Rozwiązanie krok po kroku: Diagnostyka sterownika sygnalizatora

Przejdź algorytm z arkusza po schemacie:

• stan stabilny: T3 zatkany, bramka T2 jest zasilana z +6 V przez R1, diodę D1 i R3 - stąd UGST2 ≈ UZ - UD1. T2 przewodzi, D2 świeci. Bramka T1 przez R4 leży na masie, T1 zatkany, D1 nie świeci,
• po naciśnięciu S: T3 zwiera bramkę T2 do masy, T2 się zatyka, a skok napięcia na jego drenie przez C1 otwiera T1 - D1 powinna świecić przez czas ładowania C1 (ok. 13 s), po czym układ wraca do stanu stabilnego.

Objaw „po naciśnięciu S nic nie świeci przez ok. 12 s” mówi, że przełączanie działa (D2 gaśnie na właściwy czas), a zawodzi tylko świecenie D1. Podejrzane: sama D1 albo jej obwód (R1).

Z oscylogramów odczytujemy:

• rys. 2: impulsy prądu bazy T3 - przycisk wyzwala T3,
• rys. 4 i 5: napięcie G-S tranzystora T1 skacze do ok. 4,6 V i maleje do ok. 2,9 V (UT1th = 2,89 V), a C1 się ładuje - czas ok. 12 s, bliski obliczonym 13,1 s. T1, C1 i R4 działają,
• rys. 3: w tym czasie przez D1 płynie prąd ok. 31 mA.

Porównaj z rachunkiem: sprawna zielona dioda (UF = 2,1 V) dałaby (6 - 2,1) V / 180 Ω ≈ 21,7 mA. Płynie więcej - tyle, ile wynika z samego rezystora R1: 6 V / 195 Ω ≈ 30,8 mA. Na D1 nie ma więc spadku napięcia: dioda jest zwarta - prąd płynie, a światła nie ma. Dla porównania prąd D2 (ok. 23 mA na rys. 3) zgadza się z rachunkiem dla sprawnej czerwonej diody: (6 - 1,9) / 180 ≈ 22,8 mA.

Tabela 3 zawiera napięcia w punktach PP1 ÷ PP9 względem masy - woltomierz napięcia stałego (multimetr), włączony równolegle: punkt pomiarowy - masa. Zwróć uwagę na zakresy: od 6 V do pojedynczych miliwoltów (1,74 mV, -61,7 mV) - multimetr z automatycznym zakresem to ułatwia.

Rezystancje R1 ÷ R5 zmierzono „po wymontowaniu elementów z układu” - omomierz, bez zasilania.

Rysunki 2 ÷ 5 to przebiegi w funkcji czasu (napięcia na C1 i G-S tranzystorów, prądy bazy T3 i diod) - rejestruje je oscyloskop. Prąd oscyloskop „widzi” jako spadek napięcia na rezystorze (np. na R1 i R2 - prąd diody to UR1 / R1) albo przez sondę prądową. Przy przebiegach trwających kilkanaście sekund potrzebna jest wolna podstawa czasu albo tryb rejestracji.

Tabela ma tylko 3 wiersze - dokładnie tyle przyrządów jest potrzebnych.

PP1 to szyna zasilania +6 V. Zmierzono 6 V → zgodny.

W stanie stabilnym T2 przewodzi, a D2 świeci. PP2 (między R2 a D2) to napięcie na świecącej czerwonej diodzie plus mały spadek na otwartym T2 - ok. 1,9 ÷ 2,1 V (tabela 2: UF = 1,9 V przy 10 mA, a płynie ok. 23 mA). Zmierzono 2,13 V → zgodny.

Otwarty MOSFET IRF150 ma bardzo małą rezystancję kanału, więc jego dren leży prawie na masie: 1,74 mV → zgodny.

Algorytm, punkt 1b: UR4 ≈ UC1 ≈ 0, T1 zatkany. Zmierzono -61,7 mV - praktycznie zero (lekko ujemne napięcie to resztka rozładowania C1 przez R4, widoczna też na rys. 5 po każdym cyklu) → zgodny.

T1 jest zatkany, przez R1 nie płynie prąd, więc na R1 nie ma spadku napięcia: PP5 = 6 V → zgodny. Ten pomiar jest taki sam dla diody sprawnej i zwartej - niczego jeszcze nie rozstrzyga.

W sprawnym układzie między PP5 a PP6 jest dioda D1. Nawet gdy nie świeci, odkłada się na niej napięcie (arkusz podaje dla niewysterowanej D2 UD2 ≈ 1,3 V, a algorytm pisze wprost UGST2 ≈ UZ - UD1). PP6 powinno więc być wyraźnie niższe niż 6 V. Zmierzono 6 V - na D1 nie ma żadnego spadku → niezgodny. To drugi dowód zwarcia D1.

PP7 to bramka T2, zasilana z PP6 przez R3; bramka MOSFET-a nie pobiera prądu, więc PP7 = PP6. Przewidywane UGST2 ≈ UZ - UD1 < 6 V, zmierzono 6 V (też na rys. 5) → niezgodny. Skutek ten sam co w PP6, przyczyna - zwarta D1.

Kolektor T3 jest połączony z bramką T2 przez R5; przy zatkanym T3 prąd nie płynie i PP8 = PP7. Przewidywane UZ - UD1, zmierzono 6 V → niezgodny.

Przycisk S w spoczynku - T3 nie dostaje prądu bazy (rys. 2: zero poza krótkimi impulsami). Baza na 0 V → zgodny.

Szereg E12 - tolerancja ±10 %:

• R1: 180 Ω ±10 % → 162 ÷ 198 Ω, zmierzono 195 Ω → zgodny (+8,3 % - blisko granicy, ale w tolerancji),
• R2: 180 Ω ±10 % → 162 ÷ 198 Ω, zmierzono 170 Ω → zgodny.

• R3: 10 kΩ ±10 % → 9 ÷ 11 kΩ, zmierzono 9,7 kΩ → zgodny,
• R4: 100 kΩ ±10 % → 90 ÷ 110 kΩ, zmierzono 98 kΩ → zgodny,
• R5: 1000 Ω ±10 % → 900 ÷ 1100 Ω, zmierzono 920 Ω → zgodny.

Wszystkie pięć rezystorów jest zgodnych - klucz ocenia je jednym kryterium.

Rys. 5: gdy napięcie G-S przekracza próg, T1 przewodzi (rys. 3: płynie prąd w obwodzie D1), a poniżej UT1th = 2,89 V się zatyka. Działa zgodnie z algorytmem → sprawny.

W stanie stabilnym przewodzi (PP3 = 1,74 mV, D2 świeci), po wyzwoleniu się zatyka (D2 gaśnie) → sprawny.

Trzy niezależne dowody: brak światła mimo prądu ok. 31 mA (rys. 3), prąd równy 6 V / R1 ≈ 30,8 mA zamiast ok. 21,7 mA, oraz PP6 = PP5 = 6 V. Dioda jest zwarta → niesprawny.

Świeci w stanie stabilnym, napięcie i prąd zgodne z danymi → sprawny.

Impuls prądu bazy (rys. 2) powoduje zatkanie T2 i przełączenie układu - T3 zwiera bramkę T2 do masy, jak w algorytmie (punkt 2a) → sprawny.

C1 wyznacza czas ti. Zmierzony czas to ok. 12 s, obliczony dla wartości znamionowych 13,1 s - różnica ok. 1 s mieści się w tolerancji elementów (±10 %), a przebieg ładowania na rys. 4 ma prawidłowy kształt → sprawny.

Wszystkie w tolerancji ±10 % (tabela 6, wiersze 10 ÷ 14) → sprawny w pięciu wierszach.

Do wymiany: D1 - HLMP-3507 (zielona, 569 nm). W tabeli 4 są trzy diody LED:

Sygnalizator potrzebuje światła zielonego - wybieram LL-503GD2E (568 nm, prawie tyle co 569 nm oryginału). Prąd po wymianie: (6 - 2,2) V / 180 Ω ≈ 21,1 mA - bezpiecznie poniżej 50 mA.

Pozostałe wiersze tabeli 8 zostają puste - klucz wprost sprawdza, czy do wymiany wskazano tylko D1. R1 (195 Ω) jest blisko granicy tolerancji, ale się w niej mieści, więc nie jest uszkodzony.

Arkusz podaje ti = K · C1, gdzie K = 48538 s/F zależy od R2, R4, UZ i progu T1 - a R2 i R4 mamy zostawić bez zmian. Czas jest więc wprost proporcjonalny do C1:

• obecnie: 48538 · 270 µF ≈ 13,1 s,
• dwa razy dłużej: C1 = 2 · 270 µF = 540 µF.

W szeregu E12 najbliżej jest 560 µF (ti ≈ 27,2 s); 470 µF dałoby 22,8 s - klucz uznaje obie wartości (w kluczu zapisano „560 mF”, co jest oczywistą literówką - chodzi o 560 µF). Kondensator bierzemy na 50 V, bo takie są dostępne na stanowisku (z zapasem wobec 6 V zasilania).

Wpis: C1, 270 µF → 560 µF/50 V. Pozostałe wiersze tabeli 9 zostają puste.

Na koniec sprawdzamy, czy karta mówi jedno:

• trzy „niezgodne” napięcia (PP6, PP7, PP8) i jeden „niesprawny” element (D1) mają wspólną przyczynę - zwarcie D1,
• w tabeli 8 jest tylko D1, w tabeli 9 tylko C1 - naprawa i modyfikacja to osobne listy,
• zamiennik D1 ma ten sam kolor i dopuszczalny prąd większy od płynącego.

Dobra praktyka po naprawie (klucz tego nie ocenia): po wymianie D1 zmierz PP6 - powinno spaść poniżej 6 V o napięcie na niewysterowanej diodzie, a po naciśnięciu S zielona dioda musi świecić ok. 26-27 s (z C1 = 560 µF).