Układ automatycznego włącznika wentylatora (TL082, BC337-10) — diagnostyka usterek, naprawa i modyfikacja

Zadanie egzaminacyjne

W celu zapobieżenia przegrzania zasilacza laboratoryjnego zastosowano układ mierzący temperaturę w obudowie zasilacza i włączający wentylator, gdy temperatura osiągnie 48 °C. Schemat rozważanego układu przedstawiono na rysunku 1, wykaz elementów użytych do jego budowy w tabeli 1, a katalogowe wartości parametrów dla wybranych elementów układu w tabeli 2.

Układ automatycznego włącznika wentylatora zbudowany jest w oparciu o termometr elektroniczny mierzący temperaturę w zasilaczu, wyposażony w układ komparatora w postaci wzmacniacza operacyjnego.

Układ automatycznego włącznika wentylatora uległ uszkodzeniu. Awaria objawia się tym, że sprawny wentylator nie włącza się, a dioda LED nie świeci, bez względu na zmiany temperatury w obudowie zasilacza.

Wykonano badanie testowe uszkodzonego układu automatycznego włącznika wentylatora poprzez pomiary napięć w punktach testowych PP1 ÷ PP8 zaznaczonych na rysunku 1, rezystancji i pojemności wybranych elementów układu oraz testu złączy tranzystorów i diod.

Znajdź usterki w układzie automatycznego włącznika wentylatora oraz wskaż sposób ich usunięcia. Następnie zaproponuj modyfikację układu w taki sposób, aby:

• wentylator załączał się już przy temperaturze 34 °C,
• można było zastosować w układzie wentylator większej mocy P = 15 W.

Do usunięcia usterki i modyfikacji układu wykorzystaj wyłącznie elementy wymienione w wykazie elementów w tabeli 3 dostępnych na stanowisku pomiarowym.

Zadanie rozwiąż, wypełniając KARTĘ BADANIA UKŁADU AUTOMATYCZNEGO WŁĄCZNIKA WENTYLATORA.

Opis działania układu

Jako elementy wrażliwe na zmiany temperatury zastosowano połączone szeregowo 4 uniwersalne diody krzemowe D2 ÷ D5. Temperaturowy współczynnik zmian napięcia przewodzenia diody krzemowej jest ujemny i wynosi około -2,3 mV/°C. W przypadku czterech połączonych szeregowo diod jest on proporcjonalnie większy i wynosi około -9,2 mV/°C. Wraz ze wzrostem temperatury diod D2 ÷ D5 maleje napięcie na kondensatorze C2, które jest podawane na wejście (-) komparatora US1. Na wejście (+) komparatora doprowadzono napięcie referencyjne uzyskiwane w układzie złożonym z diody Zenera oraz dzielnika R2 i R4.

W chwili zrównania się napięć wejściowych komparatora US1 zmienia on swój stan na wysoki. Efektem tego jest nasycenie się tranzystora T1 i włączenie wentylatora. Praca wentylatora sygnalizowana jest świeceniem się diody D8. W przypadku uruchomionego chłodzenia, gdy temperatura diod D2 ÷ D5 obniża się, to napięcie na kondensatorze C2 rośnie. Jeżeli przekroczy ono wartość referencyjną, nastąpi zatkanie tranzystora T1 i wyłączenie wentylatora.

Komparator wyposażono w pętlę histerezy, wprowadzając dodatnie sprzężenie zwrotne przy pomocy rezystora R7. Dzięki tej pętli wentylator wyłączy się dopiero w chwili, gdy temperatura w zasilaczu obniży się o 2 °C w stosunku do temperatury, przy której nastąpiło włączenie wentylatora. Kondensatory C3 i C4 filtrują zakłócenia napięcia zasilającego. Diody D6 i D7 zabezpieczają tranzystor T1 przed uszkodzeniem wskutek przepięć wprowadzanych do układu przez silnik wentylatora.

Co masz zrobić:

• R.1 — wpisz przyrządy pomiarowe niezbędne do sprawdzenia działania układu i przeznaczenie każdego z nich w tym układzie – tabela 4,
• R.2 — wstaw symbole przyrządów pomiarowych pomiędzy punkty pomiarowe PP1 ÷ PP8 a masę (rysunek 2) oraz pomiędzy punkty pomiarowe wybranych podzespołów elektronicznych (rysunek 3),
• R.3 — porównaj wyniki pomiarów z przewidywanymi dla układu funkcjonującego poprawnie: wpisz zgodny lub niezgodny – tabela 5,
• R.4 — oceń poprawność działania wybranych elementów układu: wpisz sprawny lub niesprawny – tabela 6,
• R.5 — dobierz elementy przeznaczone do usunięcia usterki (oznaczenie na schemacie, typ/wartość, element zastępczy) – tabela 7,
• R.6 — dobierz elementy do modyfikacji działania układu (oznaczenie na schemacie, typ/wartość, element zastępczy) – tabela 8.

Ocenie podlegać będzie 6 rezultatów:

• R.1 (5 pkt) — wykaz aparatury kontrolno-pomiarowej niezbędnej do sprawdzenia działania układu automatycznego włącznika wentylatora – tabela 4,
• R.2 (5 pkt) — schematy pomiarowe układu automatycznego włącznika wentylatora – rysunek 2 i rysunek 3,
• R.3 (10 pkt) — porównanie wykonanych pomiarów z przewidywanymi dla układu automatycznego włącznika wentylatora funkcjonującego poprawnie – tabela 5,
• R.4 (7 pkt) — ocena poprawności działania wybranych elementów wchodzących w skład układu automatycznego włącznika wentylatora – tabela 6,
• R.5 (7 pkt) — dobór elementów przeznaczonych do usunięcia usterki układu automatycznego włącznika wentylatora – tabela 7,
• R.6 (6 pkt) — dobór elementów do modyfikacji działania układu automatycznego włącznika wentylatora – tabela 8.

⏱ Czas: 180 minut. Punktów: 40 · Próg zaliczenia: 75%.