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名張市つつじが丘おもちゃ病院

三重県名張市つつじが丘でおもちゃの病院を開院しています。年中無休で修理は無料、部品代のみ実費です。おもちゃの修理依頼は tutuji@cb4.so-net.ne.jp へメールにてご連絡下さい。なお、宅配便での受け付けは行っておりません。このブログにはおもちゃ等の修理事例やツール製作などを載せていきます。故障診断や修理方法の改善等、ご意見をお寄せ下さい。

ラジコンRASTAR社の修理(超再生・デコーダ不良)

1.患者
ラジコン RASTAR社1/14ランボルギーニ
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)外観1

車体裏
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)外観2

コントローラ
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)外観3

2.症状
①コントローラを車に10cmくらいに近付けないと動作しない。

3.診察
①コントローラの送信電波をモニタする。
(オシロスコープは×10プローブを使用しているので、この記事内のオシロスコープ画面はすべて電圧軸を10倍して読み取って欲しい)

【送信電波の信号波形】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察1
・信号波形からTX2/RX2のプロトコルが確認できる。信号タイミングは周期が1msと2msでデータシートでの標準値となっている。
・送信出力も他のラジコンのコントローラと比べて同程度のレベルだった。
・送信側は正常であり、受信側の不具合であると判断した。

②コントローラを車体に近付けないと動かないという症状からは故障個所を特定し兼ねるので、超再生検波からデコーダ、Hブリッジへと、信号の流れに沿って順に診ていくことにする。正常動作している部分も「健康診断」のつもりで確認していく。

【受信側基板】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察2

ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察3

③この車はアンテナが車体の外に出ていないので、基板のアンテナ端子の信号観測で超再生検波回路のクエンチング動作を確認する。

【超再生検波回路部分の拡大画像】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察4

【アンテナ端子の信号波形】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察5

【エミッタ信号波形】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察6
・27MHzで「安定に」発振していた。クエンチング動作が見られない。

④超再生検波回路は、TX2/RX2データシートの応用回路図通りの構成で、回路定数が多少違っていた。今まで多くのラジコンを診てきたが、殆どがデータシートの応用回路の通りに作られている。

【TX2/RX2(ActionsSemiconductor社)データシートの応用回路図】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察7

⑤参考として、超再生検波回路のTrの各電極の電圧をテスターで測定した値を掲げておく。
Ve=0.41V
Vc=1.49V
Vb=0.78V

・Vb-Ve=0.78V-0.41V=0.38Vとなり、Trはカットオフ状態にあると思いがちだが、発振しているので平均値は障壁電圧よりも低い値になる。つまり、C級動作状態にある訳だ。逆に障壁電圧よりも低くなっていることが発振していることの判断根拠となる。

⑥クエンチング動作しないのは、クエンチング時定数回路の不良が疑われる。Trの印加電圧に異常がないことからエミッタ抵抗(560Ω)は問題が無く、コンデンサ(332)が容量抜けであるか配線切れである可能性が高い。

⑦エミッタのコンデンサ(332)は、実際の基板ではシルク印刷のC8が該当する。目視では半田付け不良や配線パターン切れは認められず、念の為再半田してみたが好転しない。表面実装部品のため部品定数は不明であるが、容量抜けと判断して、試しに332のコンデンサを重ねて取り付けてみた。
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察8

【332取り付け後のエミッタ信号波形】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察9
・322取り付け後はクエンチング動作が復活し、その周波数は270kHzくらいで妥当な値だ。

【アンテナ端子の信号波形】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察10
・RFの発振周波数は27MHzであることを確認した。
・これで超再生検波回路は修復できた。

⑧しかし、飛距離は1m程度に留まり車体の動きはギクシャクして安定していないので、次にデコーダを診る。

【RX2のアンプ部分の信号波形】
RX2のVI1(青)とSI(赤)の信号波形(車体とコントローラ間の距離は1mの近さのとき)
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察11
・SIの信号波形は正常である。
・この信号状態でも、車体の動作がギクシャクする。RX2のデコード出力を測ってみたら、そこでバタついていた。

RX2のVI1(青)とSI(赤)の信号波形(コントローラを2m離したとき)
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察12

・アンプ出力が乱れている。
・検波回路の出力レベルはかなり低下しているが変調信号が確認できるレベルなので、検波回路の感度不足ではなく、RX2のアンプ部分の不良と考えられる。

⑨車体とコントローラを近付けてSIに正常な信号が入力されているにも関わらずデコード出力がバタつくので、送信側(TX2)と受信側(RX2)のクロックがズレていないか確認した。

【TX2のクロック】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察13
・129.1KHz

【RX2のクロック】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察14
・139.2KHz
・送信側とのズレは10%以下であり、問題無い。
・デコード出力が安定しないのは、RX2のデコーダ部分の不良と判断した。

⑩ここまで来て、ふと気付いたのだが、RX2の出力信号のHレベルが4V近くもある。RX2のVDD(ピン13)を測ると5V近く掛かっていた。基板を確認すると、ツェナーダイオードが付いていないことが判った。

【定電圧回路部分の拡大】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察15
・シルク印刷はD2があるのだが、実装されていない。
・RX2のデータシートでは、電源電圧はMAX5Vとなっている。また、超再生検波回路の安定動作のためにもツェナーダイオードは必須であるので、3.3Vのものを取り付けた。
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)診察16
・RX2のVDDと超再生検波回路の電源は3.4Vになった。

⑪動作不良と見られるRX2を取り外して、デコード出力(FORWARD、BACKWARD、RIGHT、LEFT)にVDDを印加して、各モーターが駆動されることを確認した。Hブリッジには問題が無いと判断した。

4.治療
①超再生検波回路の動作不良は診察の過程でエミッタのコンデンサ332を交換して良好となった。

②電源回路のツェナーダイオード欠損は、3.3Vツェナーダイオードを装着した。

③RX2はアンプ部分とデコーダ部分の両方が不良のため、4069と12F509で代替回路を作って換装することにした。コスト的にはRX2が@90円(2016年イーエレ)、4069が@22円(2016年マルツ)、12F509が@50円(2026年秋月)であり大差は無い。4069の方が素子数が多く、性能を担保することが容易である。また、汎用のマイコンを使う方がデコード処理のチューニングが行いよく、何らかの不具合が出たときに対応しやすい。

【回路図】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)治療1

【実装画像】
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)治療2

ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)治療3

ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)治療4

④換装後の動作確認

【波形整形回路の入出力信号波形】
6.8kΩの入力端(青)と4069の3段目出力(赤)の信号波形
車体とコントローラ間の距離が1mのとき
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)治療5
・アンプのゲインが大きいため、換装前より切れが良くなっている。

車体とコントローラ間の距離が10mのとき
ラジコンRASTAR社(超再生・デコーダ不良)治療6
・検波出力はかなり弱くなっているが、それでも波形整形後は綺麗な波形になっている。驚異的な信号処理性能だ。

⑤ファームウェアのプロジェクトと資料は ここから ダウンロードできる。

⑥ラジコンの電子回路を実践的に学びたい人は、よい教材が ここに あるので参考にされたい。
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  1. 2016/08/17(水) 17:20:37|
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プロフィール

大泉茂幸

Author:大泉茂幸
名張市つつじが丘おもちゃ病院
名張市つつじが丘南3番町129
tutuji@cb4.so-net.ne.jp
090-5534-6494
連絡は上記のメール、またはSMSでお願いします。

子どもの頃から趣味は電子工作一筋でやってきました。理科離れが進む中で科学技術に興味を持つ子どもが少しでも増えて行くことを願って、子ども達に電子工作の活動の場を提供しています。

1981年からおもちゃ病院の活動を始め、2014年に三重県名張市への移住を機に「つつじが丘おもちゃ病院」を開院しました。自分でおもちゃを設計し製作する【おもちゃ工房】と、マイコンを応用した電子工作を楽しむ【マイコンクラブ】も併設しています。新規参加メンバーを募集しています。

当ブログで公開している技術情報や成果物のご利用および再配布はフリーです。読者様の技術活動のお役に立てば幸いです。ご利用いただいた結果や感想等を記事へのコメントやメールでフィードバックしていただけると有難いです。なお、公開ファイルは最新版を載せているので、古い記事の内容から変わっている場合があります。

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