Rozwiązanie krok po kroku: Naprawa i modyfikacja automatycznego włącznika oświetlenia

Na schemacie są trzy części:

• czujnik: dzielnik R2-R1-R3-R8 i bramka U1A (przerzutnik Schmitta) - przy słabym świetle rezystancja R8 rośnie, napięcie PP2 jest wysokie, a wyjście PP3 przechodzi w stan niski,
• opóźnienie: przez D2-R7 kondensator C2 rozładowuje się (zwłoka włączania), przez D1-R5 ładuje się (zwłoka wyłączania); PP4 idzie za PP3,
• wykonanie: bramka U1D odwraca stan PP4, przez R6 steruje bazą T1 (PP5), a T1 zwiera dolny koniec cewki P1 (PP6) do masy.

Objaw „żarówka nie świeci ani w dzień, ani w nocy” przy sprawnej żarówce oznacza, że przekaźnik nigdy nie zostaje załączony. Pomiary pokażą, w którym miejscu toru sygnał się urywa.

Napięcia PP1 ÷ PP6 względem masy - multimetr (woltomierz), funkcja: pomiar napięcia.

Rezystancje R2 ÷ R7, cewki i styku przekaźnika (po wymontowaniu z układu) - multimetr (omomierz), funkcja: pomiar rezystancji.

Złącza T1 i diod D1 ÷ D3 mierzono „na zakresie przeznaczonym do testowania diod” - multimetr z funkcją pomiaru diod, funkcja: sprawdzenie diod i złączy pn tranzystora.

Napięcia w tabeli 3 zmierzono przy dwóch określonych natężeniach światła: 10 lx i 275 lx. Żeby ustawić te warunki, trzeba je zmierzyć - stąd czwarty wiersz: luksomierz, pomiar natężenia oświetlenia. Klucz ocenia trzy pierwsze przyrządy, ten wpis niczego nie psuje.

Kolumna E=10 lux to zmierzch (żarówka powinna świecić), E=275 lux - dzień (żarówka zgaszona):

• PP1 - zasilanie 12 V w obu stanach → zgodny,
• PP2 - w ciemności R8 ma duży opór, więc napięcie jest wysokie (9,07 V), w świetle niskie (0,65 V) → zgodny,
• PP3 - wyjście U1A odwraca stan wejścia: 44,9 mV i 12 V → zgodny,
• PP4 - po ustaleniu się stanu idzie za PP3: 33 mV i 11,48 V → zgodny,
• PP5 - baza T1: wyjście U1D (odwrotność PP4) jest wysokie przy zmierzchu, a na bazie Darlingtona ustala się ok. dwóch spadków na złączach - 1,37 V; w dzień 1,5 mV → zgodny.

Cała część czujnika i opóźnienia działa, a tranzystor dostaje prąd bazy.

PP6 to dolny koniec cewki przekaźnika, czyli kolektor T1. Przy zmierzchu tranzystor z prądem bazy powinien przewodzić i ściągać PP6 prawie do masy - wtedy na cewce jest prawie całe 12 V i przekaźnik zamyka styk. Zmierzono 12 V w obu stanach: przez cewkę nie płynie prąd, mimo że baza jest wysterowana.

Wniosek: niezgodny. Usterka jest między bazą T1 a przekaźnikiem.

Szereg E12 - tolerancja ±10 %:

• R2: 10 kΩ ±10 % → 9 ÷ 11 kΩ, zmierzono 9,652 kΩ,
• R3: 27 kΩ ±10 % → 24,3 ÷ 29,7 kΩ, zmierzono 26,91 kΩ,
• R4: 15 kΩ ±10 % → 13,5 ÷ 16,5 kΩ, zmierzono 14,81 kΩ,
• R5: 150 kΩ ±10 % → 135 ÷ 165 kΩ, zmierzono 147,2 kΩ,
• R6: 22 kΩ ±10 % → 19,8 ÷ 24,2 kΩ, zmierzono 22,75 kΩ,
• R7: 15 kΩ ±10 % → 13,5 ÷ 16,5 kΩ, zmierzono 13,78 kΩ.

Wszystkie w tolerancji → sześć razy zgodny.

• cewka 1,2 kΩ - skończona rezystancja: uzwojenie nie jest przerwane ani zwarte → zgodny,
• styk przy ICU = 0 mA: przekroczenie zakresu - styk zwierny (SPST-NO) bez zasilania cewki jest otwarty → zgodny,
• styk przy ICU = 15 mA: 10,2 mΩ - po zasileniu cewki styk się zamyka → zgodny.

⚠️ Sprzeczność w arkuszu: z tabeli 2 (12 V, 15 mA) wynika rezystancja cewki 12 V / 15 mA = 800 Ω, a zmierzone 1,2 kΩ daje prąd 12 V / 1,2 kΩ = 10 mA - rezystancja cewki nie zgadza się z danymi katalogowymi. Z drugiej strony cewka jest ciągła, a pomiar styku przy 15 mA pokazuje, że przekaźnik przełącza. Arkusz nie mówi, czy ocenia się wartość rezystancji, czy ciągłość cewki, więc nie da się ustalić poprawnej oceny - wpisana jest wartość z klucza („zgodny”). Na egzaminie punkt daje wartość z klucza.

BC517 to układ Darlingtona: między bazą a emiterem są dwa złącza B-E w szeregu, więc w kierunku przewodzenia tester pokazuje ok. dwa razy więcej niż przy zwykłym tranzystorze - 1,26 V to wynik prawidłowy → zgodny. W kierunku zaporowym przekroczenie zakresu → zgodny.

Złącze baza-kolektor spolaryzowane w kierunku przewodzenia powinno pokazać spadek jak zwykłe złącze krzemowe (ok. 0,6 ÷ 0,7 V, podobnie jak diody 0,66 V). Tester pokazał przekroczenie zakresu - złącze B-C jest przerwane.

Wniosek: niezgodny. To tłumaczy PP6 = 12 V: prąd bazy płynie (B-E działa), ale kolektor nie jest połączony ze strukturą tranzystora.

• B-C w kierunku zaporowym: przekroczenie zakresu - tak samo zachowuje się sprawne złącze → zgodny,
• kolektor-emiter w obu kierunkach: przekroczenie zakresu - sprawny tranzystor bez prądu bazy też nie przewodzi → zgodny.

Te dwa pomiary same niczego nie wykrywają - usterkę pokazał dopiero wiersz 18.

1N4148 to krzemowa dioda: w kierunku przewodzenia 0,66 V, w zaporowym przekroczenie zakresu. Wszystkie trzy diody tak się zachowują:

• wiersze 21, 23, 25 (przewodzenie) → zgodny,
• wiersze 22, 24, 26 (zaporowo) → zgodny.

Wszystkie w tolerancji E12 (tabela 6, wiersze 7-12) → sześć razy sprawny.

Napięcie PP2 wyraźnie zmienia się ze światłem (9,07 V przy 10 lx, 0,65 V przy 275 lx), czyli rezystancja R8 maleje, gdy jest jaśniej → sprawny.

Cewka ciągła, styk otwarty bez prądu i zamknięty przy 15 mA → sprawny. Przekaźnik nie zadziałał w układzie tylko dlatego, że T1 nie przewodzi.

Przerwane złącze B-C (tabela 6, wiersz 18) i brak przewodzenia przy wysterowanej bazie (PP6 = 12 V) → niesprawny. To przyczyna usterki.

• D1, D2, D3 - poprawne spadki w obu kierunkach → trzy razy sprawny,
• U1 (CD4093BE) - obie bramki przełączają się zgodnie z oświetleniem (PP3 i PP5 przyjmują przeciwne stany przy 10 lx i 275 lx) → sprawny.

Do wymiany: T1, BC517. W tabeli 4 jest ten sam typ - BC517 (NPN, Darlington, hFE > 30 000, IC do 1,2 A). Pozostałe tranzystory się nie nadają:

• BDX54C - polaryzacja PNP, nie zastąpi NPN bez przebudowy układu,
• BD911 - NPN, ale to zwykły tranzystor, nie układ Darlingtona, o zupełnie innych parametrach (hFE 120).

Naprawa polega na przywróceniu układu do stanu z dokumentacji, więc skoro na stanowisku jest identyczny BC517, wymienia się element na ten sam typ.

Prąd cewki (ok. 10 ÷ 15 mA) jest wielokrotnie mniejszy niż 1,2 A, więc BC517 pracuje z dużym zapasem.

Modyfikacja ma dwa niezależne cele:

1. żarówka 24 W zamiast 1,2 W - trzeba sprawdzić, czy obecny przekaźnik przeniesie większy prąd,
2. dwa razy krótsza zwłoka wyłączania przy niezmienionej zwłoce włączania - trzeba znaleźć element, który wpływa tylko na wyłączanie.

Elementy zastępcze wybiera się z tabeli 4 (przekaźniki, żarówki) albo z rezystorów E12 dostępnych na stanowisku.

Żarówka zasilana jest z tego samego napięcia +12 V co układ (styk P1 łączy ją z szyną +12 V), więc z trzech żarówek w tabeli 4 pasuje tylko 12V/24 W: 12 V i 24 W. Żarówka 24 V/24 W przy 12 V świeciłaby słabo.

Wpis: Z1, typ żarówka 12 V 1,2 W → zamiennik żarówka 12 V 24 W.

Prąd nowej żarówki: I = P / U = 24 W / 12 V = 2 A. Styk G6L-1P DC12 wytrzymuje tylko 1 A - przekaźnik też trzeba wymienić.

Warunki dla zamiennika z tabeli 4: cewka 12 V (tyle daje układ), styk zwierny (SPST-NO, jak dotąd - żarówka ma świecić po załączeniu), napięcie styków co najmniej 12 V DC i prąd co najmniej 2 A:

• APAN 3112 - SPST-NO, cewka 12 V / 9,2 mA, 30 V DC, 5 A → spełnia wszystko,
• APN 3124 - cewka 24 V, nie zadziała przy 12 V,
• RM96Z - styk rozwierny (SPST-NC), działałby odwrotnie.

Wpis: P1, G6L-1P DC12 → APAN 3112. Prąd cewki 9,2 mA jest mniejszy niż dotychczas, więc T1 też da sobie radę.

Według opisu działania zwłokę wyłączania wyznacza obwód D1-R5-C2, a włączania D2-R7-C2. Stała czasowa to iloczyn R·C:

• teraz: τ = R5 · C2 = 150 kΩ · 100 µF = 15 s,
• dwa razy krócej: τ/2, czyli R5 = 150 kΩ / 2 = 75 kΩ.

C2 zmieniać nie wolno - jest wspólny dla obu obwodów, więc zmieniłby też zwłokę włączania. R7 zostaje bez zmian.

75 kΩ nie ma w szeregu E12; najbliższe są 68 kΩ i 82 kΩ (obie w tej samej odległości, klucz przyjmuje każdą). Wybieram 68 kΩ - zwłoka będzie co najmniej dwa razy krótsza (6,8 s zamiast 15 s). Wpis: R5, 150 kΩ → 68 kΩ.

Na koniec czytam kartę jako całość:

• dwa wiersze „niezgodny” w tabeli 6 (PP6 i złącze B-C tranzystora) wskazują ten sam element - jedyny „niesprawny” w tabeli 7 i jedyny wiersz tabeli 8,
• czujnik i układ opóźniający działają (PP1 ÷ PP5 zgodne), więc nie wymienia się U1, R8 ani diod,
• modyfikacja to trzy elementy: żarówka 24 W, przekaźnik na 5 A i R5 = 68 kΩ; R7 i C2 zostają, więc zwłoka włączania się nie zmienia.