2 най-добри обяснени вериги за дълготраен таймер

В този пост научаваме как да направим 2 точни вериги с таймер с продължителност от 4 до 40 часа, които могат да бъдат надградени допълнително за получаване на още по-дълги закъснения. Концепциите са напълно регулируема .

Таймерът в електрониката е по същество устройство, което се използва за създаване на интервали със закъснение за превключване на свързан товар. Забавянето на времето се задава външно от потребителя според изискването.

Въведение

Моля, не забравяйте, че никога не можете да създавате дълги точни закъснения, използвайки само една IC 4060 или някаква CMOS IC.

Потвърдих практически, че след 4 часа IC 4060 започва да се отклонява от диапазона на точност.

IC 555 като таймер за забавяне е още по-лошо, почти невъзможно е да се получат точни закъснения дори за един час от този IC.

Тази неточност се дължи най-вече на тока на изтичане на кондензатора и неефективното разреждане на кондензатора.

ИС като 4060, IC 555 и т.н. в основата си генерират трептения, които могат да се регулират от няколко Hz до много Hz.

Освен ако тези интегрални схеми не са интегрирани с друго делително устройство, като например IC 4017 , получаването на много високи точни интервали от време може да не е осъществимо. За получаване на 24 часа или дори дни и седмица интервали, които ще трябва да интегрирате делител / брояч, както е показано по-долу.

В първата верига виждаме как два различни режима на интегрални схеми могат да бъдат свързани заедно, за да образуват ефективна верига за таймер с голяма продължителност.

1) Описание на веригата

Позовавайки се на електрическата схема.

1. IC1 е осцилаторен брояч IC, състоящ се от вграден осцилаторен етап и генерира тактови импулси с различни периоди през своите пинове 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Изходът от щифт 3 произвежда най-дългия интервал от време и затова ние избираме този изход за подаване на следващия етап.
3. Гърнето P1 и кондензаторът C1 на IC1 могат да се използват за регулиране на времевия интервал на неговия щифт 3.
4. Колкото по-висока е настройката на горните компоненти, толкова по-дълъг е периодът на пин # 3.
5. Следващият етап се състои от десетилетен брояч IC 4017, който не прави нищо друго, освен да увеличи интервала от време, получен от IC1, до десет пъти. Това означава, че времевият интервал, генериран от IC1s pin # 3 е 10 часа, времето, генерирано на pin # 11 на IC2, ще бъде 10 * 10 = 100 часа.
6. По същия начин, ако времето, генерирано на пин # 3 на IC1 е 6 минути, би означавало висока мощност от пин # 11 на IC1 след 60 минути или 1 час.
7. Когато захранването е включено, кондензаторът С2 се уверява, че щифтовете за нулиране на двете интегрални схеми са нулирани по подходящ начин, така че интегралните схеми да започнат да броят от нула, а не от някаква ирелевантна междинна цифра.
8. Докато броенето напредва, щифт # 11 на IC2 остава на ниско ниво на логика, така че релейният драйвер се държи изключен.
9. След изтичане на зададеното време, пин # 11 на IC2 отива високо, активирайки транзистора / релейния етап и последващото натоварване, свързано с контактите на релето.
10. Диодът D1 гарантира, че изходът от щифт # 11 на IC2 заключва броенето на IC1, като осигурява обратен сигнал за заключване на връзката на неговия щифт # 11.
    По този начин целият таймер се заключва, докато таймерът не се изключи и рестартира отново за повтаряне на целия процес.

Списък с части

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

Оформление на печатни платки

Формула за изчисляване на закъснение на изхода за IC 4060

Период на забавяне = 2.2 Rt.Ct.2 (N -1)

Честота = 1 / 2.2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Добавяне на превключвател за избор и светодиоди

Горният дизайн може да бъде допълнително подобрен с превключвател за превключване и последователни светодиоди, както е показано на следната схема:

Как работи

Основният елемент на синхронизиращата верига е 4060 CMOS устройство, което е изградено от осцилатор заедно с 14-степенен делител.

Честотата на осцилатора може да бъде променена чрез потенциометър P1, така че изходът на Q13 да е около един импулс на всеки час.

Периодът на този ритъм на часовника може да бъде изключително бърз (около 100 ns), тъй като допълнително нулира целия 4060 IC чрез диод D8.

Тактовият импулс „веднъж на всеки час“ се дава на втория брояч (разделен на десет), 4017 IC. Един от няколкото изхода на този брояч ще бъде логически висок (логически един) във всеки един момент.

Когато 4017 се нулира, изходът Q0 отива високо. Веднага след един час изход Q0 ще се превърне в нисък и изход Q1 може да стане висок и т.н. Превключвателят S1 в резултат позволява на потребителя да избере интервал от време от един до шест часа.

Когато избраният изход стане висок, транзисторът се изключва и релето се изключва (като по този начин изключва свързания товар).

След като входът за активиране на 4017 е допълнително прикрепен към чистачката на S1, всички следващи импулси на часовника се оказват без влияние върху брояча. Следователно устройството ще продължи да бъде в изключено състояние, докато потребителят не натисне превключвателя за нулиране.

4050 CMOS буферни интегрални схеми заедно със 7-те светодиода са вградени, за да предоставят индикация за диапазона от часове, които може да са изминали по същество. Тези части очевидно биха могли да бъдат премахнати, в случай че не е необходимо показване на изтекъл час.

Напрежението на източника за тази верига всъщност не е от решаващо значение и може да обхваща всичко от 5 и 15 V. Настоящото използване на веригата, с изключение на релето, ще бъде в диапазона от 15 mA.

Препоръчително е да изберете напрежение на източника, което може да съответства на спецификациите на релето, за да се избегнат проблеми. Транзисторът BC 557 може да се справи с ток от 70 mA, така че се уверете, че напрежението на бобината на релето е номинално в рамките на този токов диапазон

2) Използване само на BJT

Следващият дизайн обяснява много голяма продължителност на таймерната схема, която използва само няколко транзистора за предвидените операции.

Дълготрайните таймерни вериги обикновено включват интегрални схеми за обработка, тъй като изпълнението на дълготрайни закъснения изисква висока точност и точност, което е възможно само при използване на интегрални схеми.

Постигане на закъснения с висока точност

Дори нашият собствен IC 555 става безпомощен и неточен, когато се очакват дългосрочни закъснения от него.

Срещнатото трудност за поддържане на висока точност с дълъг продължителност е основно проблемът с изтичащото напрежение и непостоянното разреждане на кондензаторите, което води до грешни стартови прагове за таймера, което води до грешки във времето за всеки цикъл.

Течовете и непостоянните проблеми с разреждането стават пропорционално по-големи, тъй като стойностите на кондензатора стават по-големи, което става задължително за получаване на дълги интервали.

Следователно създаването на таймери с продължителност с обикновени BJT може да бъде почти невъзможно, тъй като тези устройства сами по себе си могат да бъдат твърде елементарни и не могат да се очакват за такива сложни изпълнения.

И така, как транзисторната верига може да произвежда дълги и точни интервали от времетраене?

Следващата транзисторна верига се справя надеждно с обсъдените по-горе проблеми и може да се използва за постигане на времетраене с продължителност с разумно висока точност (+/- 2%).

Това се дължи просто на ефективното разреждане на кондензатора при всеки нов цикъл, това гарантира, че веригата започва от нула и позволява точни идентични периоди от време за избраната RC мрежа.

Електрическа схема

Схемата може да се разбере с помощта на следната дискусия:

Как работи

Моментно натискане на бутона натиска 1000uF кондензатор напълно и задейства транзистора NPN BC547, поддържайки позицията дори след освобождаване на превключвателя поради бавното разреждане на 1000uF през резистора 2M2 и излъчвателя на NPN.

Задействането на BC547 включва и PNP BC557, който на свой ред включва релето и свързания товар.

Горната ситуация се задържа, докато 1000uF не се изхвърлят под нивата на прекъсване на двата транзистора.

Гореописаните операции са доста основни и правят обикновена конфигурация на таймера, която може да е твърде неточна с нейната производителност.

Как работят 1K и 1N4148

Въпреки това добавянето на мрежата 1K / 1N4148 незабавно превръща веригата в изключително точен таймер за дълъг период от време поради следните причини.

Връзката 1K и 1N4148 гарантира, че всеки път, когато транзисторите прекъснат ключалката поради недостатъчно зареждане в кондензатора, остатъчният заряд вътре в кондензатора е принуден да се разреди напълно през горната връзка на резистор / диод през намотката на релето.

Горната функция гарантира, че кондензаторът е напълно източен и празен за следващия цикъл и по този начин е в състояние да произведе чисто стартиране от нула.

Без горната характеристика кондензаторът няма да може да се разреди напълно и остатъчният заряд вътре ще предизвика неопределени начални точки, което прави процедурите неточни и непоследователни.

Веригата може да бъде допълнително подобрена чрез използване на двойка Дарлингтън за NPN, позволяваща използването на резистори с много по-висока стойност в основата и кондензатори с пропорционално ниска стойност. Кондензаторите с по-ниска стойност биха произвели по-ниски течове и биха помогнали за подобряване на точността на синхронизирането по време на продължителните периоди на броене.

Как да изчислим стойностите на компонентите за желаните дълги закъснения:

Vc = Vs (1 - д^{-t / RC})

Където:

1. Uе напрежението на кондензатора
2. Срещуе захранващото напрежение
3. те изминалото време от прилагането на захранващото напрежение
4. RCе постоянна време на RC веригата за зареждане

Дизайн на печатни платки

Таймер за продължителна продължителност, използващ Op Amps

Недостатъкът на всички аналогови таймери (моностабилни схеми) е, че в опит да се постигнат сравнително дълги периоди от време, RC времевата константа трябва да бъде съответно значителна.

Това неизбежно предполага стойности на резистори по-големи от 1 M, които могат да доведат до грешки в синхронизирането, причинени от разсеяно съпротивление на течове във веригата, или значителни електролитни кондензатори, които по подобен начин могат да създадат проблеми със синхронизирането поради тяхната устойчивост на течове.

Схемата на таймера на операционния усилвател, показана по-горе, изпълнява периоди на синхронизиране до 100 пъти повече време в сравнение с тези, достъпни при използване на обикновени вериги.

Той постига това чрез намаляване на зарядния ток на кондензатора с коефициент 100, вследствие на което драстично се подобрява времето за зареждане, без да се изискват кондензатори за зареждане с висока стойност. Веригата работи по следния начин:

При натискане на бутона за стартиране / нулиране C1 се разрежда и това кара изхода на оп усилвателя IC1, който е конфигуриран като последовател на напрежението, да стане нула волта. Инвертиращият вход на компаратора IC2 е на понижено ниво на напрежение от неинвертиращия вход, поради което изходът на IC2 се движи високо.

Напрежението около R4 е около 120 mV, което означава, че C1 се зарежда чрез R2 с ток от приблизително 120 nA, което изглежда 100 пъти по-малко от това, което би могло да бъде постигнато в случай, че R2 е бил прикрепен директно към положително захранване.

Излишно е да казвам, че ако C1 беше зареден през постоянни 120 mV, той можеше бързо да постигне това напрежение и да спре да зарежда повече.

Обаче долният терминал на R4, който се връща обратно към изхода на IC1, гарантира, че когато напрежението в C1 се покачи, изходното напрежение и следователно зарядното напрежение, дадено на R2.

След като изходното напрежение се изкачи до приблизително 7,5 волта, то надминава напрежението, посочено на неинвертиращия вход на IC2 от R6 и R7, а изходът на IC2 става нисък.

Малко количество положителна обратна връзка, доставено от R8, възпрепятства всякакъв вид шум, съществуващ на изхода на IC1, да бъде подсилен от IC2, докато се движи от точката на задействане, тъй като това обикновено произвежда фалшиви изходни импулси. Дължината на времето може да се изчисли по уравнението:

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

Това може да изглежда малко сложно, но с посочените номера на части интервалът от време може да бъде настроен до 100 C1. Тук C1 е в микрофаради, да кажем, че ако C1 е избран като 1 µ, интервалът на изходното време ще бъде 100 секунди.

От уравнението е много ясно, че е възможно да се променя времевият интервал линейно чрез заместване на R2 с 1 М потенциометър или логаритмично чрез използване на 10 k пот вместо R6 и R7.