KWALIFIKACJA ELM3 - CZERWIEC 2012

PYTANIE NR 42.
W układzie sterowania, którego fragment przedstawiono na rysunku, pomierzono napięcia pomiędzy elektrodami tranzystora. Uzyskano następujące wyniki: UBE - 0,7 V, UCE = 0,2 V, UBC = 0,5 V. Wyniki pomiarów świadczą o
Ilustracja przedstawia schemat fragmentu układu sterowania z wykorzystaniem tranzystora.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
UBE ≈ 0,7 V wskazuje na przewodzenie złącza baza–emiter, a UCE ≈ 0,2 V jest typowym napięciem nasycenia tranzystora pracującego jako klucz. Dodatkowo UBC = UBE − UCE = 0,5 V, więc złącze B–C także przewodzi, co potwierdza stan nasycenia i brak uszkodzenia.

Pełne wyjaśnienie:

W układach sterowania (np. z wyjścia PLC) tranzystor bipolarny NPN często pracuje jako klucz elektroniczny do załączania cewki przekaźnika. Dla takiej pracy istotne są trzy tryby: odcięcie, aktywny i nasycenie.

Podane wyniki pomiarów pasują do trybu nasycenia, czyli stanu "włączonego" klucza:

  • UBE = 0,7 V – typowy spadek napięcia na złączu baza–emiter spolaryzowanym w kierunku przewodzenia (jak na diodzie krzemowej). To oznacza, że baza jest wysterowana i tranzystor nie jest w odcięciu.
  • UCE = 0,2 V – wartość charakterystyczna dla napięcia nasycenia UCE(sat). Małe UCE oznacza, że tranzystor przewodzi "mocno", a straty mocy są niewielkie, co jest pożądane przy sterowaniu cewką przekaźnika.
  • UBC = 0,5 V – w nasyceniu złącze baza–kolektor również może być spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Dodatnie UBC nie jest więc symptomem awarii, tylko typową cechą nasycenia.

Warto też sprawdzić spójność pomiarów: przy przyjętej konwencji spadków napięć zachodzi zależność UBC = UBE − UCE. Po podstawieniu: 0,7 V − 0,2 V = 0,5 V, czyli dokładnie tyle, ile zmierzono. To wskazuje na logicznie poprawny, "zdrowy" stan pracy elementu w układzie.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi nie pasują? "Uszkodzeniu przekaźnika" lub "uszkodzeniu sterownika" nie da się wprost potwierdzić samymi napięciami międzyelektrodowymi tranzystora; te napięcia mówią przede wszystkim o polaryzacji złączy i stanie przewodzenia tranzystora. "Uszkodzenie tranzystora" byłoby bardziej prawdopodobne przy nietypowych wartościach, np. braku UBE w przewodzeniu przy próbie załączenia albo dużym UCE mimo wysterowania bazy. Tutaj wartości są typowe dla prawidłowego nasycenia, więc wniosek to brak uszkodzenia układu w kontekście pracy klucza tranzystorowego.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Tak małe UCE jest typowe dla nasycenia tranzystora bipolarnego, czyli stanu "załączonego" klucza. Oznacza to mały spadek napięcia na tranzystorze i niewielkie straty mocy podczas zasilania cewki przekaźnika.
Złącze baza–emiter w tranzystorze krzemowym zachowuje się jak dioda. Gdy jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, typowy spadek napięcia wynosi ok. 0,6–0,8 V. W praktyce pomiar ~0,7 V oznacza, że baza jest wysterowana.
Dodatnie UBC oznacza, że złącze baza–kolektor jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia. To nie musi być usterka: w trybie nasycenia (praca jako klucz) przewodzą oba złącza: B–E i B–C.
W trybie aktywnym złącze B–E przewodzi (UBE ~0,7 V), a złącze B–C jest zwykle zaporowo, a UCE nie spada do bardzo małej wartości. W nasyceniu UCE jest małe (np. ~0,2 V) i B–C może przewodzić.
Można użyć zależności wynikającej z definicji napięć między elektrodami: UBC = UBE − UCE (dla zgodnej konwencji zwrotów). Jeśli po podstawieniu wartości się zgadzają, pomiary tworzą logiczny obraz stanu tranzystora.
Nasycenie oznacza "pełne otwarcie" klucza: małe UCE minimalizuje straty mocy i nagrzewanie tranzystora. Dzięki temu większość napięcia zasilania odkłada się na cewce przekaźnika, co zwiększa pewność zadziałania elementu wykonawczego.
Najczęściej nie wprost. Napięcia UBE, UCE, UBC opisują głównie polaryzację i stan pracy tranzystora. Uszkodzenie cewki przekaźnika wymaga zwykle dodatkowych testów, np. pomiaru prądu cewki lub jej rezystancji.
Podejrzenie uszkodzenia może wystąpić np. gdy mimo wysterowania bazy UCE pozostaje wysokie (brak nasycenia), gdy UBE nie osiąga wartości przewodzenia lub gdy pojawiają się nietypowe spadki sugerujące zwarcie/przerwę. Zawsze warto porównać z typowymi wartościami katalogowymi.
Rezystor w torze bazy ogranicza prąd bazy, chroniąc wyjście PLC oraz samo złącze B–E przed nadmiernym prądem. Jednocześnie pomaga ustalić warunki wysterowania tak, aby tranzystor wszedł w nasycenie podczas załączania przekaźnika.
Częsty błąd to automatyczne założenie, że złącze B–C musi być zawsze zaporowo. To prawda dla typowego trybu aktywnego (wzmacniacz), ale nie dla pracy kluczowej w nasyceniu. W kluczu dodatnie UBC może być normalnym objawem poprawnego załączenia.
info

Statystycznie 52% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Eksperci podkreślają: "UBE ≈ 0,7 V wskazuje na przewodzenie złącza baza–emiter, a UCE ≈ 0,2 V jest typowym napięciem nasycenia tranzystora pracującego jako klucz."

Źródła:

  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", rozdział o tranzystorze BJT i zastosowaniach przełączających (BJT as a switch)
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", część dotycząca tranzystorów bipolarnych i pracy w nasyceniu (saturation) w układach kluczujących

Materiały:

  • Podręcznik do elektroniki/układów półprzewodnikowych: rozdział o BJT jako kluczu
  • Skrypty szkolne/techniczne o sterowaniu przekaźnikiem tranzystorem NPN
  • Zadania laboratoryjne: pomiar UBE, UCE, UBC dla BJT w odcięciu i nasyceniu

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego