KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - STYCZEŃ 2013

PYTANIE NR 2.
Na rysunku przedstawiono uproszczony schemat układu elektronicznego do regulacji wartości średniej napięcia. Jaki sygnał wyjściowy wysyła w tym układzie generator PWM?
Ilustracja przedstawia uproszczony schemat układu elektronicznego do regulacji wartości średniej napięcia.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
PWM (modulacja szerokości impulsu) generuje przebieg prostokątny, w którym zmienia się współczynnik wypełnienia przy zwykle stałej amplitudzie i częstotliwości. Zmiana wypełnienia powoduje zmianę wartości średniej napięcia po uśrednieniu (np. na obciążeniu lub po filtrze).

Pełne wyjaśnienie:

Generator PWM (Pulse Width Modulation) wytwarza sygnał prostokątny, w którym kluczowym parametrem regulowanym jest współczynnik wypełnienia (stosunek czasu stanu wysokiego do okresu). W wielu układach regulacji wartości średniej napięcia amplituda i częstotliwość pozostają stałe, a zmiana wypełnienia powoduje zmianę wartości średniej sygnału. Po uśrednieniu (np. przez filtr dolnoprzepustowy RC/RLC lub bezpośrednio przez bezwładność obciążenia) otrzymuje się napięcie "quasi-analogowe" zależne od wypełnienia.

Dlaczego poprawna jest odpowiedź:
Przebieg prostokątny o regulowanym wypełnieniu jest definicyjną cechą PWM i to on służy do regulacji wartości średniej napięcia w takich układach.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne:

  • Trójkątny o regulowanej stromości zboczy – przebieg trójkątny bywa wykorzystywany jako sygnał odniesienia/nośna do wytwarzania PWM w komparatorze, ale nie jest typowym sygnałem wyjściowym generatora PWM.
  • Prostokątny o regulowanej częstotliwości – zmiana częstotliwości nie jest tym, co definiuje PWM w kontekście regulacji wartości średniej; w klasycznym PWM regulowany jest czas trwania impulsu (wypełnienie), nie częstotliwość.
  • Sinusoidalny o regulowanej amplitudzie – regulacja amplitudy sinusoidy to inny rodzaj sterowania (analogowy), a nie modulacja szerokości impulsu. Sinusoida nie jest typową postacią sygnału PWM.

Wskazówka egzaminacyjna: jeśli w pytaniu pojawia się "PWM" i "wartość średnia", szukaj odpowiedzi: prostokątny + zmienne wypełnienie. To najczęstszy zestaw pojęć w zadaniach o uśrednianiu napięcia.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
PWM (modulacja szerokości impulsu) to metoda sterowania, w której sygnał ma postać prostokąta, a reguluje się czas trwania stanu wysokiego w okresie. Dzięki temu można zmieniać wartość średnią napięcia/mocy na obciążeniu, często bez strat typowych dla regulacji liniowej.
W typowym PWM stałe są: amplituda oraz (najczęściej) częstotliwość. Zmienny jest współczynnik wypełnienia, czyli procent czasu w okresie, gdy sygnał jest w stanie wysokim. To właśnie zmiana wypełnienia wpływa na wartość średnią po uśrednieniu lub filtracji.
Wartość średnia przebiegu prostokątnego zależy od tego, jak długo w okresie występuje poziom wysoki. Im większe wypełnienie, tym większy "udział" poziomu wysokiego w czasie, więc średnia rośnie. Po filtrze dolnoprzepustowym otrzymuje się napięcie zbliżone do tej średniej.
Nie w klasycznym znaczeniu. PWM oznacza modulację szerokości impulsu (wypełnienia), a nie częstotliwości. Choć można spotkać sterowanie częstotliwością (np. w niektórych przetwornicach), to w zadaniach egzaminacyjnych PWM niemal zawsze odnosi się do stałej częstotliwości i zmiennego wypełnienia.
Współczynnik wypełnienia to stosunek czasu trwania stanu wysokiego do całego okresu sygnału, zwykle podawany w procentach. Przykład: 25% oznacza, że sygnał jest "wysoki" przez 1/4 okresu. To podstawowy parametr decydujący o wartości średniej napięcia w sterowaniu PWM.
Filtr dolnoprzepustowy RC "wygładza" szybkie zmiany prostokąta, tłumiąc składowe wysokoczęstotliwościowe. Na wyjściu pozostaje wolniej zmieniająca się składowa związana z wartością średnią sygnału PWM. Dobór stałej czasowej RC zależy od częstotliwości PWM i dopuszczalnych tętnień.
PWM jest powszechny w sterowaniu jasnością LED, prędkością silników DC, grzałkami oraz w przetwornicach impulsowych. Wszędzie tam steruje się mocą przez zmianę wypełnienia, uzyskując dobrą sprawność. To też popularny sposób "udawania" wyjścia analogowego z mikrokontrolera.
Bo w wielu układach PWM przebieg trójkątny (lub piłokształtny) jest używany jako sygnał porównawczy w komparatorze: porównuje się go z napięciem sterującym, aby uzyskać prostokąt o zmiennym wypełnieniu. Jednak sygnał wyjściowy PWM to nadal przebieg prostokątny.
Najczęstsze pomyłki to: utożsamianie PWM ze zmianą częstotliwości, wskazywanie sinusoidy (bo "amplituda reguluje napięcie"), oraz mylenie sygnału pomocniczego (trójkąt do komparatora) z wyjściem PWM. Pomaga zapamiętać: PWM = prostokąt + wypełnienie.
Generator PWM zwykle jest opisany jako PWM lub ma wejście sterujące (duty/compare) oraz wyjście impulsowe do tranzystora/drivera. Często współpracuje z komparatorem i generatorem rampy/trójkąta, ale na zewnątrz daje sygnał cyfrowy prostokątny. Szukaj też powiązania z filtrem lub stopniem mocy.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 67% zdających egzamin. średnie

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że pWM (modulacja szerokości impulsu) generuje przebieg prostokątny, w którym zmienia się współczynnik wypełnienia przy zwykle stałej amplitudzie i częstotliwości.

Źródła:

  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics" (3rd Edition), rozdziały dotyczące przebiegów prostokątnych, modulacji impulsowej i sterowania (PWM), Cambridge University Press, 2015
  • Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, "Microelectronic Circuits" (7th Edition), sekcje o sygnałach okresowych, średniej wartości przebiegu oraz układach impulsowych/modulacji, Oxford University Press, 2015
  • Texas Instruments, Application Report "PWM Generation and Filtering" (opis zależności wartości średniej od wypełnienia oraz filtracji PWM), https://www.ti.com/lit/ (wyszukiwarka TI Literature) – dostęp 2026-02-07

Materiały:

  • Rozdziały z podstaw elektroniki dotyczące przebiegów okresowych i wartości średniej
  • Materiały dydaktyczne o modulacji PWM w sterowaniu mocy i przetwornicach
  • Noty aplikacyjne producentów mikrokontrolerów o generacji PWM i filtracji RC

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego