wyjściu powstaje przebieg dwustanowy, czyli prostokątny.

Pełne wyjaśnienie:

Przebieg trójkątny na wejściu oznacza, że napięcie rośnie i maleje w sposób liniowy. Jeżeli przedstawiony na rysunku układ jest układem progowym (typowo: komparator napięcia lub układ o bardzo dużym wzmocnieniu pracujący w nasyceniu), to nie odtwarza on kształtu wejścia w sposób liniowy, tylko przełącza wyjście pomiędzy dwoma stanami.

Mechanizm jest następujący: wejściowe napięcie trójkątne jest porównywane z określonym poziomem odniesienia (progiem). Gdy sygnał wejściowy jest większy od progu, na wyjściu pojawia się stan wysoki (zbliżony do dodatniego poziomu nasycenia). Gdy sygnał wejściowy spadnie poniżej progu, wyjście przechodzi w stan niski (zbliżony do ujemnego poziomu nasycenia lub do masy – zależnie od zasilania). Ponieważ przejście następuje skokowo, a nie płynnie, otrzymujemy przebieg prostokątny.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi nie pasują:

  • "trójkątnym" – taki sam kształt na wyjściu byłby typowy dla toru liniowego (np. wzmacniacza operacyjnego pracującego w zakresie liniowym bez nasycenia). Układ progowy celowo "tnie" sygnał do dwóch poziomów.
  • "sinusoidalnym" – sinus uzyskuje się zwykle z filtracji lub z generatorów sinusoidalnych; samo porównanie z progiem nie zamienia trójkąta w sinus.
  • "piłokształtnym" – piła wymaga asymetrii narastania/opadania (np. powolne ładowanie i szybkie rozładowanie). Komparator nie wprowadza takiej asymetrii kształtu, tylko daje dwa stany.

W praktyce taka zamiana trójkąta na prostokąt jest bardzo częsta: służy do wytwarzania impulsów logicznych, sygnałów zegarowych oraz do detekcji przekroczenia poziomu napięcia. Na egzaminie warto kojarzyć: sygnał "płynny" + element progowysygnał dwustanowy (prostokątny).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Komparator napięcia to układ, który porównuje napięcie na wejściu z napięciem odniesienia (progiem). Gdy wejście jest większe od progu, wyjście przełącza się w stan wysoki, a gdy mniejsze – w stan niski. Stosuje się go m.in. do detekcji progów, generacji impulsów i zamiany sygnałów analogowych na dwustanowe.
Przebieg trójkątny zmienia się płynnie, ale w układzie progowym liczy się tylko to, czy przekroczył ustalony próg. Gdy trójkąt rośnie i mija próg, wyjście skokowo przełącza się na stan wysoki, a przy spadku poniżej progu wraca na niski. Dwa poziomy wyjścia dają kształt prostokątny.
Najczęściej wskazówką jest symbol komparatora lub wzmacniacza operacyjnego bez typowego ujemnego sprzężenia zwrotnego dla pracy liniowej. Jeżeli układ ma wejście odniesienia (próg) i na wyjściu pracuje w nasyceniu (dwa stany), to zachowuje się jak przełącznik progowy i kształtuje przebiegi na dwustanowe.
W teorii mówimy o przebiegu prostokątnym, bo są dwa stany. W praktyce zbocza mają skończoną szybkość narastania/opadania, a poziomy mogą nie być idealnie równe zasilaniu. Mimo tego na egzaminie taki sygnał klasyfikuje się jako prostokątny, bo zachowuje dwustanowość.
Próg przełączania to wartość napięcia, przy której układ zmienia stan wyjścia. Gdy napięcie wejściowe przekracza próg w górę, wyjście przełącza się na stan wysoki, a gdy spada poniżej progu – na niski. W niektórych układach (Schmitt) są dwa progi, co zmniejsza wpływ zakłóceń.
Trójkąt ma zwykle symetryczne narastanie i opadanie (podobne nachylenia). Piła ma wyraźną asymetrię: np. wolny wzrost i szybki spadek albo odwrotnie. Na egzaminie warto patrzeć, czy jeden z odcinków jest "prawie pionowy" – wtedy to piła, a nie trójkąt.
Nie. Komparator jest elementem nieliniowym i wytwarza sygnał dwustanowy, a nie sinusoidalny. Sinus zwykle powstaje w generatorach sinusoidalnych albo przez odpowiednią filtrację (np. filtr dolnoprzepustowy) sygnału o bogatym widmie. Samo porównanie do progu nie "wygładza" trójkąta do sinusa.
Często pojawiają się pytania o rozpoznanie funkcji układu (komparator, przerzutnik Schmitta, integrator, różniczkujący) oraz o przewidywanie kształtu sygnału wyjściowego dla zadanego wejścia. Warto ćwiczyć skojarzenia: progowy → prostokątny, integrator → "wygładza"/zmienia nachylenia, różniczkujący → impulsy na zboczach.
Najczęściej dlatego, że koncentrują się na samym wejściu i zakładają "brak zmian" bez analizy roli układu. To typowa pułapka: część schematów przenosi kształt liniowo, a część działa nieliniowo (progowo). Na egzaminie trzeba najpierw rozpoznać funkcję bloku, a dopiero potem przewidzieć kształt wyjścia.
Pomaga zestaw krótkich reguł: progowy → dwa stany (prostokąt), filtr → tłumi szybkie zmiany, integrator → "sumuje" w czasie, różniczkujący → reaguje na zmiany (zbocza). Dodatkowo warto obejrzeć na oscyloskopie kilka przykładów w prostych ćwiczeniach.
info

Statystycznie 45% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Eksperci podkreślają: "Układ progowy (np. komparator) porównuje napięcie trójkątne z poziomem odniesienia."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki", tom 1, rozdziały dotyczące wzmacniaczy operacyjnych i komparatorów (praca w nasyceniu, układy progowe)
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", rozdział o wzmacniaczach operacyjnych i komparatorach (porównywanie z progiem, przebiegi wyjściowe)
  • Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, "Electronic Devices and Circuit Theory", część o układach przełączających/komparatorach i kształtowaniu sygnałów

Materiały:

  • Podręczniki z działem o wzmacniaczach operacyjnych i komparatorach (charakterystyka, nasycenie, progi)
  • Noty katalogowe przykładowych komparatorów (opis działania, wykresy czasowe, poziomy wyjściowe)
  • Ćwiczenia laboratoryjne: obserwacja na oscyloskopie zamiany trójkąta na prostokąt w komparatorze

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego