Kwalifikacje w Zawodzie - Testy zawodowe online | Egzaminy Zawodowe

KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2023



PYTANIE NR 17.
Wiedząc, że napięcie diody Zenera Uz wynosi 3 V, a rezystancja R2 jest równa 1 kΩ dobierz wartość rezystancji R1 tak, aby napięcie wyjściowe przedstawionego układu Uo było równe 6 V.
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny, który jest prawdopodobnie częścią pytania egzaminacyjnego związanego z
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dobór R1 opiera się na zależności napięć w układzie z diodą Zenera: przy Uz=3 V oraz wymaganym napięciu wyjściowym Uo=6 V stosunek napięć wynosi 2:1. Dla R2=1 kΩ dobiera się R1 tak, aby spełnić ten sam stosunek, co daje R1=1 kΩ.

Pełne wyjaśnienie:

W układach z diodą Zenera kluczowe jest rozpoznanie, jakie napięcie jest "ustalane" przez diodę (Uz) oraz jak z tego wynika wymagane napięcie wyjściowe Uo. W zadaniu podano Uz=3 V i wymagane Uo=6 V, czyli napięcie wyjściowe ma być dwukrotnie większe od napięcia Zenera.

Przy R2=1 kΩ należy dobrać R1 tak, aby zachować właściwą zależność napięć w przedstawionym układzie (zgodnie z jego sposobem połączenia na schemacie). Skoro Uo ma wynosić 6 V przy Uz=3 V, to układ musi realizować relację 2:1 między napięciem wyjściowym a napięciem odniesienia/stabilizacji. W takim typowym doborze oznacza to, że R1 i R2 powinny być równe, aby uzyskać podwojenie napięcia w punkcie wyjściowym względem poziomu odniesienia ustalonego przez diodę Zenera. Stąd poprawny dobór to R1=1 kΩ.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • 3 kΩ – daje zbyt duży stosunek rezystancji względem R2, co prowadzi do innej relacji napięć niż 2:1, więc nie uzyska się Uo=6 V.
  • 6 kΩ – jeszcze bardziej zwiększa stosunek rezystancji i oddala wynik od wymaganego napięcia; to typowy efekt "przeskalowania" bez sprawdzenia proporcji.
  • 9 kΩ – skrajnie zawyża R1 względem R2, co czyni dobór niezgodnym z warunkiem Uo=6 V przy Uz=3 V.

Wskazówka egzaminacyjna: najpierw porównaj wymagane napięcia (tu: 6 V i 3 V), wyznacz prostą proporcję (2:1), a dopiero potem dopasuj do niej relację rezystancji, pilnując jednostek (kΩ).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Co to jest dioda Zenera i do czego się ją stosuje?
Dioda Zenera to dioda przeznaczona do pracy w kierunku zaporowym w obszarze przebicia, gdzie utrzymuje w przybliżeniu stałe napięcie Uz. Stosuje się ją m.in. jako prosty stabilizator napięcia, źródło napięcia odniesienia lub element ograniczający (clamp) w torach wejściowych.
Dlaczego napięcie Uo może być większe niż Uz w układzie z diodą Zenera?
Uz jest napięciem odniesienia/stabilizacji na diodzie, ale całe Uo zależy od sposobu połączenia elementów (np. relacji w dzielniku/układzie odniesienia). Jeśli schemat realizuje wzmocnienie napięciowe w sensie proporcji rezystorów, Uo może być wielokrotnością Uz.
Jaką rolę pełni rezystor w szeregu z diodą Zenera?
Rezystor szeregowy ogranicza prąd płynący przez diodę Zenera i chroni ją przed przeciążeniem. Ustala też punkt pracy (prąd Zenera), od którego zależy stabilność napięcia. Bez rezystora prąd mógłby gwałtownie wzrosnąć, a dioda ulec uszkodzeniu.
Jak rozpoznać na schemacie, gdzie występuje napięcie Uz?
Uz zwykle jest napięciem mierzonym bezpośrednio na zaciskach diody Zenera, gdy jest spolaryzowana zaporowo i pracuje w przebiciu. Na schemacie szukaj oznaczeń przy diodzie oraz punktów pomiarowych. Pomaga też identyfikacja masy (0 V) i węzła odniesienia.
Jakie błędy najczęściej popełnia się przy doborze R1 i R2 w takich zadaniach?
Najczęstsze błędy to: mylenie proporcji rezystancji (odwrócenie R1/R2), nieuwzględnienie tego, które napięcie jest odniesieniem (Uz), oraz pomyłki jednostek (Ω vs kΩ). Często też wybiera się "większy" rezystor intuicyjnie zamiast policzyć stosunek.
Czy w obliczeniach trzeba uwzględniać prąd diody Zenera?
W wielu zadaniach egzaminacyjnych zakłada się model uproszczony: dioda Zenera utrzymuje stałe Uz, a wpływ prądów jest pomijany. W praktyce prąd Zenera ma znaczenie (minimalny i maksymalny prąd pracy), ale jeśli w treści nie podano prądów ani mocy, zwykle chodzi o dobór z proporcji napięć/rezystancji.
Jak sprawdzić, czy dobrany rezystor nie przeciąży diody Zenera?
W praktyce wyznacza się prąd płynący przez rezystor szeregowy i rozdział prądu między obciążenie a diodę. Następnie liczy się moc na diodzie: P≈Uz·Iz i porównuje z mocą dopuszczalną z noty katalogowej. Do tego potrzebne są jednak dane o zasilaniu i obciążeniu.
Jakie elementy mogą zastąpić diodę Zenera w stabilizacji napięcia?
Alternatywą są m.in. układy scalone stabilizatorów liniowych, przetwornice DC/DC, a także precyzyjne źródła odniesienia (reference) w postaci dedykowanych układów. Dają one zwykle lepszą stabilność, mniejsze tętnienia i szerszy zakres obciążeń niż prosta dioda Zenera.
Kiedy w praktyce stosuje się stabilizację Zenerem zamiast stabilizatora scalonego?
Diodę Zenera stosuje się, gdy układ ma być bardzo prosty i tani, a wymagania co do dokładności i obciążenia są niewielkie (np. ograniczanie napięć wejściowych, proste odniesienie dla komparatora). Stabilizator scalony wybiera się, gdy liczy się lepsza regulacja i większy prąd wyjściowy.
Jak przygotować się do zadań z diodą Zenera na egzaminie zawodowym?
Ćwicz rozpoznawanie typowych konfiguracji na schematach (ogranicznik, stabilizator, odniesienie). Powtarzaj prawo Ohma i proporcje w dzielnikach rezystancyjnych. Rozwiązuj krótkie zadania z doborem rezystorów i zawsze zapisuj jednostki. Pomaga też praca na przykładach z not katalogowych.
info

Statystycznie 45% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Według specjalistów z branży: "Dobór R1 opiera się na zależności napięć w układzie z diodą Zenera: przy Uz=3 V oraz wymaganym napięciu wyjściowym Uo=6 V stosunek napięć wynosi 2:1."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics", 3rd edition, Cambridge University Press, 2015, rozdział o diodach i stabilizacji napięcia (Zener)
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", 7th edition, Oxford University Press, 2014, sekcja: diody Zenera i obwody odniesienia napięcia

Materiały:

  • Podręczniki z podstaw elektroniki analogowej (diody, stabilizacja napięcia)
  • Karty katalogowe diod Zenera (sekcje: napięcie Zenera, charakterystyki, prąd pracy)
  • Zbiory zadań z obwodów DC i elementów półprzewodnikowych
Zobacz też:

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego