KWALIFIKACJA ELM5 - CZERWIEC 2015

PYTANIE NR 35.
Wykonując pomiar napięcia w układzie sterowania przekaźnikiem, przedstawionym na schemacie, woltomierz wskazał wartość napięcia 24 V. Oznacza to, że
Ilustracja przedstawia schemat elektryczny związany z pomiarem napięcia w układzie sterowania przekaźnikiem.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W typowym układzie kluczowania przekaźnika napięcie bliskie napięciu zasilania pojawia się na tranzystorze wtedy, gdy tranzystor nie przewodzi. Odczyt 24 V oznacza więc, że prąd cewki nie płynie, a tranzystor T jest wyłączony (w stanie zatkania). W nasyceniu spadek na tranzystorze byłby mały.

Pełne wyjaśnienie:

W układach sterowania przekaźnikiem tranzystor często pracuje jako klucz: albo jest włączony (przewodzi i zasila cewkę), albo wyłączony (nie przewodzi i odcina prąd cewki). Wniosek ze wskazania woltomierza zależy od tego, na jakim elemencie odkłada się mierzone napięcie w pokazanym schemacie.

Jeżeli woltomierz wskazuje 24 V w punkcie pomiarowym odpowiadającym napięciu na tranzystorze (typowo między kolektorem a emiterem w kluczu "low-side"), to oznacza, że na tranzystorze odkłada się praktycznie całe napięcie zasilania. Taka sytuacja występuje, gdy tranzystor jest w stanie zatkania: prąd kolektora jest znikomy, a obciążenie (cewka) nie jest zasilane.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi nie pasują do takiego odczytu?

  • "tranzystor T jest w stanie nasycenia" – w nasyceniu tranzystor przewodzi "mocno", a napięcie na nim jest małe (spadek napięcia na kluczu), więc w pomiarze na tranzystorze nie oczekuje się wartości równej napięciu zasilania.
  • "dioda D1 jest w stanie przewodzenia" – dioda równoległa do cewki przekaźnika (zabezpieczająca przed przepięciem) w stanie ustalonym przy poprawnym zasilaniu cewki jest zwykle spolaryzowana zaporowo. Przewodzi głównie w chwili wyłączania prądu cewki, gdy energia indukcyjna wymusza przepływ prądu.
  • "przez cewkę przekaźnika płynie prąd sterowania" – gdy prąd cewki płynie, klucz jest włączony, a napięcie na tranzystorze (w typowym miejscu pomiaru) nie rośnie do pełnych 24 V, tylko spada do wartości małej.

Wskazówka egzaminacyjna: w kluczu tranzystorowym zapamiętaj regułę "wysokie napięcie na kluczu = klucz wyłączony", a "niskie napięcie na kluczu = klucz włączony". To przyspiesza analizę schematów i diagnostykę usterek.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Stan zatkania oznacza, że tranzystor jest "wyłączony": prąd kolektora (lub drenowy) praktycznie nie płynie. W konsekwencji cewka przekaźnika nie jest zasilana i przekaźnik nie zadziała. W pomiarach często widać wtedy napięcie zasilania odkładające się na kluczu.
Nasycenie to stan mocnego włączenia tranzystora bipolarnego, gdy przewodzi on jak "prawie zwarcie". Spadek napięcia na tranzystorze jest wtedy mały, a większość napięcia zasila cewkę. To typowy, pożądany stan przy załączaniu przekaźnika tranzystorem BJT.
W typowym kluczu "low-side" napięcie na tranzystorze rośnie do wartości zasilania, gdy prąd nie płynie. Gdy tranzystor przewodzi, napięcie na nim spada do małej wartości, bo "oddaje" napięcie obciążeniu. Dlatego odczyt bliski zasilaniu wskazuje na zatkanie.
Dioda równoległa do cewki tłumi przepięcie indukcyjne pojawiające się przy wyłączaniu prądu. Zapewnia drogę dla prądu "wygaszającego" energię pola magnetycznego cewki. Chroni tranzystor i inne elementy przed zbyt wysokim napięciem.
Najczęściej przewodzi w momencie wyłączania cewki, gdy indukcyjność "próbuje" utrzymać prąd. W normalnej pracy ustalonej, gdy cewka jest zasilana prawidłowo, dioda jest zwykle spolaryzowana zaporowo i nie przewodzi.
Porównaj napięcie na cewce oraz na kluczu tranzystorowym w stanach załączenia i wyłączenia. Przy załączeniu cewka powinna mieć napięcie zasilania, a na tranzystorze powinien być mały spadek. Przy wyłączeniu napięcie "przenosi się" na tranzystor, a prąd cewki zanika.
Nie zawsze — zależy od tego, między jakimi punktami mierzysz napięcie. Jeśli 24 V to napięcie na samym tranzystorze w typowym miejscu pomiaru, zwykle oznacza wyłączenie. Jeśli mierzysz np. na cewce, 24 V może oznaczać zasilanie i włączenie przekaźnika.
Najczęstsze błędy to: pomylenie miejsca pomiaru (cewka vs tranzystor), brak odniesienia do masy, oraz założenie, że "wysokie napięcie" oznacza "duży prąd". W kluczach jest odwrotnie: wysokie napięcie na kluczu zwykle to brak prądu.
Przekaźnik wymaga przepływu prądu przez cewkę, aby wytworzyć pole magnetyczne i przełączyć styki. W stanie zatkania tranzystor odcina prąd cewki, więc pole nie powstaje. Układ pozostaje w stanie spoczynkowym, mimo obecności napięcia zasilania w obwodzie.
Ćwicz analizę dwóch stanów: ON i OFF. Naucz się, gdzie występują spadki napięć na cewce, tranzystorze i diodzie. Rysuj uproszczone obwody zastępcze dla obu stanów i sprawdzaj, którędy płynie prąd. To pozwala szybko odpowiadać bez zgadywania.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 25% zdających egzamin. bardzo trudne

Według specjalistów z branży: "W typowym układzie kluczowania przekaźnika napięcie bliskie napięciu zasilania pojawia się na tranzystorze wtedy, gdy tranzystor nie przewodzi."

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "Sztuka elektroniki", tom 1, rozdziały o tranzystorach BJT oraz pracy w układach kluczujących (wydanie polskie – wskazania dot. nasycenia i zatkania)
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits", rozdział o tranzystorze bipolarnego jako przełączniku (BJT as a switch), opis stanów cutoff/saturation
  • Texas Instruments, "Relay Driver Circuits" / application note o sterowaniu przekaźników tranzystorem i roli diody flyback (dokument aplikacyjny TI – sekcje o napięciach w stanie ON/OFF)

Materiały:

  • Podręczniki do podstaw elektroniki analogowej (rozdziały o tranzystorach i pracy kluczowej)
  • Noty aplikacyjne o sterowaniu przekaźników tranzystorem i doborze diody zabezpieczającej
  • Materiały dydaktyczne dotyczące pomiarów napięcia w układach elektronicznych (multimetr, punkty odniesienia masy)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego