2 vysvětleny nejlepší obvody časovače s dlouhou dobou trvání

V tomto příspěvku se učíme, jak vytvořit 2 přesné dlouhodobé obvody časovače v rozmezí od 4 hodin do 40 hodin, které lze dále upgradovat pro získání ještě delších zpoždění. Koncepty jsou plně nastavitelný .

Časovač v elektronice je v podstatě zařízení, které se používá k vytváření intervalů časových zpoždění pro přepínání připojené zátěže. Časové zpoždění je nastaveno externě uživatelem podle požadavku.

Úvod

Pamatujte, že nikdy nemůžete vyprodukovat dlouhá přesná zpoždění pouze s použitím jediného integrovaného obvodu 4060 IC nebo libovolného integrovaného obvodu CMOS.

Prakticky jsem potvrdil, že za 4 hodiny se IC 4060 začne odchýlit od rozsahu přesnosti.

IC 555 jako časovač zpoždění je ještě horší, je téměř nemožné získat přesná zpoždění i za hodinu z tohoto IC.

Tato nepřesnost je většinou způsobena svodovým proudem kondenzátoru a neefektivním vybíjením kondenzátoru.

Integrované obvody jako 4060, IC 555 atd. V zásadě generují oscilace, které jsou nastavitelné od několika Hz do mnoha Hz.

Pokud tyto integrované obvody nejsou integrovány s jiným zařízením oddělovače, jako je IC 4017 , získávání velmi vysokých přesných časových intervalů nemusí být možné. Za získání 24 hodin, nebo dokonce dny a týden intervalech budete mít integrovanou fázi děliče / čítače, jak je uvedeno níže.

V prvním obvodu vidíme, jak lze spojit dva různé režimy integrovaných obvodů a vytvořit tak efektivní dlouhý časovač.

1) Popis obvodu

S odkazem na schéma zapojení.

1. IC1 je IC čítače oscilátoru, který se skládá z vestavěného oscilátorového stupně a generuje hodinové impulsy s různými periodami napříč svými piny 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Výstup z kolíku 3 produkuje nejdelší časový interval, a proto tento výstup vybereme pro napájení další fáze.
3. Hrnec P1 a kondenzátor C1 IC1 lze použít k nastavení časového rozpětí na něm kolíku 3.
4. Čím vyšší je nastavení výše uvedených komponent, tím delší je perioda na pinu č. 3.
5. Další etapa se skládá z dekády čítače IC 4017, který nedělá nic jiného, ​​než zvyšuje časový interval získaný z IC1 na desetinásobek. To znamená, že pokud je časový interval generovaný pinem IC1s č. 3 10 hodin, čas generovaný na pinu č. 11 IC2 by byl 10 * 10 = 100 hodin.
6. Podobně, pokud je čas generovaný na pinu č. 3 IC1 6 minut, znamenalo by to vysoký výstup z pinu č. 11 IC1 po 60 minutách nebo 1 hodině.
7. Když je napájení zapnuto, kondenzátor C2 zajišťuje, že resetovací piny obou integrovaných obvodů jsou odpovídajícím způsobem resetovány, takže integrované obvody začínají počítat od nuly, spíše než od nějaké irelevantní mezilehlé figury.
8. Dokud počítání pokračuje, pin # 11 IC2 zůstává na logicky nízké hodnotě, takže ovladač relé je držen vypnutý.
9. Po uplynutí nastaveného časování se pin # 11 IC2 aktivuje na tranzistorový / reléový stupeň a následnou zátěž spojenou s kontakty relé.
10. Dioda D1 zajišťuje, že výstup z pinu # 11 IC2 blokuje počítání IC1 poskytnutím signálu zpětné vazby na svém pinu # 11.
    Celý časovač se tak zablokuje, dokud se časovač nevypne a znovu se nespustí, aby se celý proces opakoval.

Seznam dílů

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

Rozložení PCB

Vzorec pro výpočet výstupu zpoždění pro IC 4060

Doba zpoždění = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frekvence = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Přidání přepínače a kontrolek LED

Výše uvedený design by mohl být dále vylepšen přepínačem volby a sekvenčními diodami LED, jak ukazuje následující diagram:

Jak to funguje

Hlavním prvkem časovacího obvodu je zařízení 4060 CMOS, které je tvořeno oscilátorem a 14stupňovým děličem.

Frekvenci oscilátoru lze vyladit potenciometrem P1 tak, aby výstup na Q13 byl každou hodinu kolem jednoho pulzu.

Perioda tohoto hodinového rytmu může být extrémně rychlá (kolem 100 ns), protože navíc resetuje celých 4060 IC pomocí diody D8.

Hodinový pulz „jednou za hodinu“ je dán 2. čítači (děleno deseti), 4017 IC. Jeden z několika výstupů tohoto čítače bude v daném okamžiku logicky vysoký (logický).

Když je 4017 resetován, výstup Q0 jde vysoko. Hned po jedné hodině se výstup Q0 sníží a výstup Q1 se může zvýšit atd. Přepínač S1 ve výsledku umožňuje uživateli zvolit časový interval od jedné do šesti hodin.

Když se zvolený výstup zvýší, tranzistor se vypne a relé se vypne (čímž se vypne připojená zátěž).

Jakmile je aktivační vstup 4017 dále připojen ke stěrači S1, ukáže se, že jakékoli následující hodinové impulsy nemají žádný vliv na ihe čítač. Následně bude zařízení nadále ve vypnutém stavu, dokud uživatel nevypne resetovací spínač.

Integrovaný integrovaný obvod 4050 CMOS s vyrovnávací pamětí spolu se 7 LED diodami nabízí indikaci rozsahu hodin, který může v podstatě uplynul. Tyto části by mohly být samozřejmě odstraněny, pokud není nutné zobrazení uplynulého času.

Zdrojové napětí pro tento obvod není opravdu zásadní a mohlo by pokrývat cokoli od 5 do 15 V. Aktuální spotřeba obvodu, s výjimkou relé, bude v rozsahu 15 mA.

Doporučuje se zvolit zdrojové napětí, které odpovídá specifikacím relé, aby nedocházelo k problémům. Tranzistor BC 557 zvládne proud 70 mA, proto se ujistěte, že napětí cívky relé je dimenzováno v tomto proudovém rozsahu

2) Používání pouze BJT

Následující návrh vysvětluje velmi dlouhý časový obvod, který pro zamýšlené operace používá pouze několik tranzistorů.

Obvody s časovačem s dlouhou dobou obvykle zahrnují IC pro zpracování, protože provádění zpoždění s dlouhou dobou vyžaduje vysokou přesnost a přesnost, která je možná pouze pomocí integrovaných obvodů.

Dosahování vysokých přesností zpoždění

Dokonce i naše vlastní IC 555 se stává bezmocným a nepřesným, když se od něj očekávají dlouhá zpoždění.

Setkal se obtížnost pro udržení vysoké přesnosti s dlouhým doba trvání je v podstatě problém s únikovým napětím a nekonzistentní vybíjení kondenzátorů, které vede k nesprávným počátečním prahovým hodnotám pro časovač, které způsobují chyby v časování pro každý cyklus.

Úniky a nekonzistentní problémy s výbojem se úměrně zvětšují, jak se zvyšují hodnoty kondenzátoru, což se stává nezbytným pro získání dlouhých intervalů.

Proto může být výroba časovačů s dlouhou dobou s běžnými BJT téměř nemožná, protože samotná tato zařízení mohou být příliš základní a nelze je u takových složitých implementací očekávat.

Jak tedy může tranzistorový obvod produkovat dlouhé přesné časové intervaly?

Následující obvod tranzistoru zpracovává výše diskutované problémy věrohodně a lze jej použít k získání dlouhodobého časování s přiměřeně vysokou přesností (+/- 2%).

Je to jednoduše kvůli efektivnímu vybití kondenzátoru při každém novém cyklu, což zajišťuje, že obvod začíná od nuly, a umožňuje přesné identické časové období pro vybranou RC síť.

Kruhový diagram

Obvod lze pochopit pomocí následující diskuse:

Jak to funguje

Okamžité stisknutí tlačítka plně nabije kondenzátor 1000uF a spustí tranzistor NPN BC547, přičemž udrží polohu i po uvolnění spínače kvůli pomalému vybíjení 1000uF přes rezistor 2M2 a emitor NPN.

Spuštění BC547 také zapne PNP BC557, který postupně zapne relé a připojenou zátěž.

Výše uvedená situace přetrvává, dokud není 1000uF vybitý pod mezními hodnotami obou tranzistorů.

Výše popsané operace jsou zcela základní a vytvářejí běžnou konfiguraci časovače, která může být s jeho výkonem příliš nepřesná.

Jak fungují 1K a 1N4148

Přidání sítě 1K / 1N4148 však okamžitě transformuje obvod na velmi přesný časovač s dlouhou dobou z následujících důvodů.

Propojení 1K a 1N4148 zajišťuje, že pokaždé, když tranzistory rozbijí západku kvůli nedostatečnému nabití kondenzátoru, je zbytkový náboj uvnitř kondenzátoru nucen zcela vybít výše uvedeným odporovým / diodovým spojem přes cívku relé.

Výše uvedená funkce zajišťuje, že kondenzátor je pro příští cyklus zcela vybitý a prázdný, a je tedy schopen zajistit čistý start od nuly.

Bez výše uvedené funkce by se kondenzátor nemohl úplně vybít a zbytkový náboj uvnitř by vyvolal nedefinované počáteční body, což by způsobilo, že postupy budou nepřesné a nekonzistentní.

Obvod by mohl být ještě dále vylepšen použitím Darlingtonova páru pro NPN umožňujícího použití odporů s mnohem vyšší hodnotou na jeho základně a proporcionálně nízkých hodnot kondenzátorů. Kondenzátory s nižší hodnotou by způsobily nižší úniky a pomohly by zlepšit přesnost časování během dlouhých období počítání.

Jak vypočítat hodnoty komponent pro požadovaná velká zpoždění:

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

Kde:

1. Uje napětí na kondenzátoru
2. Vs.je napájecí napětí
3. tje uplynulý čas od aplikace napájecího napětí
4. RCje časová konstanta RC nabíjecího obvodu

Design PCB

Časovač s dlouhou dobou používání pomocí operačních zesilovačů

Nevýhodou všech analogových časovačů (monostabilních obvodů) je, že ve snaze dosáhnout poměrně dlouhých časových období musí být časová konstanta RC odpovídajícím způsobem podstatná.

To nevyhnutelně implikuje hodnoty rezistoru větší než 1 M, což může vést k chybám časování způsobeným rozptýleným únikovým odporem v obvodu nebo značnými elektrolytickými kondenzátory, které podobně mohou způsobit problémy s časováním kvůli jejich únikovému odporu.

Výše uvedený obvod časovače operačních zesilovačů dosahuje časovacích období až stokrát více času ve srovnání s těmi, které jsou přístupné pomocí běžných obvodů.

Dosahuje toho snížením nabíjecího proudu kondenzátoru o faktor 100, čímž se drasticky zlepší doba nabíjení, aniž by bylo nutné nabíjet kondenzátory vysoké hodnoty. Obvod funguje následujícím způsobem:

Když kliknete na tlačítko start / reset, C1 se vybije a to způsobí, že výstup operačního zesilovače IC1, který je nakonfigurován jako sledovač napětí, se stane nulovým voltem. Invertující vstup komparátoru IC2 je na úrovni sníženého napětí než neinvertující vstup, a proto se výstup IC2 pohybuje vysoko.

Napětí kolem R4 je kolem 120 mV, což znamená, že C1 se nabíjí přes R2 proudem přibližně 120 nA, což je stokrát nižší než to, čeho by bylo možné dosáhnout v případě, že by R2 byl připojen přímo na kladný zdroj.

Není třeba říkat, že pokud by C1 byla nabíjena konzistentními 120 mV, mohla by rychle dosáhnout tohoto napětí a přestat nabíjet dále.

Dolní svorka R4 přiváděná zpět na výstup IC1 však zajišťuje, že s rostoucím napětím napříč C1 stoupá také výstupní napětí a tedy nabíjecí napětí dané R2.

Jakmile se výstupní napětí vyšplhá na přibližně 7,5 voltu, překročí napětí uvedené na neinvertujícím vstupu IC2 pomocí R6 a R7 a výstup IC2 se sníží.

Malé množství pozitivní zpětné vazby dodávané R8 inhibuje jakýkoli druh šumu existujícího na výstupu IC1 před zesílením IC2 při jeho pohybu od spouštěcího bodu, protože to normálně produkuje falešné výstupní pulsy. Časovou délku lze vypočítat podle rovnice:

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

Může se to zdát poněkud složité, ale s uvedením čísel dílů lze časový interval nastavit až na 100 C1. Zde je C1 v mikrofaradech, řekněme, že pokud je C1 vybráno jako 1 µ, pak bude časový interval výstupu 100 sekund.

Z rovnice je velmi jasné, že je možné měnit časový interval lineárně nahrazením R2 1 M potenciometrem, nebo logaritmicky použitím 10 k hrnce místo R6 a R7.