2 najlepšie vysvetlené obvody časovača s dlhým trvaním

V tomto príspevku sa naučíme, ako vytvoriť 2 presné dlhodobé časové obvody v rozmedzí od 4 hodín do 40 hodín, ktoré je možné ďalej vylepšiť, aby sa dosiahlo ešte väčšie oneskorenie. Koncepty sú plne nastaviteľný .

Časovač v elektronike je v podstate zariadenie, ktoré sa používa na vytváranie časových intervalov oneskorenia pre prepnutie pripojenej záťaže. Časové oneskorenie nastavuje externe užívateľ podľa požiadavky.

Úvod

Pamätajte, že nikdy nemôžete spôsobiť dlhé presné oneskorenia iba s použitím jediného integrovaného obvodu 4060 IC alebo ľubovoľného integrovaného obvodu CMOS.

Prakticky som potvrdil, že po 4 hodinách sa IC 4060 začne odchyľovať od rozsahu svojej presnosti.

IC 555 ako časovač oneskorenia je ešte horší, je takmer nemožné získať presné oneskorenia čo i len hodinu z tohto IC.

Táto nepresnosť je väčšinou spôsobená zvodovým prúdom kondenzátora a neefektívnym vybíjaním kondenzátora.

Integrované obvody ako 4060, IC 555 atď. V zásade generujú oscilácie, ktoré sú nastaviteľné hneď od niekoľkých Hz do mnohých Hz.

Pokiaľ tieto IC nie sú integrované s iným deliacim pultovým zariadením, ako je napr IC 4017 , dosiahnutie veľmi vysokých presných časových intervalov nemusí byť možné. Za získanie 24 hodín alebo dokonca dni a tyzden intervaloch budete mať integrovanú fázu rozdeľovača / počítadla, ako je uvedené nižšie.

V prvom okruhu vidíme, ako je možné spojiť dva rôzne režimy integrovaných obvodov a vytvoriť tak efektívny dlhotrvajúci obvod časovača.

1) Popis obvodu

S odkazom na schému zapojenia.

1. IC1 je integrovaný obvod počítadla oscilátora pozostávajúci zo zabudovaného stupňa oscilátora a generuje hodinové impulzy s rôznymi periódami na svojich kolíkoch 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Výstup z kolíka 3 produkuje najdlhší časový interval, a preto ho vyberieme na napájanie do ďalšej fázy.
3. Hrniec P1 a kondenzátor C1 IC1 je možné použiť na nastavenie časového rozsahu na jeho kolíku 3.
4. Čím vyššie je nastavenie vyššie uvedených komponentov, tým dlhšie je obdobie na kolíku # 3.
5. Ďalšia fáza pozostáva z desaťročného počítadla IC 4017, ktoré nerobí nič iné, iba zvyšuje časový interval získaný z IC1 na desaťnásobok. Znamená to, že ak je časový interval generovaný pinom IC1s č. 3 10 hodín, čas vygenerovaný na kolíku č. 11 IC2 by bol 10 * 10 = 100 hodín.
6. Podobne, ak je čas generovaný na kolíku č. 3 IC1 6 minút, znamenalo by to vysoký výstup z kolíka č. 11 IC1 po 60 minútach alebo 1 hodine.
7. Po zapnutí napájania sa kondenzátor C2 postará o to, aby sa resetovacie piny obidvoch integrovaných obvodov správne resetovali, aby sa integrované obvody začali počítať skôr od nuly, ako od nejakého irelevantného medzičlánku.
8. Pokiaľ pokračuje počítanie, pin # 11 na IC2 zostáva na logicky nízkej hodnote, takže budič relé je držaný vypnutý.
9. Po uplynutí nastaveného časovania sa pin # 11 IC2 zvýši aktivovaním stupňa tranzistora / relé a následnej záťaže spojenej s kontaktmi relé.
10. Dióda D1 zaisťuje, že výstup z kolíka # 11 IC2 blokuje počítanie IC1 poskytnutím spätnoväzbového signálu spätnej väzby na svojom kolíku # 11.
    Celý časovač sa tak zafixuje, kým sa časovač nevypne a znova nespustí, aby sa opakoval celý proces.

Zoznam položiek

R1, R3 = 1M
R2, R4 = 12K,
C1, C2 = 1uF / 25V,
D1, D2 = 1N4007,
IC1 = 4060,
IC2 = 4017,
T1 = BC547,
POT = 1M lineárny
RELÉ = 12V SPDT

Rozloženie DPS

Vzorec pre výpočet výstupu oneskorenia pre IC 4060

Doba oneskorenia = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frekvencia = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Pridanie prepínača a LED diód

Vyššie uvedený dizajn by mohol byť ďalej vylepšený prepínačom voliča a sekvenčnými LED diódami, ako je uvedené v nasledujúcom diagrame:

Ako to funguje

Hlavným prvkom časovacieho obvodu je 4060 CMOS zariadenie, ktoré je tvorené oscilátorom spolu so 14 stupňovým deličom.

Frekvencia oscilátora sa mohla doladiť potenciometrom P1 tak, aby výstup na Q13 bol každú hodinu okolo jedného impulzu.

Perióda tohto taktu môže byť extrémne rýchla (okolo 100 ns), pretože dodatočne resetuje celých 4060 IC pomocou diódy D8.

Hodinový impulz „raz za hodinu“ sa dáva druhému počítadlu (rozdelené na desať), 4017 IC. Jeden z niekoľkých výstupov tohto počítadla bude v ktoromkoľvek danom okamihu logicky vysoký (logický jeden).

Keď sa 4017 resetuje, výstup Q0 ide vysoko. Hneď po jednej hodine sa výstup Q0 zníži a výstup Q1 sa môže zvýšiť atď. Prepínač S1 umožňuje užívateľovi zvoliť si časový interval od jednej do šiestich hodín.

Keď sa zvolený výstup zvýši, tranzistor sa vypne a relé sa vypne (čím sa vypne pripojená záťaž).

Akonáhle je aktivačný vstup 4017 ďalej pripojený k stieraču SI, ukázalo sa, že akékoľvek nasledujúce hodinové impulzy nemajú žiadny vplyv na počítadlo. Zariadenie bude následne naďalej v stave VYPNUTÉ, až kým užívateľ nevypne resetovací spínač.

Integrovaný integrovaný obvod 4050 CMOS spolu so 7 LED diódami poskytuje indikáciu rozsahu hodín, ktoré mohli v podstate uplynúť. Tieto časti by sa samozrejme dali odstrániť v prípade, že nie je potrebné zobrazenie uplynulého času.

Zdrojové napätie pre tento obvod nie je skutočne rozhodujúce a mohlo by pokrývať čokoľvek od 5 do 15 V. Spotreba prúdu v obvode, s výnimkou relé, bude v rozmedzí 15 mA.

Odporúča sa zvoliť zdrojové napätie, ktoré môže zodpovedať špecifikáciám relé, aby sa predišlo problémom. Tranzistor BC 557 dokáže spracovať prúd 70 mA, preto sa uistite, či je napätie cievky relé dimenzované v rámci tohto rozsahu prúdu.

2) Používanie iba BJT

Nasledujúci návrh vysvetľuje veľmi dlhý časovací obvod, ktorý pre zamýšľané operácie používa iba pár tranzistorov.

Obvody s časovým spínačom s dlhou dobou spracovania zvyčajne zahŕňajú integrované obvody, pretože vykonávanie oneskorení s dlhou dobou vyžaduje vysokú presnosť a presnosť, ktorá je možná iba pomocou integrovaných obvodov.

Dosahovanie vysokých presností oneskorenia

Dokonca aj naša vlastná IC 555 sa stáva bezmocnou a nepresnou, keď sa od nej očakáva dlhé trvanie.

Stretli sa ťažkosti s udržaním vysokej presnosti s dlhým trvanie je v zásade problém s únikovým napätím a nekonzistentným vybíjaním kondenzátorov, ktoré vedie k nesprávnym začiatočným prahovým hodnotám pre časovač, ktoré spôsobujú chyby v časovaní pre každý cyklus.

Úniky a nekonzistentné problémy s vybíjaním sa proporcionálne zväčšujú s rastúcimi hodnotami kondenzátora, čo sa stáva nevyhnutným pre získanie dlhých intervalov.

Preto by bolo dlhodobé vytváranie časovačov s obyčajnými BJT takmer nemožné, pretože samotné tieto zariadenia môžu byť príliš základné a nemožno ich pri takýchto zložitých implementáciách očakávať.

Ako môže teda tranzistorový obvod vytvárať dlhé presné časové intervaly?

Nasledujúci tranzistorový obvod spracováva vyššie diskutované problémy dôveryhodne a je možné ho použiť na získanie dlhodobého časovania s primerane vysokou presnosťou (+/- 2%).

Je to jednoducho kvôli efektívnemu vybíjaniu kondenzátora pri každom novom cykle, čo zaisťuje, že obvod začína od nuly, a umožňuje presné identické časové obdobia pre vybranú RC sieť.

Schéma zapojenia

Obvod je možné pochopiť pomocou nasledujúcej diskusie:

Ako to funguje

Krátkym stlačením tlačidla sa kondenzátor 1 000 uF úplne nabije a spustí sa tranzistor NPN BC547, pričom sa poloha udrží aj po uvoľnení spínača kvôli pomalému vybíjaniu 1 000 uF cez rezistor 2M2 a vysielač NPN.

Spúšťanie BC547 tiež zapne PNP BC557, ktorý postupne zapne relé a pripojenú záťaž.

Vyššie uvedená situácia pretrváva, pokiaľ sa 1000uF nevybije pod medznú hladinu obidvoch tranzistorov.

Vyššie uvedené operácie sú úplne základné a vytvárajú bežnú konfiguráciu časovača, ktorá môže byť príliš nepresná s ohľadom na jej výkon.

Ako fungujú 1K a 1N4148

Pridanie siete 1K / 1N4148 však okamžite transformuje obvod na veľmi presný časovač s dlhou dobou platnosti z nasledujúcich dôvodov.

Prepojenie 1K a 1N4148 zaisťuje, že zakaždým, keď tranzistory rozbijú západku v dôsledku nedostatočného nabitia kondenzátora, je zvyškový náboj vo vnútri kondenzátora nútený úplne sa vybiť cez vyššie uvedený odporový / diódový odkaz cez cievku relé.

Vyššie uvedená funkcia zaisťuje, že je kondenzátor úplne vybitý a prázdny pre nasledujúci cyklus, a teda je schopný produkovať čistý štart od nuly.

Bez vyššie uvedenej vlastnosti by sa kondenzátor nemohol úplne vybiť a zvyškový náboj vo vnútri by vyvolal nedefinované počiatočné body, čo by spôsobilo, že postupy budú nepresné a nekonzistentné.

Obvod by sa mohol ešte vylepšiť použitím Darlingtonovho páru pre NPN, ktorý umožňuje použitie rezistorov s oveľa vyššou hodnotou na jeho základni a proporcionálne nízkohodnotných kondenzátorov. Kondenzátory s nižšou hodnotou by spôsobili menšie úniky a pomohli by zlepšiť presnosť časovania počas dlhých periód počítania.

Ako vypočítať hodnoty komponentov pre požadované veľké oneskorenia:

Vc = Vs (1 - napr^{-t / RC})

Kde:

1. Uje napätie na kondenzátore
2. Vsje napájacie napätie
3. tje uplynulý čas od aplikácie napájacieho napätia
4. RCje časová konštanta nabíjacieho obvodu RC

Dizajn DPS

Časovač s dlhou dobou používania pomocou operačných zosilňovačov

Nevýhodou všetkých analógových časovačov (monostabilných obvodov) je, že v snahe dosiahnuť pomerne dlhé časové úseky musí byť časová konštanta RC zodpovedajúcim spôsobom podstatná.

To nevyhnutne implikuje hodnoty odporu väčšie ako 1 M, čo môže mať za následok chyby časovania spôsobené rozptýleným únikovým odporom v obvode alebo značnými elektrolytickými kondenzátormi, ktoré podobne môžu spôsobiť problémy s časovaním kvôli ich únikovému odporu.

Vyššie uvedený obvod časovača operačného zosilňovača dosahuje časovacie periódy až 100-krát viac času v porovnaní s tými, ktoré sú prístupné pomocou bežných obvodov.

Dosahuje to znížením nabíjacieho prúdu kondenzátora o faktor 100, čím sa drasticky zlepší doba nabíjania bez potreby nabíjacích kondenzátorov vysokej hodnoty. Obvod funguje nasledujúcim spôsobom:

Po kliknutí na tlačidlo štart / reset sa C1 vybije a to spôsobí, že výstup operačného zosilňovača IC1, ktorý je nakonfigurovaný ako sledovač napätia, sa stane nulovým napätím. Invertujúci vstup komparátora IC2 je na zníženej úrovni napätia ako neinvertujúci vstup, a preto sa výstup IC2 pohybuje vysoko.

Napätie okolo R4 je okolo 120 mV, čo znamená, že C1 sa nabíja cez R2 prúdom približne 120 nA, čo je 100-krát menej, ako by sa dalo dosiahnuť v prípade, že by R2 bol pripojený priamo na kladný zdroj.

Nie je potrebné hovoriť, že ak by sa C1 nabíjala cez stálych 120 mV, mohla by rýchlo dosiahnuť toto napätie a prestať sa nabíjať ďalej.

Spodná svorka R4, ktorá sa napája späť na výstup IC1, však zaisťuje, že s nárastom napätia na C1 stúpa aj výstupné napätie a teda nabíjacie napätie dané R2.

Akonáhle výstupné napätie vystúpi na približne 7,5 voltu, prekoná napätie uvedené na neinvertujúcom vstupe IC2 pomocou R6 a R7 a výstup IC2 sa zníži.

Malé množstvo pozitívnej spätnej väzby dodávanej R8 inhibuje akýkoľvek druh šumu existujúceho na výstupe IC1 pred zosilnením pomocou IC2, keď sa pohybuje od spúšťacieho bodu, pretože ten normálne produkuje falošné výstupné impulzy. Časovú dĺžku je možné vypočítať z rovnice:

T = R2 C1 (1 + R5 / R4 + R5 / R2) x C2 x (1 + R7 / R6)

Môže sa to zdať trochu zložité, ale s označenými číslami dielov je možné nastaviť časový interval až 100 C1. Tu je C1 v mikrofaradoch, povedzme, že ak je C1 vybraté ako 1 µ, potom bude výstupný časový interval 100 sekúnd.

Z rovnice je zrejmé, že je možné meniť časovací interval lineárne substitúciou R2 1 M potenciometrom alebo logaritmicky použitím 10 k banku namiesto R6 a R7.