KWALIFIKACJA INF1 - CZERWIEC 2023

PYTANIE NR 18.
Układ, którego schemat został przedstawiony na rysunku
Ilustracja przedstawia schemat układu elektronicznego, który może być używany w kontekście egzaminu zawodowego dla technika
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Odpowiedź "próbkuje i zapamiętuje sygnał" pasuje do układu próbkująco‑pamiętającego (sample‑and‑hold): w chwili sterowania przełącznik pobiera wartość napięcia wejściowego, a kondensator ją magazynuje.
B uf or utrzymuje tę wartość na wyjściu mimo zmian sygnału wejściowego i obciążenia.

Pełne wyjaśnienie:

Układ opisany jako "próbkuje i zapamiętuje sygnał" odpowiada typowej funkcji bloku sample-and-hold (układu próbkująco‑pamiętającego). Jego zadaniem jest pobranie chwilowej wartości sygnału analogowego w określonym momencie (próbka), a następnie utrzymanie tej wartości przez pewien czas na wyjściu (podtrzymanie), aby dalsze bloki toru mogły pracować na stałym poziomie.

W praktyce realizuje się to najczęściej przez:

  • przełącznik analogowy sterowany sygnałem zegarowym/sterującym,
  • kondensator, który magazynuje napięcie odpowiadające próbce,
  • wzmacniacz buforowy (np. wtórnik), który odseparowuje kondensator od obciążenia i zapewnia stabilne napięcie wyjściowe.

Dlatego poprawna jest odpowiedź mówiąca o próbkowaniu i zapamiętywaniu. Taki układ jest powszechny przed przetwornikami A/C: podczas konwersji ADC potrzebuje w miarę stałego napięcia wejściowego, a S/H ogranicza błędy wynikające ze zmian sygnału w czasie pomiaru.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi nie pasują?

  • "wzmacnia sygnał" – sam wzmacniacz (jeśli występuje) często pełni rolę bufora, a nie wzmacniacza o zadanym wzmocnieniu. Kluczowa funkcja to podtrzymanie próbki, nie zwiększenie amplitudy.
  • "filtruje i wzmacnia sygnał" – filtracja to proces kształtowania widma/częstotliwości; w S/H kondensator nie jest użyty jako filtr w sensie funkcjonalnym, tylko jako element pamięci analogowej. Ewentualne efekty RC są uboczne.
  • "kwantuje sygnał" – kwantyzacja jest etapem dyskretyzacji amplitudy wykonywanym przez przetwornik ADC (lub inny układ porównujący do poziomów odniesienia). Sample-and-hold utrzymuje wartość analogową, nie zamienia jej na poziomy skwantowane.

Wskazówka egzaminacyjna: jeśli na schemacie widzisz przełącznik sterowany impulsem oraz kondensator z buforem na wyjściu, najczęściej chodzi o funkcję "próbkuj i trzymaj", a nie o klasyczne wzmacnianie czy filtrację.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
To układ, który w wybranym momencie pobiera (próbkuje) chwilową wartość napięcia sygnału, a następnie utrzymuje ją na wyjściu przez określony czas. Zwykle wykorzystuje przełącznik analogowy i kondensator, a na wyjściu bufor, aby nie rozładować kondensatora obciążeniem.
Najczęściej widać przełącznik analogowy sterowany sygnałem impulsowym oraz kondensator do masy lub do węzła odniesienia. Za kondensatorem zwykle jest wtórnik/bufor (wzmacniacz operacyjny lub tranzystorowy), który zapewnia stałe napięcie wyjściowe mimo obciążenia.
ADC potrzebuje w miarę stałego napięcia wejściowego podczas konwersji. Jeśli sygnał szybko się zmienia, wynik byłby obarczony błędem "ruchu" w czasie pomiaru. Układ próbkująco‑pamiętający zamraża wartość próbki na czas konwersji, poprawiając powtarzalność i dokładność.
Nie. Kwantyzacja to zamiana amplitudy na jeden z dyskretnych poziomów i jest realizowana w przetworniku A/C (lub innym układzie z progami odniesienia). Sample-and-hold pozostaje układem analogowym: przechowuje napięcie na kondensatorze i podaje je dalej bez "schodkowania".
Klasyczny zestaw to: przełącznik analogowy (np. tranzystor MOS), kondensator magazynujący napięcie próbki oraz bufor na wyjściu (wtórnik), który izoluje kondensator od obciążenia. Dodatkowo pojawiają się elementy ograniczające szumy i prądy upływu.
Typowe problemy to: opadanie napięcia w trybie "hold" (upływność i rozładowanie kondensatora), błąd wtrysku ładunku podczas przełączania, szumy przełącznika oraz ograniczona szybkość śledzenia sygnału. W praktyce dobiera się pojemność i bufor tak, aby błąd był mniejszy od wymaganej dokładności.
Próbkowanie pojawia się wszędzie tam, gdzie sygnał analogowy jest mierzony lub zamieniany na postać cyfrową: w torach diagnostycznych, modułach pomiarowych, rejestratorach parametrów, a także w urządzeniach końcowych z czujnikami analogowymi. Układ S/H pomaga uzyskać stabilny odczyt mimo zmian sygnału.
Filtr RC pracuje ciągle i kształtuje pasmo częstotliwości, bez sterowania chwilą "pobrania" wartości. Układ próbkująco‑pamiętający ma element przełączający sterowany zegarem/impulsem, który wyraźnie dzieli pracę na fazę próbkowania i fazę podtrzymania. To sterowanie jest kluczową różnicą.
Bez bufora obciążenie wyjścia rozładowywałoby kondensator, przez co "zapamiętana" wartość szybko by spadała. Bufor (np. wtórnik na wzmacniaczu operacyjnym) ma dużą impedancję wejściową i małą wyjściową, więc chroni kondensator i jednocześnie pozwala zasilać kolejne stopnie toru.
Najczęściej myli się go ze wzmacniaczem lub filtrem, bo na schemacie pojawia się wzmacniacz operacyjny i kondensator. Warto szukać przełącznika sterowanego impulsem oraz idei "zamrożenia" napięcia. Jeśli jest sterowanie czasowe i kondensator jako magazyn, chodzi o próbkowanie i podtrzymanie.
info

Statystycznie 51% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

Źródła:

  • Sedra, Smith: "Microelectronic Circuits", rozdziały dotyczące przełączników analogowych i układów z kondensatorem (sample-and-hold) – wydania akademickie (dokładna strona zależna od wydania)
  • Razavi: "Fundamentals of Microelectronics", sekcje o przełącznikach MOS i układach próbkująco-pamiętających (sample-and-hold) – wydania akademickie

Materiały:

  • Podręczniki z elektroniki analogowej (wzmacniacze operacyjne, przełączniki analogowe, układy kondensatorowe)
  • Materiały o przetwarzaniu analogowo-cyfrowym (próbkowanie, aliasing, układy S/H)
  • Noty katalogowe przełączników analogowych i układów sample-and-hold (opis działania, przebiegi czasowe)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego