Test ELM.02 — zestaw 22

Dlaczego tak

Bez sprzężenia zwrotnego wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego jest bardzo duże, więc nawet niewielka dodatnia różnica napięć między wejściem nieodwracającym a odwracającym wprowadza wyjście w nasycenie blisko dodatniego napięcia zasilania. Odpowiedź „bliskie ujemnemu” wynika z pomylenia ról wejść — taki stan wystąpiłby, gdyby wyższe było napięcie na wejściu odwracającym. Wyjście nie powtarza różnicy napięć, bo różnica ta jest mnożona przez ogromne wzmocnienie.

Dlaczego tak

Para komplementarna npn–pnp o wspólnych emiterach, sterowana wspólnym sygnałem, tworzy wzmacniacz przeciwsobny: jeden tranzystor przewodzi przy dodatniej, a drugi przy ujemnej połówce sygnału, i oba pracują jak wtórniki emiterowe. Układ Darlingtona też łączy dwa tranzystory, ale kaskadowo — emiter pierwszego steruje bazą drugiego — dlatego bywa mylony. We wzmacniaczu różnicowym bazy są sterowane dwoma różnymi sygnałami, a lustro prądowe nie przenosi sygnału do obciążenia.

Dlaczego tak

Opóźnienia bramek połączonych szeregowo sumują się, więc łańcuch pięciu bramek po 10 ns opóźnia sygnał o 5 · 10 ns = 50 ns. Odpowiedź 10 ns zakłada, że bramki przełączają się jednocześnie, a przecież każda reaguje dopiero na zmianę na wyjściu poprzedniej. Wynik 2 ns to błędne podzielenie czasu przez liczbę bramek, a 100 ns — pomnożenie przez 10 zamiast przez 5.

Dlaczego tak

Gdy C = 1, wyjście ma stan 1 niezależnie od A i B, co daje 4 kombinacje; gdy C = 0, stan 1 wystąpi tylko dla A = B = 1, czyli w jednej kombinacji — łącznie 5. Odpowiedź 4 pomija przypadek A = B = 1 przy C = 0, uwzględniając tylko wpływ zmiennej C. Wynik 6 powstaje przy podwójnym liczeniu kombinacji, w której jednocześnie C = 1 oraz A = B = 1.

Dlaczego tak

Z prawa A + Ā·B = A + B wynika, że gdy A = 1, wyrażenie ma wartość 1, a gdy A = 0, jego wartość zależy tylko od B — dokładnie jak suma A + B. Odpowiedź Y = A wynika z błędnego zastosowania prawa pochłaniania A + A·B = A, w którym drugi składnik zawiera A bez negacji. Iloczyn A·B dawałby 0 dla A = 1 i B = 0, choć pierwotne wyrażenie ma wtedy wartość 1.

Dlaczego tak

Z prawa De Morgana A + B = ¬(Ā·B̄), więc dwie bramki NAND ze zwartymi wejściami tworzą negatory dające Ā i B̄, a trzecia bramka NAND daje ich zanegowany iloczyn, czyli sumę A + B. Odpowiedź 2 pomija jeden z negatorów — z dwóch bramek NAND można zbudować funkcję AND, ale nie OR. Jedna bramka realizuje wyłącznie funkcję NAND, a cztery bramki NAND są potrzebne np. do funkcji EX-OR.

Dlaczego tak

Napięcie 0,9 V przekracza zarówno gwarantowane U_OL max = 0,4 V, jak i próg U_IL max = 0,8 V, więc następna bramka może nie rozpoznać stanu niskiego; najczęstszą przyczyną jest zbyt duży prąd wpływający do wyjścia, np. zbyt wiele dołączonych wejść. Porównanie z połową napięcia zasilania jest kuszące, ale progi logiczne TTL nie leżą symetrycznie. Stan wysoki na wejściu TTL zaczyna się dopiero od 2,0 V, a wyjście w stanie wysokiej impedancji nie wymusza żadnego napięcia.

Dlaczego tak

Okres przebiegu 1 kHz to T = 1 ms, a przesunięcie fazowe φ = (Δt / T) · 360° = (0,125 ms / 1 ms) · 360° = 45°. Wynik 125° powstaje z odczytania liczby 0,125 ms jako stopni po przesunięciu przecinka, a 90° — z przyjęcia, że 0,125 ms to ćwierć okresu. Wartość 22,5° otrzymuje się po przyjęciu okresu 2 ms, czyli dwukrotnie zbyt długiego.

Dlaczego tak

Przy J = K = 1 przerzutnik JK pracuje w trybie przełączania (toggle): każde aktywne zbocze zegara zmienia stan na przeciwny, więc po nieparzystej liczbie pięciu zboczy wyjście z Q = 0 przejdzie w Q = 1. Odpowiedź o stanie zabronionym przenosi na przerzutnik JK właściwość przerzutnika RS, w którym S = R = 1 jest niedozwolone. Stan pozostaje bez zmian przy J = K = 0, a zerowanie następuje przy J = 0 i K = 1.

Dlaczego tak

W dokumentacji elektronicznej przyjęto litery: C — kondensator, R — rezystor, Q (lub T) — tranzystor, U (lub IC) — układ scalony, a liczba to kolejny numer elementu danego rodzaju. Odczytanie Q jako rezonatora kwarcowego jest częstą pomyłką, ale rezonatory oznacza się zwykle literą Y lub X. Przekaźnik ma oznaczenie K, a transformator — T lub TR, dlatego R i U nie mogą ich oznaczać.

Dlaczego tak

Wspólna norma europejska, wprowadzona jednakowo we wszystkich krajach członkowskich, sprawia, że wyrób zbadany raz według niej jest akceptowany na całym rynku — to usuwanie barier technicznych w handlu. Ochrona życia i zdrowia jest kusząca, bo norma dla zasilaczy dotyczy też bezpieczeństwa, ale w opisanej sytuacji korzyść polega na braku powtórnych badań w innych krajach. Racjonalizacja produkcji i ochrona środowiska to inne cele normalizacji, z sytuacją niezwiązane.

Dlaczego tak

Normę zharmonizowaną opracowuje europejska organizacja normalizacyjna na zlecenie Komisji Europejskiej, a jej spełnienie daje domniemanie zgodności wyrobu z wymaganiami zasadniczymi dyrektywy, np. niskonapięciowej. Nie staje się przez to obowiązkowa — producent może wykazać zgodność w inny sposób, choć trudniej. Wiele norm zharmonizowanych powstaje na bazie norm IEC, ale nie to decyduje o ich statusie, a tłumaczenie na języki urzędowe nie jest cechą wyróżniającą.

Dlaczego tak

Kolejność przedrostków odczytuje się od końca: ISO to norma międzynarodowa, którą CEN przyjął jako normę europejską EN ISO, a PKN wprowadził do zbioru Polskich Norm jako PN-EN ISO. Norma ISO wprowadzona bezpośrednio, bez etapu europejskiego, miałaby oznaczenie PN-ISO — to najczęściej mylona para. Przedrostek PN nie oznacza zgłoszenia normy do ISO ani jej wycofania.

Dlaczego tak

Dyrektywy publikuje się w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej, a ich aktualne, skonsolidowane teksty we wszystkich językach urzędowych udostępnia serwis EUR-Lex. Katalog PKN wydaje się trafny, bo dotyczy kompatybilności elektromagnetycznej, ale zawiera normy, a nie akty prawne. W Dzienniku Ustaw publikuje się polskie przepisy wdrażające, a nie treść samej dyrektywy, a karta katalogowa podaje parametry wyrobu.

Dlaczego tak

Oznaczenie „05VDC” podaje napięcie cewki 5 V DC, a „10A 250VAC” — obciążalność styków, czyli parametry typowe dla przekaźnika; pięć wyprowadzeń to dwa końce cewki oraz styk wspólny, zwierny i rozwierny. Odczytanie elementu jako stabilizatora 5 V wynika ze skojarzenia napięcia 5 V z zasilaniem układu, ale stabilizatory mają trzy wyprowadzenia i nie podaje się przy nich napięcia 250 V AC. Transoptory i transformatory impulsowe opisuje się innymi parametrami.

Dlaczego tak

Rezystor podciągający (pull-up) utrzymuje na wejściu stan wysoki, gdy przycisk jest rozwarty, a po wciśnięciu przycisk zwiera wejście do masy i wymusza stan niski — bez rezystora wejście „wisiałoby” i zbierało zakłócenia. Rezystor ściągający (pull-down) łączy się z masą, a nie z plusem, dlatego nazwy te bywają mylone. Rezystor nie tworzy tu dzielnika, bo przy rozwartym przycisku drugi element dzielnika nie istnieje.

Dlaczego tak

Strzałki skierowane do elementu symbolizują padające na niego promieniowanie, więc dioda z takimi strzałkami jest fotodiodą, czyli odbiornikiem światła. Dioda LED ma bardzo podobny symbol, dlatego jest najczęstszą odpowiedzią błędną, ale jej strzałki wychodzą od elementu na zewnątrz, bo emituje ona światło. Dioda Zenera ma charakterystycznie zagiętą kreskę katody, a dioda pojemnościowa — symbol kondensatora przy katodzie.

Dlaczego tak

Dioda Schottky'ego ma mały spadek napięcia przewodzenia, ok. 0,3–0,5 V, i bardzo krótki czas przełączania, co zmniejsza straty w prostownikach pracujących z częstotliwością dziesiątek i setek kiloherców. Do prostowników sieciowych na 1000 V się nie nadaje, bo typowe diody Schottky'ego mają małe dopuszczalne napięcie wsteczne i duży prąd upływu. Źródłem napięcia odniesienia jest dioda Zenera, a wskaźnikiem świetlnym — dioda LED.

Dlaczego tak

TL431 porównuje napięcie wyjściowe z wewnętrznym napięciem odniesienia 2,5 V, a transoptor przekazuje sygnał błędu do sterownika PWM po stronie pierwotnej, zachowując izolację galwaniczną — razem tworzą pętlę sprzężenia zwrotnego. Transoptor kojarzy się z izolacją i zabezpieczeniem, stąd odpowiedzi o filtrze lub ograniczniku, ale te funkcje pełnią dławik z kondensatorami i termistor NTC na wejściu. Prostownik wyjściowy to dioda z kondensatorem filtrującym.

Dlaczego tak

Rezystor o węższej tolerancji i większej mocy znamionowej spełnia wszystkie wymagania wykazu z zapasem, a skoro pasuje mechanicznie, może zastąpić element podstawowy. Odpowiedź, że moc musi być identyczna, wynika z mylenia mocy znamionowej z mocą wydzielaną — wartość 0,6 W to tylko większa dopuszczalna obciążalność. Tolerancja 1% oznacza wartość bliższą 10 kΩ, a dołączenie równoległe drugiego rezystora zmieniłoby rezystancję.

Dlaczego tak

Korpus o długości 6 mm nie zmieści się poziomo między otworami odległymi o 2,54 mm, dlatego rezystor montuje się na stojąco: jedno wyprowadzenie wchodzi prosto, a drugie odgina się o 180° i prowadzi wzdłuż korpusu. Odginanie wyprowadzeń tuż przy korpusie jest dodatkowo błędem, bo może spowodować pęknięcie korpusu lub uszkodzenie połączenia wyprowadzenia z warstwą rezystywną. Montaż ukośny i skrócenie wyprowadzeń przed lutowaniem uniemożliwiają poprawne osadzenie elementu.

Dlaczego tak

Przy montażu ręcznym zaczyna się od elementów najniższych, bo po odwróceniu płytki do lutowania przylegają do niej i nie wypadają, a wysokie elementy montowane wcześniej utrudniałyby oparcie płytki na blacie. Rozpoczęcie od najwyższych elementów wydaje się korzystne, bo są duże i łatwe do wstawienia, ale wtedy niskie elementy zsuwają się przy odwracaniu płytki. Kolejność alfabetyczna oznaczeń ani cena nie mają związku z wygodą i jakością montażu.

Dlaczego tak

168 godzin to dokładnie 7 dni, więc elementy wyjęte z worka w poniedziałek o 8:00 trzeba przylutować do 8:00 w kolejny poniedziałek; po przekroczeniu tego czasu przed lutowaniem rozpływowym należy je wygrzać. Termin piątkowy wynika z przyjęcia 168 h jako pięciu dni roboczych, choć czas ekspozycji liczy się w godzinach zegarowych, także w nocy i w weekend. Wtorek odpowiadałby poziomowi MSL 5a (24 h), a dwa tygodnie przekraczają dopuszczalny czas dwukrotnie.

Dlaczego tak

Rozlutownica z pompą próżniową nagrzewa wyprowadzenie i jednocześnie odsysa lut z całej głębokości otworu metalizowanego, więc kolejne wyprowadzenia uwalnia się po jednym, bez przegrzewania płytki. Gorące powietrze wydaje się wygodne, bo nagrzewa wiele punktów naraz, ale nie usuwa lutu z otworów, a długie grzanie dużego obszaru grozi rozwarstwieniem laminatu i stopieniem obudowy złącza. Cienki grot i pęseta nie poradzą sobie z 20 wyprowadzeniami w otworach metalizowanych.

Dlaczego tak

Tłok napina się przed podejściem do połączenia, bo jego napinanie przy płytce przesuwa dyszę; następnie lut roztapia się grotem, przykłada dyszę do płynnego lutu i zwalnia spust, gdy lut jest jeszcze ciekły. Odsunięcie grota i odczekanie przed odessaniem to częsty błąd — lut zdąży zakrzepnąć i odsysacz nic nie pobierze. Naciśnięcie spustu przed przyłożeniem dyszy lub przed roztopieniem lutu marnuje zassanie.

Dlaczego tak

Delikatny ruch okrężny grotem porusza wyprowadzeniem w otworze, dzięki czemu odrywa się ono od ścianki, a lut zostaje odessany z całego obwodu otworu. Mocny docisk grota wydaje się zapewniać lepsze przekazywanie ciepła, ale grozi oderwaniem pola i nie zapobiega przyklejeniu wyprowadzenia. Odsysanie częściowo stopionego lutu zostawia go w otworze, a chłodzenie wyprowadzenia powoduje ponowne zakrzepnięcie lutu.

Dlaczego tak

Stop niskotopliwy, np. z dodatkiem bizmutu, miesza się z lutem na wyprowadzeniach i obniża jego temperaturę krzepnięcia, więc przeciągając grotem wzdłuż boków można utrzymać płynny lut na wszystkich wyprowadzeniach naraz i zdjąć układ. Lut bezołowiowy wydaje się logiczny, bo dodaje lutu, ale podnosi temperaturę topnienia i utrudnia demontaż. Pasta termoprzewodząca nie przewodzi wystarczająco ciepła do roztopienia lutu, a klej termotopliwy zanieczyści płytkę.

Dlaczego tak

Elementy 0402 są bardzo lekkie, a po roztopieniu lutu trzyma je tylko napięcie powierzchniowe, więc zbyt silny strumień powietrza po prostu je zdmuchuje; przy pracy w pobliżu drobnych elementów zmniejsza się przepływ i dobiera dyszę o właściwym rozmiarze. Zbyt niska temperatura jest mylącym tropem, bo powoduje raczej dłuższe grzanie niż przemieszczanie elementów. Ilość topnika i czas podgrzewania wstępnego wpływają na zwilżanie i naprężenia termiczne, a nie na zdmuchiwanie elementów.

Dlaczego tak

Efekt nagrobka (tombstoning) powstaje, gdy lut na jednym polu roztopi się i zwilży wyprowadzenie wcześniej niż na drugim — napięcie powierzchniowe unosi wtedy lekki element do pionu; przyczyną bywa nierówna ilość pasty lub różna pojemność cieplna pól. Zimny lut też daje słabe połączenie, ale element pozostaje na miejscu, a połączenie jest matowe i ziarniste. Mostek łączy dwa pola, a kulki lutu to drobiny rozrzucone wokół połączenia.

Dlaczego tak

Tranzystory w obudowie TO-92 różnych typów mają różny rozkład wyprowadzeń, np. CBE lub EBC, więc wlutowanie elementu odwrotnie lub zamiennika o innym rozkładzie zamienia miejscami kolektor i emiter. Mostek lutu też łączy te wyprowadzenia, ale zwiera je ze sobą, a nie przenosi kolektora na pole emitera. Wzmocnienie prądowe i uszkodzenie złącza przez przegrzanie to parametry elektryczne, które nie zmieniają położenia wyprowadzeń na płytce.

Dlaczego tak

Kamera termowizyjna pokazuje rozkład temperatury na całej płytce naraz, więc przegrzany element widać od razu, a pomiar jest bezdotykowy i bezpieczny przy włączonym zasilaniu. Sonda temperatury multimetru też mierzy temperaturę, ale wymaga przykładania jej kolejno do każdego elementu pod napięciem, co jest powolne i ryzykowne. Oscyloskop pokaże kształt napięć, a miernik izolacji służy do badań bez zasilania i mógłby uszkodzić elementy półprzewodnikowe.

Dlaczego tak

Sonda ×10 ma znacznie mniejszą pojemność wejściową i szersze pasmo niż ×1, a jej kompensacja i krótkie połączenie masy ograniczają przerzuty i dzwonienie widoczne na zboczach. Sonda ×1 kusi większą czułością, ale jej duża pojemność obciąża badany węzeł i spowalnia zbocza. Długi przewód masy tworzy pętlę o dużej indukcyjności, a sprzężenie AC zniekształca przebiegi wolnozmienne i nie poprawia odwzorowania zboczy.

Dlaczego tak

Dokumentacja powykonawcza ma odpowiadać rzeczywiście wykonanemu urządzeniu, więc zmienioną wartość nanosi się na schemat, nadaje mu nowy numer rewizji i zapisuje w historii zmian, co, kiedy i za czyją zgodą zmieniono. Pozostawienie schematu bez zmian wydaje się uzasadnione, bo pochodzi on od konstruktora, ale wtedy serwisant szukałby w urządzeniu wartości, której tam nie ma. Odręczna poprawka bez daty i podpisu albo nowy schemat bez opisu zmian uniemożliwiają prześledzenie historii.

Dlaczego tak

Napięcie międzyszczytowe odczytuje się jako liczbę działek pomnożoną przez współczynnik odchylania: 3 dz. · 20 mV/dz. = 60 mV, czyli więcej niż dopuszczalne 50 mV, więc zasilacz nie spełnia wymagań, np. z powodu zużytego kondensatora filtrującego. Wynik 30 mV powstaje przy pomyleniu nastawy z 10 mV/dz., a 6,7 mV — przy dzieleniu 20 przez 3 zamiast mnożenia. Wartość 23 mV to suma liczb zamiast ich iloczynu.

Dlaczego tak

W dokumentacji kontroli błędny zapis skreśla się jedną kreską tak, aby pozostał czytelny, obok wpisuje się wartość poprawną oraz parafę i datę — dzięki temu wiadomo, kto, kiedy i co poprawił. Korektor i przerabianie cyfr dają „czystą” kartę, co wydaje się zaletą, ale ukrywają zmianę i podważają wiarygodność całego dokumentu. Zniszczenie karty i wypełnienie nowej usuwa ślad korekty, czego dokumentacja jakości nie dopuszcza.

Dlaczego tak

Ponowne uszkodzenie nowego tranzystora świadczy, że przyczyna nadal istnieje — najczęściej uszkodzony rezystor bramki, dioda Zenera lub sterownik PWM, zwarta dioda wyjściowa albo element obwodu tłumiącego; dopiero po ich sprawdzeniu wymienia się tranzystor, a zasilacz uruchamia przez ogranicznik prądu. Mocniejszy tranzystor wydaje się rozwiązaniem, ale przy niesprawnym sterowaniu także ulegnie zniszczeniu. Większy bezpiecznik i brak radiatora tylko zwiększają skalę kolejnej awarii.

Dlaczego tak

Czas pracy i zużyte części stanowią podstawę wyceny i rozliczenia naprawy, a także pozwalają ocenić jej opłacalność przy kolejnej usterce. Pomiary bezpieczeństwa to odrębna część dokumentacji i żaden wykaz części ich nie zastąpi, choć oba zapisy trafiają do tej samej karty. Klasa ochronności wynika z konstrukcji urządzenia, a znak CE nadaje producent na podstawie oceny zgodności, a nie serwis.

Dlaczego tak

Model SPICE dostarczony przez producenta opisuje m.in. prądy nasycenia, pojemności złączy i rezystancje szeregowe, więc symulacja odwzorowuje rzeczywiste charakterystyki konkretnego tranzystora. Model domyślny wydaje się wystarczający, bo symulator go akceptuje, ale ma uproszczone parametry i może dać wyniki odbiegające od pomiarów, np. inne pasmo czy punkt pracy. Samo wzmocnienie w opisie elementu jest tylko etykietą, a źródło prądowe nie odwzorowuje działania tranzystora.

Dlaczego tak

Analiza Monte Carlo wielokrotnie powtarza symulację, losując wartości elementów w granicach ich tolerancji, i pokazuje, jak bardzo mogą się różnić egzemplarze seryjnie produkowanego układu. Analiza temperaturowa też bada zmienność parametrów, ale zmienia temperaturę, a nie wartości elementów w zakresie tolerancji, dlatego bywa z analizą Monte Carlo mylona. Punkt pracy wyznacza analiza DC, a widmo sygnału — analiza Fouriera wyników analizy czasowej.

Dlaczego tak

Okres sygnału 1 kHz wynosi T = 1 / f = 1 ms, więc pięć okresów zajmuje 5 ms. Wartość 0,5 ms obejmuje zaledwie pół okresu i wynika z błędu o rząd wielkości, a 50 ms pokaże aż 50 okresów, przez co przebieg na wykresie stanie się nieczytelny i symulacja niepotrzebnie się wydłuży. Czas 5 s to pomyłka jednostek, czyli przyjęcie okresu 1 s zamiast 1 ms.