KWALIFIKACJA ELM5 - CZERWIEC 2021

PYTANIE NR 28.
Przedstawiony układ to przerzutnik astabilny generujący drgania o częstotliwości 125 Hz. Po zamknięciu wyłącznika W częstotliwość jego sygnału
Ilustracja przedstawia schemat układu elektronicznego, który jest przerzutnikiem astabilnym, generującym drgania o
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W generatorze astabilnym częstotliwość zależy głównie od stałej czasowej obwodu RC: f jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do R·C. Po zamknięciu wyłącznika W układ dołącza element zwiększający stałą czasową, więc okres rośnie, a częstotliwość spada. Zmiana odpowiada spadkowi około dwukrotnemu.

Pełne wyjaśnienie:

Generator astabilny (multibrator astabilny) wytwarza przebieg okresowy, którego okres wynika z czasu ładowania i rozładowania kondensatora przez rezystory. W typowych rozwiązaniach (niezależnie od tego, czy jest to układ tranzystorowy, czy czasowy) zachodzi ogólna zasada:

  • okres T rośnie, gdy rośnie R lub C, bo kondensator potrzebuje więcej czasu na zmianę napięcia,
  • częstotliwość f maleje, gdy rośnie T, ponieważ f = 1/T.

Z treści wynika, że po zamknięciu wyłącznika W następuje zmiana parametrów pracy generatora. Kluczowe jest rozumowanie: jeśli przełącznik dołącza element, który zwiększa stałą czasową (np. dodatkową pojemność równolegle lub większą rezystancję w torze ładowania/rozładowania), to układ "zwalnia". Wtedy:

  • impulsy pojawiają się rzadziej (większe odstępy w czasie),
  • częstotliwość spada.

Odpowiedź "zmaleje około dwa razy." jest zgodna z typową sytuacją, gdy wyłącznik powoduje około dwukrotną zmianę efektywnej stałej czasowej (np. dołączenie drugiego, takiego samego kondensatora w konfiguracji zwiększającej pojemność). Wówczas okres rośnie ~2×, a częstotliwość maleje ~2×.

Odpowiedzi mówiące o wzroście częstotliwości są błędne w scenariuszu zwiększania stałej czasowej, bo mylą skutek: większe R lub C nie daje szybszych drgań, tylko wolniejsze. Odpowiedzi o zmianie czterokrotnej sugerowałyby około 4× zmianę stałej czasowej, co nie odpowiada typowej prostej modyfikacji przełącznikiem w tego typu zadaniach.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze przechodź przez łańcuch przyczynowy: co zmienia przełącznik → jak zmienia to R·C → jak zmienia to T → jak zmienia to f. To minimalizuje ryzyko pomylenia zależności odwrotnej.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przerzutnik astabilny to układ, który sam generuje przebieg okresowy (bez stanu stabilnego). Stosuje się go jako generator taktujący, migacz, źródło impulsów do testów lub prosty generator akustyczny. Częstotliwość zależy głównie od elementów RC sterujących czasem ładowania/rozładowania.
W większości generatorów astabilnych okres T rośnie wraz ze wzrostem rezystancji R i pojemności C, bo kondensator wolniej zmienia napięcie. Ponieważ f = 1/T, to wzrost stałej czasowej R·C powoduje spadek częstotliwości, i odwrotnie.
Dołączenie kondensatora (np. równolegle lub przełączenie na większą pojemność) zwiększa pojemność efektywną, więc wydłuża czas ładowania i rozładowania. To zwiększa okres drgań T. Skoro impulsy pojawiają się rzadziej, częstotliwość f maleje. To typowy efekt "spowolnienia" generatora.
Okres i częstotliwość są wielkościami odwrotnymi: T = 1/f. Jeżeli częstotliwość maleje 2×, to okres rośnie 2×. W praktyce oznacza to, że odstęp czasu między kolejnymi impulsami jest około dwa razy większy, więc układ "miga" lub "taktuje" wolniej.
Trzeba prześledzić, do jakich węzłów dołączony jest przełącznik i jaki element włącza w obwód czasowy. Jeśli po zamknięciu przełącznika dołącza się kondensator do masy lub równolegle do istniejącego, zmienia się C. Jeśli przełącznik przełącza ścieżkę przez inny rezystor, zmienia się R.
Zwykle tak, bo mniejsza rezystancja skraca czasy ładowania/rozładowania kondensatora, więc okres T maleje, a częstotliwość rośnie. Trzeba jednak uważać na szczegóły układu (np. dodatkowe progi komparatorów, diody, asymetrię), bo mogą zmieniać współczynniki, ale kierunek zależności najczęściej pozostaje taki sam.
To częsty błąd intuicyjny: uczący się kojarzą "dołączenie przełącznika" z "większą aktywnością", więc wybierają wzrost częstotliwości bez analizy. Poprawna metoda to zawsze sprawdzenie, czy po zamknięciu przełącznika rośnie czy maleje stała czasowa R·C, a dopiero potem wnioskowanie o f.
Typowe problemy to zły dobór podstawy czasu, błędne wyzwalanie (trigger), pomiar na zakłóconym zboczu lub zbyt mała liczba okresów na ekranie. W generatorach RC dodatkowo częstotliwość może lekko pływać z temperaturą i tolerancją elementów. Warto mierzyć kilka okresów i uśredniać wynik.
Przełącznik do zmiany częstotliwości spotyka się w migaczach (tryb wolny/szybki), sygnalizatorach dźwiękowych (zmiana tonu), generatorach serwisowych oraz w prostych sterownikach, gdzie potrzebne są dwa zakresy taktowania. Najczęściej realizuje się to przez dołączanie dodatkowego R lub C w obwodzie czasowym.
Ćwicz schematy z różnymi wariantami przełączników i zawsze zapisuj zależność: większe R lub C → większe T → mniejsze f. Rób krótkie szkice przebiegów i zaznaczaj, co wydłuża ładowanie kondensatora. Pomaga też praktyka z oscyloskopem: szybkie porównanie częstotliwości przed i po przełączeniu.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 31% zdających egzamin. bardzo trudne

Eksperci podkreślają: "W generatorze astabilnym częstotliwość zależy głównie od stałej czasowej obwodu RC: f jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do R·C."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki" (The Art of Electronics), rozdziały o generatorach i obwodach czasowych RC (wydania polskie/różne edycje) – opis zależności częstotliwości od stałej czasowej
  • Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky, "Elektronika. Układy i przyrządy elektroniczne" (Electronic Devices and Circuit Theory), rozdziały o multwibratorach i układach RC – zasada pracy generatora astabilnego
  • Hugh D. Young, Roger A. Freedman (lub równoważne podręczniki fizyki/elektrotechniki), część o ładowaniu i rozładowaniu kondensatora w obwodzie RC – definicja stałej czasowej i jej wpływ na czas przebiegu

Materiały:

  • Podręcznik do elektroniki analogowej: generatory i multwibratory astabilne
  • Noty katalogowe popularnych generatorów (np. układów czasowych) – część o pracy astabilnej
  • Zadania z obliczania okresu/częstotliwości dla układów RC

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego