Rozwiązanie krok po kroku: Diagnostyka zasilacza laboratoryjnego

Zasilacz szeregowy pilnuje, żeby napięcie z dzielnika R3/R4 (nóżka 4 µA723) było równe napięciu odniesienia (nóżka 6 przez R1 na nóżkę 5). Napięcie wyjściowe wynika więc z dwóch rzeczy:

U_wy = U_ref · (R3 + R4) / R4 = 7,15 V · (1,8 + 2,7) / 2,7 ≈ 11,92 V

Napięcie zbyt niskie niezależnie od obciążenia to nie działanie ogranicznika prądu (ten zależałby od obciążenia), tylko za niskie odniesienie albo zły dzielnik. Pomiary sprawdzą, która to przyczyna.

Wiersze 1 ÷ 7 tabeli 3 to napięcia stałe względem masy - woltomierz (multimetr, V DC) włączony równolegle między punkt pomiarowy a masę.

Wiersz 8 to natężenie prądu wyjściowego przy Robc = 24 Ω - amperomierz (multimetr, A DC). Amperomierz włącza się szeregowo z obciążeniem: cały prąd wyjściowy musi przez niego przepłynąć.

Rezystancje R1 ÷ R5 - omomierz, zawsze przy odłączonym zasilaniu (tabela 3: „pomiar rezystancji w układzie przy odłączonym zasilaniu”). Dla R5 = 1,5 Ω warto zewrzeć przewody pomiarowe i odjąć ich rezystancję - przy tak małych wartościach ma znaczenie.

Wiersze 14 ÷ 26 to pomiary „na zakresie przeznaczonym do testów diod” - tester diod, przeznaczenie: pomiar elementów półprzewodnikowych (złącza tranzystora T1 i diod mostka).

Wiersz 5 zostaje pusty. W tabeli 3 nie ma pomiarów pojemności, częstotliwości ani przebiegów, więc pojemnościomierz czy oscyloskop byłyby nadmiarowe, a klucz osobno sprawdza, czy wpisano tylko niezbędne przyrządy.

Siedem kółek łączy punkt pomiarowy z masą - to połączenie równoległe, więc w każde wpisuję V: PP1 (filtr za mostkiem), PP2 i PP3 (wejście 5 i wyjście odniesienia 6), PP4 (emiter T1), PP5 (baza T1), PP6 (wejście 4), PP7 (wyjście).

Ósme kółko leży w szeregu między zaciskiem „+” a rezystorem Robc - to miejsce na amperomierz, wpisuję A. Woltomierz w tym miejscu przerwałby obwód obciążenia (ma bardzo dużą rezystancję), a amperomierz między punktem a masą zwarłby wyjście.

Kondensator C1 ładuje się do wartości szczytowej napięcia transformatora minus spadek na dwóch diodach mostka:

20 V · √2 ≈ 28,28 V, minus 2 · 0,67 V (zmierzone UF diod) → ok. 26,9 V bez obciążenia.

Pod obciążeniem napięcie trochę spada (tętnienia), więc 25,9 V jest zgodny. Mieści się też w zakresie zasilania µA723 (9,5 ÷ 40 V) i poniżej 35 V - napięcia znamionowego C1.

PP3 to nóżka 6 - wyjście napięcia odniesienia. Tabela 2: 7,15 V (6,80 ÷ 7,50 V). Zmierzono 4,31 V - wyraźnie poniżej dolnej granicy → niezgodny. To jest przyczyna usterki: układ stabilizuje wyjście względem zbyt niskiego odniesienia.

• PP2 (nóżka 5) dostaje odniesienie przez R1; wejście nie pobiera prądu, więc powinno tu być 7,15 V jak na nóżce 6. Jest 4,31 V → niezgodny,
• PP6 (nóżka 4, przez R2 z dzielnika R3/R4): w działającej pętli równa się odniesieniu, czyli powinna wynosić 7,15 V. Jest 4,31 V → niezgodny.

Te dwa wiersze klucz pomija (oceniane są wiersze 1, 3 i 8), ale rubryki trzeba wypełnić, a wniosek wynika z tych samych liczb. Ważne spostrzeżenie: PP2 = PP3 = PP6 = 4,31 V, czyli wzmacniacz i dzielnik działają poprawnie - tylko odniesienie jest złe.

Wartości przewidywane dla sprawnego zasilacza przy 24 Ω:

• PP7 (wyjście): 12 V - zmierzono 7,18 V → niezgodny. Dokładnie tyle daje pętla z odniesieniem 4,31 V: 4,31 · 4,5 / 2,7 ≈ 7,18 V,
• PP4 (emiter T1, przed R5): 12 V + 0,5 A · 1,5 Ω = 12,75 V - zmierzono 7,63 V → niezgodny,
• PP5 (baza T1): PP4 + ok. 0,6 V złącza B-E - zmierzono 8,25 V → niezgodny (choć różnica 8,25 - 7,63 = 0,62 V pokazuje, że złącze B-E pracuje poprawnie).

Klucz tych wierszy nie ocenia. Na R5 odkłada się 7,63 - 7,18 = 0,45 V - poniżej progu ogranicznika (0,5 A · 1,5 Ω = 0,75 V), więc ogranicznik nie zadziałał i nie jest przyczyną.

Sprawny zasilacz da na 24 Ω prąd I = 12 V / 24 Ω = 0,5 A. Zmierzono 0,30 A (= 7,18 V / 24 Ω ≈ 0,3 A) → niezgodny.

Szereg E12 - tolerancja ±10 % (tabela 4):

• R1: 150 Ω ±10 % → 135 ÷ 165 Ω, zmierzono 154 Ω → zgodny,
• R2: 4,7 kΩ ±10 % → 4,23 ÷ 5,17 kΩ, zmierzono 4,68 kΩ → zgodny,
• R3: 1,8 kΩ ±10 % → 1,62 ÷ 1,98 kΩ, zmierzono 1,75 kΩ → zgodny,
• R4: 2,7 kΩ ±10 % → 2,43 ÷ 2,97 kΩ, zmierzono 2,72 kΩ → zgodny,
• R5: 1,5 Ω ±10 % → 1,35 ÷ 1,65 Ω, zmierzono 1,51 Ω → zgodny.

Dzielnik R3/R4 jest sprawny, więc zostaje tylko odniesienie.

B-E i B-C po 0,62 V w kierunku przewodzenia i ∞ w zaporowym - typowo dla krzemowego tranzystora NPN. Między kolektorem a emiterem ∞ niezależnie od polaryzacji - sprawny tranzystor bez prądu bazy nie przewodzi. Wszystkie pięć wierszy zgodny.

0,67 V w kierunku przewodzenia, ∞ w zaporowym - poprawne złącze krzemowe → oba wiersze zgodny.

0,68 V i ∞ → zgodny w obu wierszach.

0,67 V i ∞ → zgodny w obu wierszach.

0,66 V i ∞ → zgodny w obu wierszach. Sprawny mostek potwierdza też PP1 = 25,9 V.

Napięcie odniesienia 4,31 V jest poza zakresem katalogowym 6,80 ÷ 7,50 V, a wszystkie elementy zewnętrzne, które mogłyby je obciążać lub zmieniać (R1, R2, R3, R4), są sprawne → U1 niesprawny.

Wszystkie trzy mieszczą się w tolerancji ±10 % → sprawny.

W tabeli 7 arkusz podaje przy R3 i R4 wartości 10 Ω i 820 Ω, a tabela 1 i pomiary mówią o 1,8 kΩ i 2,7 kΩ (zmierzono 1,75 kΩ i 2,72 kΩ). To błąd druku: z 10 Ω i 820 Ω dzielnik dałby na wyjściu ok. 7,2 V przy poprawnym odniesieniu, a opis układu mówi wprost o dzielniku 12 V → 7,15 V. Oceniam elementy według dokumentacji (tabela 1) - oba są sprawne.

Klucz nie ocenia wierszy 4 i 5 - właśnie z powodu tej rozbieżności.

Złącza poprawne, C-E nie przewodzi → sprawny.

Złącze poprawne w obu kierunkach → sprawny.

Złącze poprawne w obu kierunkach → sprawny.

Złącze poprawne w obu kierunkach → sprawny.

Złącze poprawne w obu kierunkach → sprawny.

Do wymiany: U1 - µA723. Zamiennik bierzemy z tabeli 4 (elementy dostępne na stanowisku): jest tam µA723 o tych samych parametrach (zasilanie 9,5 ÷ 40 V, odniesienie 7,15 V) - wpisuję ten sam typ. Drugi wiersz tabeli 8 zostaje pusty: inne elementy są sprawne.

Prąd wyjściowy ogranicza R5 z drugim tranzystorem µA723: ogranicznik zadziała, gdy spadek na R5 osiągnie napięcie otwarcia tego tranzystora. Dla obecnych danych (0,5 A, 1,5 Ω) to:

U = 0,5 A · 1,5 Ω = 0,75 V

Dla 1 A potrzeba R5 = 0,75 V / 1 A = 0,75 Ω. W szeregu E12 najbliżej są 0,68 Ω i 0,82 Ω:

• 0,68 Ω → I ≈ 1,1 A - prąd 1 A jest osiągalny,
• 0,82 Ω → I ≈ 0,91 A - ogranicznik zadziała tuż przed 1 A.

Wybieram 0,68 Ω (klucz uznaje obie wartości, a także wpis wartości przed zmianą - 1,5 Ω). Rezystor musi rozproszyć ok. 0,8 W, więc w praktyce dobiera się go na moc co najmniej 1 W (klucz tego nie ocenia).

Pozostałe elementy wytrzymają 1 A: BD241 ma ICmax = 3 A i PTOT = 40 W (z radiatorem), diody 1N4007 - 1 A średnio (każda przewodzi tylko co drugą połówkę), transformator - 1,2 A. Drugi wiersz tabeli 9 zostaje pusty.

Na koniec czytamy kartę jako całość:

• przyrządy z tabeli 5 odpowiadają symbolom na rysunku 3 (V przy punktach, A w szeregu z Robc) i rodzajom pomiarów z tabeli 6,
• jedyny element „niesprawny” w tabeli 7 (U1) jest jedynym wierszem tabeli 8,
• wszystkie „niezgodne” napięcia tłumaczy jedno zjawisko: odniesienie 4,31 V zamiast 7,15 V,
• modyfikacja dotyczy tylko R5 - wymiana U1 to naprawa, nie modyfikacja.

Dobra praktyka po naprawie (klucz tego nie ocenia): po wymianie U1 zmierz PP3 (ok. 7,15 V) i PP7 (ok. 12 V), a po zmianie R5 sprawdź, przy jakim prądzie zaczyna działać ograniczenie.