KWALIFIKACJA ELM3 - STYCZEŃ 2013

PYTANIE NR 45.
Po programowym włączeniu czterech wyjść tranzystorowych sterownika PLC, sterujących cewkami elektrozaworów, okazało się, że nie wszystkie z nich działają prawidłowo. Pomiar napięcia UBE (między bazą a emiterem) tranzystorów na poszczególnych wyjściach dał następujące wyniki: UBE1 = 1 V, UBE2 = 3 V, UBE3 = 0,7 V, UBE4 = 5 V. Pomiary wskazują na uszkodzenie
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Typowe napięcie UBE tranzystora bipolarnego w stanie przewodzenia wynosi ok. 0,6–0,8 V.
Wynik 0,7 V na wyjściu 3 wskazuje na poprawną pracę złącza. Natomiast wartości 3 V i 5 V (wyjścia 2 i 4) są nienaturalnie wysokie dla UBE, co sugeruje uszkodzenie tych stopni wyjściowych.

Pełne wyjaśnienie:

Napięcie UBE (między bazą a emiterem) jest napięciem na złączu półprzewodnikowym tranzystora bipolarnego. Dla typowego tranzystora krzemowego, gdy złącze baza–emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, UBE ma zwykle wartość rzędu 0,6–0,8 V (zależnie m.in. od prądu i temperatury). Dlatego pomiar UBE3 = 0,7 V jest zgodny z poprawnym przewodzeniem złącza i nie wskazuje na awarię samego tranzystora na tym wyjściu.

Wartości UBE2 = 3 V oraz UBE4 = 5 V są natomiast nietypowe dla złącza baza–emiter w tranzystorze bipolarnym. Tak wysokie napięcie na zaciskach, które mają tworzyć pojedyncze złącze p-n, zwykle oznacza, że:

  • złącze baza–emiter nie przewodzi prawidłowo (np. przerwa/uszkodzenie struktury),
  • pomiar obejmuje w praktyce inny element/inną część układu wyjściowego (np. układ sterujący, zabezpieczenia), co bywa skutkiem uszkodzenia stopnia wyjściowego,
  • albo występuje nieprawidłowa polaryzacja/odniesienie pomiaru; jednak w treści zadania przyjęto, że pomiar jest diagnostycznie miarodajny.

Wynik UBE1 = 1 V jest wyższy niż typowe 0,7 V, ale nadal bywa spotykany jako wartość graniczna w pewnych warunkach pracy (zależnie od prądu, temperatury i konstrukcji stopnia wyjściowego). W logice zadania to właśnie skrajnie zawyżone wartości 3 V i 5 V jednoznacznie odróżniają kanały uszkodzone od sprawnych.

Dlatego poprawny wniosek diagnostyczny to: uszkodzone są tranzystory na wyjściach 2 i 4. Pozostałe odpowiedzi są błędne, bo albo wskazują kanał z poprawnym UBE (0,7 V), albo pomijają jeden z kanałów z rażąco nieprawidłowym napięciem.

Wskazówka egzaminacyjna: jeśli w zadaniu pojawia się UBE, najpierw przypomnij sobie "kotwicę" ~0,7 V dla krzemu, a dopiero potem oceniaj odchylenia i ich skalę.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
UBE to napięcie między bazą a emiterem tranzystora bipolarnego. W stanie przewodzenia jest to napięcie na złączu p-n i zwykle ma wartość około 0,6–0,8 V dla tranzystora krzemowego. Odchylenia od tej wartości mogą wskazywać na nietypowe warunki pracy lub usterkę.
Złącze baza–emiter w tranzystorze krzemowym zachowuje się jak dioda krzemowa. Przy typowych prądach przewodzenia spadek napięcia na takim złączu wynosi zwykle około 0,7 V. Dokładna wartość zależy od prądu i temperatury, ale rząd wielkości pozostaje podobny.
Typowe objawy to brak zadziałania cewki (np. elektrozaworu) mimo wysterowania w programie, nagrzewanie się modułu, błędy diagnostyczne sterownika oraz nietypowe wyniki pomiarów napięć na elementach stopnia wyjściowego (np. nienaturalnie wysokie UBE lub brak spadku na złączu).
Nie zawsze. UBE rośnie wraz z prądem i zależy od temperatury oraz konstrukcji układu wyjściowego. W wielu zadaniach egzaminacyjnych o uszkodzeniu świadczą raczej wartości skrajnie odbiegające od typowych (np. kilka woltów), a nie niewielkie podwyższenie. Zawsze analizuj skalę odchylenia.
Złącze baza–emiter jest pojedynczym złączem p-n, więc przy przewodzeniu nie "powinno" mieć kilku woltów spadku. Tak wysokie napięcie zwykle oznacza, że złącze nie przewodzi prawidłowo (np. przerwa/uszkodzenie) albo mierzysz napięcie na innej części uszkodzonego stopnia wyjściowego, a nie na sprawnym złączu.
Miernik podłącz między bazę i emiter badanego tranzystora (zgodnie z konstrukcją modułu), przy jasno określonym stanie wysterowania (wyjście załączone/wyłączone) i wspólnym punkcie odniesienia masy. Upewnij się, że nie mylisz zacisków i że pomiar nie jest "pływający" względem masy.
Najczęstsze przyczyny to przepięcia indukcyjne przy wyłączaniu cewki (brak lub niesprawna dioda/układ tłumiący), przeciążenie prądowe, zwarcie w obciążeniu, błędne okablowanie oraz nieprawidłowe zasilanie. W praktyce ważna jest też poprawna polaryzacja elementów ochronnych.
Stosuje się elementy tłumiące przepięcia, np. diody przy cewkach prądu stałego, układy RC (snubbery) lub warystory. Ich zadaniem jest ograniczenie napięcia indukowanego przy wyłączaniu prądu, co chroni elementy wykonawcze i stopnie wyjściowe PLC przed przebiciem.
Wyjście PNP (sourcing) podaje "plus" na obciążenie, a powrót prądu jest do masy. Wyjście NPN (sinking) ściąga obciążenie do masy, a "plus" jest po stronie zasilania. Ta różnica wpływa na sposób podłączania cewek, punkt odniesienia pomiarów i interpretację napięć w diagnostyce.
Najczęstsze pomyłki to: mierzenie względem niewłaściwego punktu odniesienia, mylenie zacisków tranzystora (baza/emiter/kolektor), pomiar przy nieustalonym stanie wysterowania, nieuwzględnienie elementów ochronnych w torze wyjścia oraz wyciąganie wniosków z pojedynczego pomiaru bez porównania z innym kanałem.
info

Około 30% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Specjaliści zwracają uwagę: "Typowe napięcie UBE tranzystora bipolarnego w stanie przewodzenia wynosi ok. 0,6–0,8 V.Wynik 0,7 V na wyjściu 3 wskazuje na poprawną pracę złącza."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", 3rd Edition, rozdziały o złączach p-n i tranzystorze BJT (parametr V_BE), Cambridge University Press, 2015
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", 7th Edition, część o tranzystorze bipolarnego i polaryzacji złącza baza–emiter (V_BE), Oxford University Press, 2014

Materiały:

  • Podręcznik z elektroniki analogowej (złącza półprzewodnikowe, tranzystor BJT jako klucz)
  • Noty aplikacyjne dotyczące pracy tranzystora w nasyceniu i typowych spadków napięć
  • Materiały producentów PLC o modułach wyjść tranzystorowych i diagnostyce

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego