2 cele mai bune circuite cu temporizator de lungă durată explicat

În această postare învățăm cum să realizăm 2 circuite precise cu temporizator de lungă durată, de la 4 ore la 40 de ore, care pot fi actualizate în continuare pentru a obține întârzieri chiar mai mari. Conceptele sunt complet reglabil .

Un temporizator în electronică este în esență un dispozitiv care este utilizat pentru a produce intervale de întârziere pentru comutarea unei sarcini conectate. Întârzierea este setată extern de către utilizator conform cerințelor.

Introducere

Vă rugăm să rețineți că nu puteți produce întârzieri exacte lungi folosind doar un singur IC 4060 sau orice IC CMOS.

Am confirmat practic că peste 4 ore IC 4060 începe să devieze de la intervalul său de precizie.

IC 555 ca temporizator de întârziere este și mai rău, este aproape imposibil să obțineți întârzieri precise chiar și pentru o oră de la acest IC.

Această inexactitate se datorează în principal curentului de scurgere a condensatorului și descărcării ineficiente a condensatorului.

IC-urile precum 4060, IC 555 etc. generează practic oscilații care pot fi reglate chiar de la câțiva Hz la mulți Hz.

Cu excepția cazului în care aceste IC sunt integrate cu un alt dispozitiv de contor divizor, cum ar fi IC 4017 , obținerea unor intervale de timp precise foarte mari poate să nu fie fezabilă. Pentru a obține 24 de ore sau chiar zile și săptămâni la intervale de timp veți avea integrat o etapă divizor / contor așa cum se arată mai jos.

În primul circuit vedem cum două moduri diferite de circuite integrate pot fi cuplate împreună pentru a forma un circuit eficient cu temporizator de lungă durată.

1) Descrierea circuitului

Referindu-ne la schema circuitului.

1. IC1 este un contor oscilator IC care constă într-un stadiu oscilator încorporat și generează impulsuri de ceas cu perioade variabile pe pinii săi 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Ieșirea de la pinul 3 produce cel mai lung interval de timp și, prin urmare, selectăm această ieșire pentru alimentarea etapei următoare.
3. Potul P1 și condensatorul C1 al IC1 pot fi utilizate pentru reglarea intervalului de timp la pinul 3 al acestuia.
4. Cu cât setarea componentelor de mai sus este mai mare, cu atât perioada la pinul 3 este mai mare.
5. Următoarea etapă constă în contorul de decenii IC 4017 care nu face altceva decât să mărească intervalul de timp obținut de la IC1 la zece ori. Înseamnă că dacă intervalul de timp generat de pinul # 3 al IC1 este de 10 ore, timpul generat la pinul 11 ​​al IC2 ar fi 10 * 10 = 100 de ore.
6. În mod similar, dacă timpul generat la pinul 3 al IC1 este de 6 minute, ar însemna o ieșire ridicată de la pinul 11 ​​al IC1 după 60 de minute sau 1 oră.
7. Când alimentarea este pornită, condensatorul C2 se asigură că pinii de resetare ai ambelor circuite integrate sunt resetate în mod corespunzător, astfel încât IC-urile încep să numere de la zero, mai degrabă decât de la o figură intermediară irelevantă.
8. Atâta timp cât numărarea progresează, pinul # 11 al IC2 rămâne la nivel logic scăzut, astfel încât driverul releului să fie oprit.
9. După expirarea temporizării setate, pinul 11 ​​al IC2 se ridică activând etapa tranzistorului / releului și sarcina ulterioară conectată cu contactele releului.
10. Dioda D1 asigură că ieșirea de la pinul 11 ​​al IC2 blochează numărarea IC1 furnizând un semnal de blocare de alimentare la pinul 11.
    Astfel, întregul temporizator se blochează până când temporizatorul este oprit și repornit din nou pentru a repeta întregul proces.

Lista de componente

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

Aspect PCB

Formula pentru calcularea întârzierii ieșirii pentru IC 4060

Perioada de întârziere = 2.2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frecvența = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Adăugarea selectorului și a LED-urilor

Designul de mai sus ar putea fi îmbunătățit în continuare cu un selector și LED-uri secvențiale, așa cum este indicat în următoarea diagramă:

Cum functioneaza

Elementul principal al circuitului de sincronizare este un dispozitiv 4060 CMOS, care este alcătuit dintr-un oscilator împreună cu un divizor de 14 etape.

Frecvența oscilatorului ar putea fi modificată prin potențiometrul P1 pentru ca ieșirea la Q13 să fie în jur de un singur impuls în fiecare oră.

Perioada acestei bătăi de ceas ar putea fi extrem de rapidă (în jur de 100 ns), deoarece resetează suplimentar întregul 4060 IC prin intermediul diodei D8.

Pulsul de ceas „o dată la oră” este dat contorului 2 (împărțit-la-zece), 4017 IC. Una dintre mai multe ieșiri ale acestui contor va fi logică ridicată (una logică) în orice moment dat.

Când 4017 este resetat, ieșirea Q0 crește. Imediat după o oră, ieșirea Q0 va scădea, iar ieșirea Q1 poate deveni mare, etc. Comutatorul S1 permite utilizatorului să aleagă un interval de timp de la una la șase ore.

Când ieșirea aleasă devine ridicată, tranzistorul se oprește și releul se oprește (deci oprește sarcina conectată).

Odată ce intrarea de activare a modelului 4017 este atașată în plus la ștergătorul S1, orice impulsuri de ceas care urmează se dovedesc a nu avea impact asupra contorului. În consecință, dispozitivul va continua să fie în starea OPRIT până când comutatorul de resetare este prezentat de utilizator.

IC-ul tampon 4050 CMOS împreună cu cele 7 LED-uri sunt încorporate pentru a oferi indicații despre intervalul de ore care poate s-au scurs în esență. Aceste părți ar putea, în mod evident, să fie eliminate în cazul în care nu este necesară afișarea timpului expirat.

Tensiunea sursei pentru acest circuit nu este cu adevărat crucială și ar putea acoperi orice de la 5 și 15 V, utilizarea curentă a circuitului, cu excepția releului, va fi în intervalul de 15 mA.

Este recomandabil să alegeți o sursă de tensiune care să corespundă specificațiilor releului, pentru a vă asigura că orice probleme sunt evitate. Tranzistorul BC 557 poate gestiona un curent de 70 mA, deci asigurați-vă că tensiunea bobinei releului este evaluată în acest interval de curent

2) Folosind numai BJT-uri

Următorul design explică un circuit cu temporizator de durată foarte lungă, care folosește doar câteva tranzistori pentru operațiunile preconizate.

Circuitele cu temporizator de lungă durată implică în mod normal circuite integrate pentru procesare, deoarece executarea întârzierilor de lungă durată necesită o precizie și o precizie ridicate, care este posibilă numai folosind circuite integrate.

Obținerea întârzierilor de mare precizie

Chiar și propriul nostru IC 555 devine neajutorat și inexact atunci când se așteaptă întârzieri de lungă durată.

Cel întâlnit dificultate pentru a susține o precizie ridicată cu lungime durată este în esență problema tensiunii de scurgere și descărcarea inconsistentă a condensatoarelor, ceea ce duce la praguri de pornire greșite pentru cronometrul care produce erori în sincronizarea pentru fiecare ciclu.

Scurgerile și problemele de descărcare neconcordante devin proporțional mai mari pe măsură ce valorile condensatorilor cresc, ceea ce devine imperativ pentru obținerea unor intervale lungi.

Prin urmare, realizarea unor temporizatoare de lungă durată cu BJT-uri obișnuite ar putea fi aproape imposibilă, deoarece aceste dispozitive singure ar putea fi prea de bază și nu pot fi de așteptat pentru astfel de implementări complexe.

Deci, cum poate un circuit de tranzistoare să producă intervale de timp de durată precise?

Următorul circuit de tranzistor tratează în mod credibil problemele discutate mai sus și poate fi utilizat pentru obținerea unei temporizări de lungă durată cu o precizie rezonabilă de mare (+/- 2%).

Se datorează pur și simplu descărcării eficiente a condensatorului la fiecare ciclu nou, acest lucru asigură faptul că circuitul începe de la zero și permite perioade de timp precise identice pentru rețeaua RC selectată.

Diagrama circuitului

Circuitul poate fi înțeles cu ajutorul următoarei discuții:

Cum functioneaza

O apăsare momentană a butonului încarcă complet condensatorul 1000uF și declanșează tranzistorul NPN BC547, menținând poziția chiar și după ce comutatorul este eliberat din cauza descărcării lente a 1000uF prin rezistorul 2M2 și emițătorul NPN.

Declanșarea BC547 pornește, de asemenea, PNP BC557, care, la rândul său, pornește releul și sarcina conectată.

Situația de mai sus se menține atâta timp cât 1000uF nu este descărcat sub nivelurile de tăiere ale celor două tranzistoare.

Operațiile discutate mai sus sunt destul de simple și fac o configurație obișnuită a temporizatorului, care poate fi prea inexactă cu performanța sa.

Cum funcționează 1K și 1N4148

Cu toate acestea, adăugarea rețelei 1K / 1N4148 transformă instantaneu circuitul într-un cronometru de lungă durată extrem de precis din următoarele motive.

Legătura 1K și legătura 1N4148 asigură că de fiecare dată când tranzistoarele rup zăvorul din cauza unei sarcini insuficiente în condensator, sarcina reziduală din interiorul condensatorului este forțată să se descarce complet prin legătura de rezistență / diodă de mai sus prin bobina releului.

Funcția de mai sus se asigură că condensatorul este complet golit și gol pentru următorul ciclu și astfel poate produce un start curat de la zero.

Fără caracteristica de mai sus, condensatorul nu ar putea descărca complet și încărcarea reziduală din interior ar induce puncte de pornire nedefinite, făcând procedurile inexacte și inconsistente.

Circuitul ar putea fi îmbunătățit și mai mult prin utilizarea unei perechi Darlington pentru NPN, permițând utilizarea unor rezistențe cu valoare mult mai mare la bază și condensatori cu valoare proporțional scăzută. Condensatoarele cu valoare mai mică ar produce scurgeri mai mici și ar contribui la îmbunătățirea preciziei de sincronizare în timpul perioadelor de numărare de lungă durată.

Cum se calculează valorile componentelor pentru întârzierile lungi dorite:

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

Unde:

1. Ueste tensiunea pe condensator
2. Vseste tensiunea de alimentare
3. teste timpul scurs de la aplicarea tensiunii de alimentare
4. RCeste timpul constant a circuitului de încărcare RC

Design PCB

Temporizator de lungă durată folosind amplificatori op

Dezavantajul tuturor temporizatoarelor analogice (circuite monostabile) este că, într-un efort de a realiza perioade de timp destul de lungi, constanta de timp RC trebuie să fie în mod corespunzător substanțială.

Acest lucru implică în mod inevitabil valori ale rezistenței mai mari de 1 M, care pot duce la greșeli de sincronizare cauzate de rezistența la scurgeri rătăcite în circuit sau condensatori electrolitici substanțiali, care în mod similar pot crea probleme de sincronizare datorită rezistenței lor la scurgere.

Circuitul cu temporizator op amplasat mai sus realizează perioade de sincronizare de până la 100 de ori mai mult timp comparativ cu cele accesibile utilizând circuite obișnuite.

Se realizează acest lucru prin scăderea curentului de încărcare a condensatorului cu un factor de 100, îmbunătățind astfel drastic timpul de încărcare, fără a necesita condensatori de încărcare de valoare ridicată. Circuitul funcționează în felul următor:

Când se face clic pe butonul de pornire / resetare, C1 este descărcat și acest lucru face ca ieșirea amplificatorului opțional IC1, care este configurat ca următor de tensiune, să devină zero volți. Intrarea inversă a comparatorului IC2 este la un nivel de tensiune redus decât intrarea care nu inversează, prin urmare ieșirea IC2 se deplasează ridicată.

Tensiunea în jurul R4 este de aproximativ 120 mV, ceea ce înseamnă că C1 se încarcă prin R2 cu un curent de aproximativ 120 nA, care se aprinde de 100 de ori mai puțin decât ceea ce s-ar putea obține în cazul în care R2 ar fi fost atașat direct la o sursă pozitivă.

Inutil să spun că, dacă C1 ar fi fost încărcat printr-un 120 mV consistent, ar putea atinge rapid această tensiune și ar putea opri încărcarea.

Cu toate acestea, terminalul inferior al R4 fiind alimentat înapoi la ieșirea IC1 asigură că, pe măsură ce tensiunea din C1 crește, crește și tensiunea de ieșire și, prin urmare, tensiunea de încărcare dată R2.

Odată ce tensiunea de ieșire urcă la aproximativ 7,5 volți, aceasta depășește tensiunea referită la intrarea fără inversare a IC2 de R6 și R7, iar ieșirea IC2 devine scăzută.

O cantitate mică de feedback pozitiv furnizată de R8 inhibă orice tip de zgomot existent la ieșirea IC1 de la intensificarea IC2 pe măsură ce se deplasează din punctul de declanșare, deoarece aceasta produce în mod normal impulsuri de ieșire false. Lungimea de sincronizare poate fi calculată prin ecuația:

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

Acest lucru poate părea oarecum complex, dar cu numerele de piesă indicate intervalul de timp poate fi setat atâta timp cât 100 C1. Aici C1 este în microfarade, să spunem dacă C1 este selectat ca 1 µ, atunci intervalul de timp de ieșire va fi de 100 de secunde.

Este foarte clar din ecuație că este posibil să variați liniar intervalul de sincronizare prin substituirea lui R2 cu un potențiometru de 1 M sau logaritmic folosind un vas de 10 k în locul lui R6 și R7.