KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2019

PYTANIE NR 26.
Jakie są graniczne częstotliwości przenoszenia (dolna i górna) wzmacniacza napięciowego, którego charakterystykę amplitudową przedstawiono na rysunku?
Ilustracja przedstawia charakterystykę amplitudową wzmacniacza napięciowego, co jest istotne w kontekście kwalifikacji
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Częstotliwości graniczne wzmacniacza odczytuje się z charakterystyki amplitudowej jako punkty, w których wzmocnienie spada o 3 dB względem poziomu w paśmie środkowym.
Na wykresie odpowiada to około 40 Hz dla granicy dolnej i około 15 kHz dla granicy górnej, czyli zakres pasma przenoszenia wynosi 40 Hz–15 kHz.

Pełne wyjaśnienie:

Częstotliwości graniczne przenoszenia wzmacniacza (dolna fL i górna fH) wyznacza się z charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej jako punkty, w których wzmocnienie spada o 3 dB w stosunku do wzmocnienia w tzw. paśmie środkowym (obszar, w którym charakterystyka jest w przybliżeniu płaska).

Praktyczna procedura odczytu z wykresu wygląda tak:

  • ustal poziom wzmocnienia w paśmie środkowym (część płaska charakterystyki),
  • znajdź poziom o 3 dB niższy (−3 dB odpowiada spadkowi amplitudy do ok. 0,707 wartości odniesienia),
  • odczytaj z osi częstotliwości dwie wartości, dla których wykres przecina ten poziom: po stronie niskich częstotliwości to fL, a po stronie wysokich częstotliwości to fH.

Z przedstawionej charakterystyki punkty te wypadają w przybliżeniu przy 40 Hz (granica dolna) oraz 15 kHz (granica górna). To oznacza, że wzmacniacz przenosi sygnały w paśmie około 40 Hz–15 kHz bez istotnego spadku wzmocnienia.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • 40 Hz i 1,5 kHz – górna granica jest zbyt niska; taki wynik zwykle wynika z pomylenia skali (np. przeoczenia "k" lub niewłaściwego odczytu podziałki).
  • 400 Hz i 15 kHz – dolna granica jest zawyżona o rząd wielkości; często to efekt błędu zakotwiczenia lub niedokładnego odczytu pierwszej znaczącej podziałki.
  • 400 Hz i 1,5 kHz – błędne są obie granice; zwykle jest to jednoczesne pomieszanie skali częstotliwości oraz jednostek Hz/kHz.

Na egzaminie warto zawsze sprawdzić: (1) czy czytasz właściwą oś, (2) czy uwzględniasz mnożnik kHz, (3) czy odczyt dotyczy poziomu −3 dB, a nie dowolnego spadku.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Częstotliwości graniczne to dolna i górna częstotliwość, dla których wzmocnienie spada do poziomu granicznego względem pasma środkowego. Najczęściej przyjmuje się kryterium −3 dB, czyli spadek amplitudy do ok. 0,707 wartości z pasma płaskiego.
Najpierw wyznacz poziom wzmocnienia w paśmie środkowym (fragment płaski). Następnie znajdź na osi amplitudy poziom o 3 dB niższy i odczytaj z osi częstotliwości punkt przecięcia po stronie niskich częstotliwości. To jest fL.
Analogicznie jak dla dolnej: od poziomu w paśmie środkowym przejdź do −3 dB i odczytaj punkt przecięcia charakterystyki po stronie wysokich częstotliwości. Warto zwrócić uwagę na zapis jednostek (Hz/kHz), bo tu najłatwiej o pomyłkę.
Poziom −3 dB odpowiada spadkowi mocy do połowy oraz spadkowi amplitudy do ok. 0,707 wartości odniesienia. To wygodna, powszechnie stosowana umowa do opisu pasma przenoszenia, porównywania wzmacniaczy i projektowania filtrów oraz torów sygnałowych.
Najczęściej tak, ale nie zawsze. W niektórych specyfikacjach spotyka się inne kryteria (np. −1 dB lub −6 dB), zależnie od wymagań jakościowych. W zadaniach szkolnych i w typowych definicjach pasma wzmacniacza domyślnie przyjmuje się jednak −3 dB.
Najczęstszy błąd to przeoczenie skali i mnożnika: odczyt "15" jako "1,5" lub odwrotnie, szczególnie gdy oś jest logarytmiczna albo gdy zapis "kHz" jest mało widoczny. Pomaga kontrola sensowności wyniku i sprawdzenie położenia między 1 kHz a 10 kHz.
Oś logarytmiczna ma podziałkę, w której równe odcinki odpowiadają mnożeniu (np. 10, 100, 1k, 10k), a nie dodawaniu. Jeśli widzisz dekady (10×) w równych odstępach, to wykres jest logarytmiczny i odczyt "na oko" wymaga większej ostrożności.
Pasmo przenoszenia mówi, w jakim zakresie częstotliwości wzmacniacz wzmacnia sygnał prawie stałym wzmocnieniem. W torach audio zbyt wysoka dolna granica powoduje ubytek basu, a zbyt niska górna granica ogranicza wysokie tony i szczegółowość. Odczyt z charakterystyki pomaga to ocenić.
Tak. W praktyce laboratoryjnej podaje się na wejście sinus o stałej amplitudzie i mierzy wzmocnienie w funkcji częstotliwości. Następnie wyznacza się punkty, w których wzmocnienie spada o 3 dB względem wartości w paśmie środkowym. Wyniki można też porównać z kartą katalogową.
Ćwicz odczyt z kilku typów wykresów (liniowych i logarytmicznych), zawsze zaznaczaj poziom −3 dB względem pasma płaskiego i kontroluj jednostki (Hz/kHz/MHz). Warto też pamiętać, że granice to dwa punkty przecięcia tej samej poziomej linii odniesienia.
info

Około 41% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. trudne

Źródła:

  • Sedra, A. S.; Smith, K. C., "Microelectronic Circuits", rozdziały o wzmacniaczach i odpowiedzi częstotliwościowej (Frequency Response) – definicja częstotliwości granicznych i punktu −3 dB.
  • Horowitz, P.; Hill, W., "The Art of Electronics", sekcje dotyczące charakterystyk częstotliwościowych i wykresów Bodego – interpretacja pasma i spadku −3 dB.
  • Texas Instruments, "Op Amps for Everyone" (application report), rozdziały o Frequency Response i Bode Plots – omówienie punktu −3 dB i pasma przenoszenia.

Materiały:

  • Podręczniki z elektroniki analogowej (wzmacniacze, charakterystyki częstotliwościowe)
  • Materiały o wykresach Bodego i interpretacji spadku −3 dB
  • Zadania ćwiczeniowe z odczytu parametrów z wykresów (charakterystyki amplitudowe)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego