KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2008

PYTANIE NR 11.
Napięcie wyjściowe w układzie przedstawionym na rysunku ma wartość 4,7 V przy napięciu wejściowym Uwe równym 10 V. Który element tego układu uległ uszkodzeniu?
Ilustracja przedstawia schemat elektroniczny, który jest częścią pytania egzaminacyjnego związanego z kwalifikacjami
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
W typowym stabilizatorze z diodą Zenera tranzystor pełni rolę elementu szeregowego "przenoszącego" zasilanie na wyjście.
Jeśli przy Uwe=10 V napięcie wyjściowe "zatrzymuje się" na ok. 4,7 V, układ nie uzyskuje właściwej pracy elementu szeregowego. Taki objaw wskazuje na uszkodzenie tranzystora BD135.

Pełne wyjaśnienie:

W układach stabilizacji z diodą Zenera dioda zwykle tworzy napięcie odniesienia, a tranzystor (np. BD135) pracuje jako element szeregowy dostarczający prąd do obciążenia. Rezystor doprowadza prąd polaryzacji do gałęzi odniesienia, a kondensator filtruje tętnienia i zakłócenia.

Jeżeli przy napięciu wejściowym 10 V na wyjściu pojawia się 4,7 V, jest to typowy sygnał, że wyjście nie jest już "sterowane" przez poprawnie działający element szeregowy, tylko przyjmuje wartość wynikającą z gałęzi odniesienia/ograniczenia. W takim przypadku podejrzewa się uszkodzenie tranzystora BD135 (np. przerwa w strukturze, utrata wzmocnienia lub inne uszkodzenie uniemożliwiające prawidłowe przekazywanie napięcia i prądu na wyjście).

Dlaczego pozostałe elementy są mniej prawdopodobne w tym objawie:

  • "Rezystor 510 Ohm" – jego uszkodzenie często powoduje brak właściwego prądu polaryzacji (co zwykle skutkuje innym, skrajnym stanem: brak stabilizacji albo znaczny spadek/zanik napięcia), a nie stabilne utrzymanie dokładnie na poziomie napięcia odniesienia.
  • "Dioda Zenera 4,7 V" – zwarcie Zenera zwykle "ściąga" napięcie w dół, a przerwa w Zenerze powoduje utratę odniesienia i inne poziomy napięć. Sam fakt, że na wyjściu jest 4,7 V, nie przesądza o uszkodzeniu Zenera; częściej wskazuje, że wyjście zostało ograniczone do poziomu odniesienia, bo element szeregowy nie pracuje poprawnie.
  • "Kondensator 100 qF" – kondensator filtrujący wpływa głównie na tętnienia i stabilność, a jego uszkodzenie rzadko ustala DC na dokładnie 4,7 V; częściej daje większe tętnienia, przydźwięk lub niestabilność napięcia.

Na egzaminie warto zapamiętać regułę: gdy w stabilizatorze z odniesieniem Zenera napięcie wyjściowe "zbiega" do wartości charakterystycznej odniesienia zamiast oczekiwanej pracy układu, najpierw sprawdza się element wykonawczy (tranzystor) i jego polaryzację, a dopiero potem elementy pomocnicze.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Dioda Zenera pracuje w kierunku zaporowym w obszarze przebicia i utrzymuje w przybliżeniu stałe napięcie odniesienia. W stabilizatorze jest "wzorcem" napięcia, a element wykonawczy (np. tranzystor) ma dopasować prąd tak, aby na wyjściu utrzymać żądaną wartość.
BD135 jest tranzystorem NPN, który często pracuje jako element szeregowy zwiększający wydajność prądową stabilizatora. Dioda Zenera ustala poziom sterowania, a tranzystor "przenosi" energię z wejścia na wyjście, dostarczając większy prąd do obciążenia niż sama gałąź Zenera.
Gdy układ ma odniesienie 4,7 V, a element szeregowy nie pracuje prawidłowo, wyjście może przyjmować wartość wynikającą z gałęzi odniesienia/ograniczenia zamiast być regulowane. Taki objaw często sugeruje problem z tranzystorem (np. przerwa, utrata wzmocnienia) lub jego polaryzacją.
Nie. Zwarcie Zenera zwykle mocno obniża napięcie, a przerwa powoduje utratę stabilizacji i pojawienie się innych poziomów zależnych od reszty układu. To, że mierzysz 4,7 V, częściej oznacza, że układ ogranicza się do napięcia odniesienia, a nie że Zener jest na pewno uszkodzony.
Najprościej zmierzyć napięcia DC na wyprowadzeniach tranzystora (baza, emiter, kolektor) względem masy i porównać z typową pracą układu. W wielu stabilizatorach istotne jest, czy pojawia się prawidłowa różnica baza–emiter oraz czy kolektor ma odpowiedni zapas napięcia względem wyjścia.
Rezystor ogranicza prąd płynący do diody Zenera i do obwodu sterującego tranzystora. Zapewnia poprawne spolaryzowanie Zenera i stabilne napięcie odniesienia. Zbyt duża wartość może "zagłodzić" Zenera prądowo, a zbyt mała może powodować nadmierne straty mocy i przegrzewanie.
Kondensator najczęściej nie ustala poziomu napięcia stałego, tylko filtruje tętnienia i poprawia stabilność układu. Jego uszkodzenie zwykle objawia się większymi tętnieniami, zakłóceniami lub niestabilną pracą, a nie "dokładnym" ustawieniem Uwy na konkretnej wartości DC.
Uszkodzenie częściej daje zmianę w czasie (np. po nagrzaniu) albo skrajny objaw (brak regulacji, nielogiczne napięcia na elektrodach). Błędny dobór elementów zwykle daje powtarzalny, "stały" błąd od pierwszego uruchomienia. Pomaga porównanie napięć w punktach układu z oczekiwanym schematem działania.
Takie rozwiązanie spotyka się w prostych zasilaczach liniowych, układach pomocniczych, przedregulatorach oraz tam, gdzie potrzebna jest niedroga stabilizacja i większy prąd niż może zapewnić sama dioda Zenera. W serwisie bywa też stosowane jako szybki "prosty stabilizator" dla jednej gałęzi napięcia.
Częsty błąd to kierowanie się samą liczbą (np. 4,7 V) i automatyczne wskazywanie diody Zenera. Drugi błąd to ignorowanie funkcji tranzystora jako elementu szeregowego. Dobra strategia: najpierw ustal, które elementy definiują napięcie odniesienia, a które dostarczają prąd do obciążenia.
info

Statystycznie 47% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że taki objaw wskazuje na uszkodzenie tranzystora BD135.

Źródła:

  • STMicroelectronics, "BD135/BD137/BD139 – NPN Silicon Power Transistors" (datasheet), sekcje: Absolute Maximum Ratings, Electrical Characteristics, dokument PDF
  • Vishay, "Zener Diodes – General Technical Information" (noty aplikacyjne/datasheet – dział o pracy w kierunku zaporowym i stabilizacji), dokument PDF
  • Paul Horowitz, Winfield Hill, "The Art of Electronics" (wydanie 3), rozdziały dotyczące diod Zenera i prostych stabilizatorów liniowych z tranzystorem szeregowym

Materiały:

  • Podręcznik elektroniki analogowej (działy: diody, dioda Zenera, stabilizatory liniowe)
  • Karty katalogowe: BD135 oraz przykładowe diody Zenera 4,7 V
  • Materiały szkolne/ćwiczenia z diagnostyki zasilaczy liniowych i pomiarów DC

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego