KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2023

PYTANIE NR 28.
Przedstawiony schemat to układ przerzutnika astabilnego generującego drgania o częstotliwości 125 Hz. Po zamknięciu wyłącznika W częstotliwość sygnału
Ilustracja przedstawia schemat układu elektronicznego, który jest przerzutnikiem astabilnym.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W generatorze (przerzutniku) astabilnym częstotliwość zależy głównie od stałej czasowej obwodu RC.
Jeśli po zamknięciu wyłącznika W stała czasowa rośnie około 2 razy (np. przez zwiększenie R lub C), to okres drgań rośnie, a częstotliwość maleje około dwa razy.

Pełne wyjaśnienie:

Przerzutnik (multwibrator) astabilny jest generatorem, który samoczynnie przełącza stany i wytwarza przebieg okresowy. W typowych rozwiązaniach okres drgań jest wyznaczany przez czas ładowania i rozładowania elementów w obwodzie czasowym, najczęściej rezystora i kondensatora. Kluczowa idea jest stała: im większa stała czasowa RC, tym dłużej trwa pojedyncza faza ładowania/rozładowania, a więc tym dłuższy jest okres sygnału.

W konsekwencji częstotliwość, jako odwrotność okresu, zachowuje się odwrotnie: gdy okres rośnie, częstotliwość maleje. Dlatego odpowiedź "zmaleje około dwa razy." jest spójna z sytuacją, w której po zamknięciu wyłącznika W obwód czasowy zaczyna mieć około dwukrotnie większą wartość "RC" (na przykład przez dołączenie dodatkowej pojemności lub zwiększenie rezystancji toru ładowania/rozładowania). Wtedy generator przełącza się rzadziej, więc częstotliwość spada w przybliżeniu 2×.

Pozostałe odpowiedzi odzwierciedlają typowe pomyłki:

  • "wzrośnie około dwa razy." – byłoby prawdziwe, gdyby wyłącznik W zmniejszał stałą czasową (np. zmniejszał R lub C), skracając czas narastania/opadania w obwodzie czasowym.
  • "zmaleje około cztery razy." – wymagałoby około czterokrotnego wzrostu efektywnej stałej czasowej (lub czterokrotnego wydłużenia okresu), co nie odpowiada sytuacji "około 2×", którą sugeruje typowa zmiana jednego elementu w prostym układzie.
  • "wzrośnie około cztery razy." – to podwójnie błędny kierunek i skala w porównaniu z przypadkiem zwiększenia stałej czasowej; taki wzrost częstotliwości oznaczałby znaczące skrócenie czasów ładowania/rozładowania.

Na egzaminie warto zapamiętać regułę: jeżeli w generatorze RC zwiększasz R lub C, to zwalniasz generator (mniej herców); jeżeli zmniejszasz R lub C, to przyspieszasz (więcej herców). Dokładne wzory zależą od konkretnej topologii, ale zależność jakościowa zwykle pozostaje taka sama.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przerzutnik astabilny (multwibrator astabilny) to układ, który nie ma stanu stabilnego i sam generuje przebieg okresowy (najczęściej prostokątny). Stosuje się go m.in. w migaczach, generatorach taktowania, sygnalizatorach oraz prostych układach czasowych.
W typowych generatorach RC okres drgań rośnie wraz ze wzrostem rezystancji i/lub pojemności, bo kondensator ładuje się i rozładowuje dłużej. Ponieważ częstotliwość jest odwrotnością okresu, większe R lub C zwykle oznacza mniejszą częstotliwość.
Jeżeli przełącznik dołącza dodatkowy element w obwodzie czasowym (np. zwiększa pojemność lub rezystancję), to wydłuża czasy ładowania/rozładowania. Układ przełącza się rzadziej, więc okres rośnie, a częstotliwość maleje. Kierunek zmiany zależy od tego, co dokładnie przełącznik zmienia.
Sprawdź, czy po zamknięciu W pojawia się dodatkowa gałąź z rezystorem lub kondensatorem oraz czy łączy się ona szeregowo czy równolegle z elementem czasowym. Połączenie równoległe kondensatorów zwiększa pojemność, a równoległe rezystorów zmniejsza rezystancję. To bezpośrednio wpływa na stałą czasową.
Często myli się kierunek zależności i wybiera "wzrośnie", gdy w rzeczywistości zwiększono stałą czasową. Drugi błąd to przeskakiwanie na "cztery razy" bez analizy, wynikające z automatycznego kojarzenia dwóch elementów z mnożeniem 2×2, mimo że przełącznik zwykle zmienia tylko jeden parametr efektywny.
Uproszczenie jest dobre do oceny kierunku zmian i przybliżonej skali, ale dokładny współczynnik zależy od topologii (np. progi przełączania, typ przerzutnika, sposób rozładowania). Na egzaminie najczęściej sprawdza się właśnie zrozumienie, że większa stała czasowa oznacza mniejszą częstotliwość.
Jeśli w danym generatorze okres jest proporcjonalny do RC, to podwojenie R albo C powoduje podwojenie okresu. Wtedy częstotliwość (1/T) spada o połowę, czyli "maleje około dwa razy". Analogicznie, zmniejszenie R lub C o połowę zwykle podwaja częstotliwość.
Wzrost częstotliwości nastąpi, gdy zamknięcie W skraca czasy ładowania/rozładowania, np. przez zmniejszenie rezystancji toru (dołączenie rezystora równolegle) albo zmniejszenie pojemności (odłączenie części kondensatora). Dlatego zawsze trzeba ustalić, co dokładnie przełącza W na schemacie.
Najczęściej są to rezystory i kondensatory tworzące obwód RC, czasem wspierane przez elementy przełączające (tranzystory, bramki, przerzutniki) o określonych progach. W praktyce to właśnie wartości R i C oraz sposób ich połączenia decydują o długości impulsów i przerwach.
Ćwicz rozpoznawanie obwodu czasowego i określanie, co zmienia przełącznik: czy modyfikuje R, C, czy drogę rozładowania. Wykonuj szybkie obliczenia łączenia elementów (szeregowo/równolegle) i zapamiętaj regułę: większa stała czasowa = niższa częstotliwość.
info

Około 26% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Źródła:

  • Horowitz, Hill, "The Art of Electronics" (3rd ed.), rozdziały o układach czasowych RC i generatorach relaksacyjnych, Cambridge University Press, 2015
  • Sedra, Smith, "Microelectronic Circuits" (7th ed.), sekcje o generatorach i obwodach z dodatnim sprzężeniem zwrotnym/układach relaksacyjnych, Oxford University Press, 2014
  • Boylestad, Nashelsky, "Electronic Devices and Circuit Theory" (11th ed.), rozdziały o układach przełączających i generatorach przebiegów, Pearson, 2013

Materiały:

  • Rozdziały z podręczników o generatorach relaksacyjnych i multwibratorach astabilnych
  • Ćwiczenia rachunkowe z łączenia rezystorów i kondensatorów oraz wpływu na stałą czasową
  • Laboratorium: pomiary częstotliwości generatora RC/astabilnego przy zmianie R i C oraz użyciu przełącznika

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego