Automat schodowy z blokadą świetlną (układ 555, fototranzystor SFH 300) — znalezienie usterki i dobór elementów do wymiany

Zadanie egzaminacyjne

W trakcie użytkowania automatu schodowego zauważono, że nie działa blokada świetlna, której zadaniem jest uniemożliwianie włączenia oświetlenia w dzień. Dodatkowo stwierdzono, że nie świeci się żarówka E3.

Znajdź usterkę w układzie automatu schodowego i wskaż sposób jej usunięcia korzystając z informacji ujętych w arkuszu egzaminacyjnym, w tym: schematu elektrycznego z rysunku 1, wybranych parametrów elementów układu zawartych w tabelach 1, 2, 3 i 4 oraz wyników pomiarów zawartych w tabelach 6, 7 i 8, a także opisu działania układu.

Zadanie rozwiąż wypełniając KARTĘ BADANIA UKŁADU AUTOMATU SCHODOWEGO.

Opis działania układu

Na rysunku 1 przedstawiono schemat elektryczny automatu schodowego z blokadą świetlną uniemożliwiającą włączenie oświetlenia w dzień.

Elementem czasowym w układzie jest układ scalony 555 pełniący rolę generatora monostabilnego. Rezystor R3, potencjometr POT1 i kondensator C3 decydują o czasie włączenia żarówek E1 ÷ E3. Kondensator C1 ma za zadanie wyzwolenie generatora zaraz po włączeniu napięcia zasilającego. Wyjście OUT steruje pracą tranzystora T2 oraz przekaźnika PK1, włączonego pomiędzy kolektor tranzystora T2 a dodatni biegun zasilania. Styki przekaźnika mają za zadanie podtrzymanie napięcia zasilającego transformator oraz dołączenie napięcia sieciowego do żarówek po naciśnięciu jednego z przycisków wyzwalających P1 ÷ P3. Wejście CLR układu scalonego 555 wykorzystano do blokowania działania generatora podczas dnia. Układ blokujący wykonano na fototranzystorze FT1 włączonym między bazę tranzystora T1 i dodatni biegun zasilania. W dzień nasycony tranzystor T1 zwiera wyprowadzenie CLR układu scalonego 555 do masy zasilania blokując jego działanie.

Naciśnięcie któregokolwiek z przycisków wyzwalających P1 ÷ P3 powoduje podanie napięcia sieciowego na uzwojenie pierwotne transformatora. Po włączeniu napięcia zasilania, ładujący się kondensator C1 zwiera wejście TRIG timera 555 do masy, wyzwalając generator monostabilny. Zostaje wygenerowany impuls włączający tranzystor T2, który steruje cewką przekaźnika PK1. Czas trwania impulsu wyjściowego można obliczyć korzystając ze wzoru:

t = 1,1 · (R3 + POT1) · C3 [s]

gdzie R3, C3 – wartości odpowiednich elementów, POT1 – wartość rezystancji wynikająca z nastawy potencjometru POT1.

Układ scalony 555 (rysunek 2)

Głównym elementem układu scalonego 555 z rysunku 2 jest przerzutnik RS, którego wejścia kasujące R oraz ustawiające S są sterowane za pomocą komparatorów odpowiednio: K1 i K2. Funkcją rezystorów 5 kΩ w rozważanym układzie jest ustalenie napięć progowych przełączania komparatorów. Napięcie progowe komparatora K1 oraz K2 jest równe odpowiednio: 1/3 oraz 2/3 wartości napięcia zasilającego UCC. Układ działa w taki sposób, że jeżeli napięcie na wejściu wyzwalającym TRIG spadnie poniżej wartości 1/3·UCC, to komparator K2 wymusza ustawienie przerzutnika RS w stan wysoki na wyjściu Q. Z uwagi na to, że na wyprowadzeniu zanegowanym Q przerzutnika występuje w tym momencie niski poziom logiczny, na wyjściu układu timera OUT pojawia się poziom wysoki. Jeżeli napięcie na wejściu przełączającym THR przekroczy wartość 2/3·UCC, to komparator K1 spowoduje skasowanie przerzutnika RS, a na wyjściu timera wystąpi niski poziom logiczny. Jednocześnie, w tym przypadku zostaje wysterowany (załączony) tranzystor T powodując rozładowanie zewnętrznego kondensatora, zwykle dołączonego do wyprowadzenia DIS układu timera. Widoczne na rysunku 2 wejście CLR służy do realizacji bezwarunkowego kasowania przerzutnika RS, natomiast wejście CV umożliwia między innymi zmianę proporcji wartości rezystorów 5 kΩ wchodzących w skład wewnętrznego dzielnika napięcia UCC.

Co masz zrobić:

• R.1 (9 pkt) — wykaz przyrządów pomiarowych zastosowanych do badania układu automatu schodowego – tabela 5,
• R.2 (6 pkt) — schematy pomiarowe wybranych elementów układu automatu schodowego – rysunek 3,
• R.3 (7 pkt) — ocena zgodności wyników pomiarów napięć w wybranych punktach układu z wartościami przewidywanymi dla układu automatu schodowego działającego poprawnie – tabela 6,
• R.4 (10 pkt) — ocena wyników pomiarów złączy tranzystorów T1, T2, diody D1 i fototranzystora FT1 – tabela 7,
• R.5 (8 pkt) — ocena zgodności wyników pomiarów rezystancji i pojemności z wartościami podanymi w opisie układu automatu schodowego – tabela 8,
• R.6 (6 pkt) — dobór elementów przeznaczonych do wymiany w celu usunięcia usterki w układzie automatu schodowego – tabela 9.

⏱ Czas: 180 minut. Punktów: 46 · Próg zaliczenia: 75%.