KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2017

PYTANIE NR 9.
W celu zwiększenia częstotliwości sygnału wyjściowego, przy zachowaniu współczynnika wypełnienia, należy zmniejszyć wartość
Ilustracja przedstawia schemat układu elektronicznego z wykorzystaniem układu scalonego 555, który jest popularny w
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Częstotliwość generatora RC jest odwrotnie związana z czasem ładowania/rozładowania, a ten zależy od stałej czasowej R·C.
Zmniejszenie pojemności kondensatora czasowego C skraca oba czasy w podobnej proporcji, więc okres maleje (częstotliwość rośnie), a współczynnik wypełnienia pozostaje taki sam, jeśli nie zmienia się stosunek rezystancji.

Pełne wyjaśnienie:

W typowych generatorach RC (np. multwibrator astabilny lub układ z elementem progowym) okres przebiegu wynika z czasu ładowania i rozładowania kondensatora przez rezystory. Te czasy są wprost związane ze stałą czasową obwodu, czyli iloczynem rezystancji i pojemności: R·C.

Jeżeli celem jest zwiększenie częstotliwości sygnału wyjściowego, to należy zmniejszyć okres. Najprostszy sposób, który jednocześnie pomaga zachować współczynnik wypełnienia, to zmniejszenie wartości kondensatora będącego elementem czasotwórczym. Gdy zmniejszysz kondensator C, to zarówno czas narastania, jak i opadania (ładowania/rozładowania) skracają się proporcjonalnie, bo w obu przypadkach występuje ta sama pojemność w równaniach czasowych. Dzięki temu cały przebieg "przyspiesza", a proporcja czasów (a więc wypełnienie) może pozostać bez zmian.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są gorsze w kontekście warunku "przy zachowaniu współczynnika wypełnienia"?

  • "rezystora R1" oraz "rezystora R2": zmiana pojedynczego rezystora w generatorze astabilnym zwykle zmienia nie tylko sumaryczny okres, ale też relację czasu stanu wysokiego do niskiego. To oznacza zmianę wypełnienia, co łamie warunek zadania.
  • "kondensatora Cp": bez kontekstu schematu Cp często bywa kondensatorem pomocniczym (sprzęgającym, filtrującym, kompensującym). Zmiana takiego kondensatora może wpływać na stabilność, zakłócenia lub kształt, ale nie musi jednoznacznie zwiększać częstotliwości przy zachowaniu wypełnienia. Elementem podstawowo determinującym częstotliwość jest kondensator czasowy C.

W praktyce egzaminacyjnej: gdy w treści pojawia się warunek zachowania wypełnienia, najczęściej szukasz zmiany, która skaluje czasy jednakowo (zmiana wspólnego C), a nie takiej, która zmienia tylko jedną gałąź czasową.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
W generatorze RC czas ładowania/rozładowania zależy od stałej czasowej R·C. Gdy zmniejszasz pojemność, czasy przejść się skracają, więc okres maleje, a częstotliwość rośnie. Zwiększenie pojemności działa odwrotnie.
Jeśli ten sam kondensator C uczestniczy zarówno w ładowaniu, jak i rozładowaniu, to zmiana C skaluje oba czasy podobnie. Wtedy proporcja czasu stanu wysokiego do niskiego (wypełnienie) pozostaje zbliżona, bo nie zmieniasz stosunku rezystancji, tylko wspólny element czasowy.
Współczynnik wypełnienia to informacja, jaką część okresu sygnał jest w stanie wysokim. Najczęściej podaje się go w procentach: D = tH/T. Dla 50% sygnał jest "wysoki" przez połowę okresu, a "niski" przez drugą połowę.
Zwykle nie. W wielu generatorach (np. astabilnych) R1 wpływa na jeden z czasów (np. czas ładowania) silniej niż na drugi. To może zwiększyć lub zmniejszyć częstotliwość, ale jednocześnie zmieni wypełnienie, bo zmienia się relacja tH do tL.
Często tak, bo R2 bywa elementem wspólnym dla ładowania i rozładowania, ale nie zawsze w taki sam sposób. W praktyce zmiana pojedynczego rezystora w generatorze zwykle zmienia zarówno częstotliwość, jak i wypełnienie. Aby zachować wypełnienie, lepiej zmieniać wspólny C lub zmieniać R w sposób proporcjonalny.
Kondensator czasotwórczy to taki, którego ładowanie i rozładowanie wyznacza chwile przełączeń układu (np. komparatora, przerzutnika). Jego wartość bezpośrednio wpływa na czasy przejść i dlatego na okres oraz częstotliwość generowanego sygnału.
Oznaczenie Cp bywa używane dla kondensatorów pomocniczych, np. filtrujących, odsprzęgających lub kompensujących. Taki kondensator poprawia stabilność i odporność na zakłócenia, ale nie musi być głównym elementem wyznaczającym częstotliwość. Dlatego w testach łatwo go pomylić z kondensatorem czasowym C.
Szukaj elementów tworzących obwód R–C połączony z wejściem progowym (komparator, przerzutnik, timer). Element czasotwórczy to zwykle kondensator, który cyklicznie się ładuje i rozładowuje. Kondensatory zasilania/filtrujące są zwykle przy zasilaniu i masie, a nie w torze czasowym.
Najczęstsze błędy to: (1) wybór rezystora "bo częściej się go reguluje", bez analizy wypełnienia; (2) mylenie kondensatora czasowego z kondensatorem odsprzęgającym; (3) pomijanie warunku "przy zachowaniu współczynnika wypełnienia" i patrzenie tylko na to, co zwiększa częstotliwość.
Przećwicz: zależność f od R i C, wpływ pojedynczej zmiany elementu na wypełnienie, oraz rozpoznawanie elementu czasotwórczego na schemacie. Pomagają krótkie notatki z typowymi wzorami z not katalogowych i kilka zadań z doborem elementów dla zadanej częstotliwości.
info

Statystycznie 44% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Źródła:

  • Texas Instruments, "NE555 Timer" datasheet (astable operation, frequency/duty cycle relations), https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf - dostęp 2026-02-27
  • STMicroelectronics, "LM555/NE555" datasheet (astable mode description and formulas), https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm555.pdf - dostęp 2026-02-27
  • Electronics-Tutorials, "555 Timer Astable Multivibrator" (zależność częstotliwości od R i C, wpływ na wypełnienie), https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_oscillator.html - dostęp 2026-02-27

Materiały:

  • Noty katalogowe popularnych timerów/generatorów (sekcja: praca astabilna i wzory na częstotliwość)
  • Podstawy elektroniki: rozdziały o obwodach RC i przebiegach czasowych
  • Ćwiczenia laboratoryjne z generatorem RC (pomiary okresu i wypełnienia przy zmianie R i C)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego