2 parimat pikaajalise taimeri vooluahelat

Selles postituses õpime, kuidas teha 2 täpset pika kestusega taimeri vooluringi vahemikus 4 tundi kuni 40 tundi, mida saab veelgi uuendada veelgi pikemate viivituste saamiseks. Mõisted on täielikult reguleeritav .

Elektroonika taimer on sisuliselt seade, mida kasutatakse ühendatud koormuse ümberlülitamiseks viivitusintervallide loomiseks. Ajaviivituse määrab kasutaja väliselt vastavalt nõudele.

Sissejuhatus

Pidage meeles, et ainult ühe 4060 IC või mõne CMOS IC abil ei saa kunagi pikki täpseid viivitusi tekitada.

Olen praktiliselt kinnitanud, et pärast nelja tunni möödumist hakkab IC 4060 oma täpsusvahemikust kõrvale kalduma.

IC 555 on viivitustaimerina veelgi hullem, sellest IC-st on peaaegu võimatu isegi tund aega täpseid viivitusi saada.

See ebatäpsus on enamasti tingitud kondensaatori lekkevoolust ja kondensaatori ebaefektiivsest tühjenemisest.

IC-d nagu 4060, IC 555 jne tekitavad põhimõtteliselt võnkumisi, mida saab reguleerida vahetult mõnest Hz kuni paljude Hz-ni.

Välja arvatud juhul, kui need IC-d on integreeritud teise jaoturiloenduriga, näiteks IC 4017 , väga täpsete ajaintervallide saamine ei pruugi olla teostatav. 24-tunnise või isegi päevad ja nädal intervallidega peate integreerima jagaja / loenduri astme, nagu allpool näidatud.

Esimeses vooluringis näeme, kuidas saab ühendada kaks erinevat IC-režiimi, moodustades tõhusa pika kestusega taimeri vooluahela.

1) Vooluahela kirjeldus

Viidates elektriskeemile.

1. IC1 on ostsillaatori loendur IC, mis koosneb sisseehitatud ostsillaatori astmest ja genereerib tihvtides 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15 erineva perioodiga taktimpulsse.
2. Pistik 3 väljastab kõige pikema ajaintervalli ja seetõttu valime järgmise väljundi toitmiseks selle väljundi.
3. IC1 poti P1 ja kondensaatorit C1 saab kasutada ajavahemiku reguleerimiseks selle tihvti 3 juures.
4. Mida kõrgem on ülaltoodud komponentide seadistus, seda pikem on periood # 3.
5. Järgmine etapp koosneb kümnendi loendurist IC 4017, mis ei tee muud, kui pikendab IC1-st saadud ajaintervalli kümnekordseks. See tähendab, et kui IC1s tihvti nr 3 genereeritud ajaintervall on 10 tundi, oleks IC2 tihvti nr 11 genereeritud aeg 10x10 = 100 tundi.
6. Samamoodi, kui IC1 tihvti nr 3 genereeritud aeg on 6 minutit, tähendaks see IC1 tihvti nr 11 suurt väljundit 60 minuti või 1 tunni pärast.
7. Kui toide on sisse lülitatud, tagab kondensaator C2, et mõlema IC-i lähtestusnõelad on vastavalt lähtestatud, nii et IC-d hakkavad lugema nullist, mitte mõnest ebaolulisest vahearvest.
8. Niikaua kui loendamine edeneb, jääb IC2 tihvt nr 11 loogika madalale, nii et relee draiverit hoitakse välja lülitatud.
9. Pärast määratud aja möödumist läheb IC2 tihvt nr 11 kõrgele, aktiveerides transistori / relee astme ja sellele järgneva relee kontaktidega ühendatud koormuse.
10. Diood D1 tagab, et IC2 tihvti nr 11 väljund lukustab IC1 loendamise, pakkudes tagasivoolu riivsignaali selle tihvti # 11.
    Seega lukustub kogu taimer seni, kuni taimer lülitatakse välja ja taaskäivitatakse kogu protsessi kordamiseks.

Osade nimekiri

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

PCB paigutus

IC 4060 viivituse väljundi arvutamise valem

Hilinemisperiood = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Sagedus = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Valikulüliti ja valgusdioodide lisamine

Ülaltoodud disaini saab veelgi täiendada valikulüliti ja järjestikuste LED-idega, nagu on näidatud järgmises skeemis:

Kuidas see töötab

Ajastusahela põhielement on 4060 CMOS-seade, mis koosneb ostsillaatorist koos 14-astmelise jaguriga.

Ostsillaatori sagedust saab reguleerida läbi potentsiomeetri P1, et väljund Q13 juures oleks igal tunnil ühe impulsi ümber.

Selle taktiperiood võib olla äärmiselt kiire (umbes 100 ns), kuna see lähtestab dioodi D8 abil lisaks kogu 4060 IC.

Kellaimpulss 'üks kord tunnis' antakse teisele loendurile 4010 IC. Selle loenduri üks mitmest väljundist saab igal hetkel loogiliselt kõrge (loogiline).

Kui 4017 lähtestatakse, läheb väljund Q0 kõrgeks. Kohe ühe tunni pärast muutub väljund Q0 madalaks ja väljund Q1 võib muutuda kõrgeks jne. Selle tulemusel lüliti S1 võimaldab kasutajal valida ajavahemiku ühe kuni kuue tunni jooksul.

Kui valitud väljund muutub kõrgeks, lülitub transistor välja ja relee lülitatakse välja (lülitades seeläbi ühendatud koormuse välja).

Kui 4017 sisselülitussisend on lisaks kinnitatud S1 klaasipuhasti külge, osutub, et järgnevad kellaimpulsid ei mõjuta loendurit. Seetõttu on seade jätkuvalt väljalülitatud olekus, kuni lähtestuslüliti on kasutaja ette andnud.

4050 CMOS puhvri IC koos 7 LED-iga on sisse lülitatud, et näidata tundide vahemikku, mis võib olla sisuliselt möödunud. Need osad võidakse ilmselt eemaldada juhul, kui aegunud aja kuvamist pole vaja.

Selle vooluahela allika pinge ei ole tegelikult ülioluline ja see võib katta mis tahes väärtusi 5 ja 15 V vahel. Vooluahela praegune kasutus, välja arvatud relee, jääb vahemikku 15 mA.

Probleemide vältimiseks on soovitatav valida lähtekoha pinge, mis võib olla relee spetsifikatsioonidele vastav. BC 557 transistor suudab toime tulla 70 mA vooluga, seega veenduge, et relee mähise pinge oleks antud praeguse vahemiku järgi

2) Kasutades ainult BJT-sid

Järgmine disain selgitab väga pikka kestvusega taimeri vooluahelat, mis kasutab kavandatud toiminguteks ainult paari transistorit.

Pika kestusega taimeri vooluringid hõlmavad tavaliselt töötlemiseks IC-sid, kuna pikaajaliste viivituste täitmine nõuab suurt täpsust ja täpsust, mis on võimalik ainult IC-de abil.

Suure täpsusega viivituste saavutamine

Isegi meie enda IC 555 muutub abituks ja ebatäpseks, kui temalt oodatakse pikki viivitusi.

Kohtunud raskusi kõrge täpsuse säilitamiseks pikka aega kestus Põhimõtteliselt on lekkepinge probleem ja kondensaatorite ebajärjekindel tühjenemine, mis põhjustab taimerile valed algusläved, mis tekitavad vigu iga tsükli ajastuses.

Lekked ja ebajärjekindlad tühjenemisprobleemid muutuvad proportsionaalselt suuremaks, kui kondensaatori väärtused suurenevad, mis on pikkade intervallide saamiseks hädavajalik.

Seetõttu võib tavaliste BJT-de abil pika kestvusega taimerite valmistamine olla peaaegu võimatu, kuna ainult need seadmed võivad olla liiga lihtsad ja nii keerulise rakendamise korral pole seda oodata.

Niisiis, kuidas saab transistori vooluahel luua pika täpse kestusega ajaintervalli?

Järgmine transistori vooluring käsitleb ülaltoodud küsimusi usaldusväärselt ja seda saab kasutada pika kestuse mõistliku mõistlikkuse saavutamiseks (+/- 2%).

Selle põhjuseks on kondensaatori efektiivne tühjendamine igal uuel tsüklil, see tagab vooluahela alguse nullist ja võimaldab valitud RC-võrgul täpsed identsed ajavahemikud.

Vooluringi skeem

Vooluringist võib aru saada järgmise arutelu abil:

Kuidas see töötab

Hetkeline surunupu vajutamine laadib 1000uF kondensaatori täielikult ja käivitab NPN BC547 transistori, säilitades positsiooni ka pärast lüliti vabastamist 1000uF aeglase tühjenemise tõttu 2M2 takisti ja NPN emitteri kaudu.

BC547 käivitamine lülitab sisse ka PNP BC557, mis lülitab omakorda relee ja ühendatud koormuse.

Ülaltoodud olukord püsib seni, kuni 1000uF ei tühjendata kahe transistori piirväärtusest madalamal.

Eespool käsitletud toimingud on üsna lihtsad ja teevad tavalise taimerikonfiguratsiooni, mis võib olla selle töö osas liiga ebatäpne.

Kuidas 1K ja 1N4148 töötavad

Kuid 1K / 1N4148 võrgu lisamine muudab vooluahela koheselt ülitäpseks pika kestusega taimeriks järgmistel põhjustel.

Ühendused 1K ja 1N4148 tagavad, et iga kord, kui transistorid kondensaatori ebapiisava laengu tõttu riivi lõhuvad, sunnitakse kondensaatori sees olev jääklaeng relee mähise kaudu ülaltoodud takisti / dioodi kaudu täielikult tühjenema.

Ülaltoodud funktsioon tagab, et kondensaator on järgmise tsükli jaoks täielikult tühjenenud ja tühi ning on seega võimeline nullist puhta alguse andma.

Ilma ülaltoodud funktsioonita ei saaks kondensaator täielikult tühjeneda ja jääklaeng tekitaks määratlemata alguspunkte, mis muudaksid protseduurid ebatäpseks ja ebajärjekindlaks.

Vooluahelat saaks veelgi täiendada, kasutades NPN-i Darlingtoni paari, mis võimaldab selle aluses kasutada palju suurema väärtusega takistoreid ja proportsionaalselt väikese väärtusega kondensaatoreid. Väiksema väärtusega kondensaatorid põhjustaksid väiksemaid lekkeid ja aitaksid pika kestusega loendamisperioodidel parandada ajastuse täpsust.

Kuidas arvutada soovitud pikkade viivituste komponendi väärtused:

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

Kus:

1. Uon kondensaatori pinge
2. Vson toitepinge
3. ton möödunud aeg toitepinge rakendamisest
4. RCon ajakonstant RC laadimisahelast

PCB disain

Pika kestuse taimer, kasutades op-amprit

Kõigi analoogtaimerite (monostabiilsete ahelate) puuduseks on see, et üsna pikkade ajaperioodide saavutamiseks peab RC ajakonstant olema vastavalt oluline.

See tähendab paratamatult takisti väärtusi, mis on suuremad kui 1 M, mis võib põhjustada ajavigu, mis on põhjustatud vooluahelas olevate hulkuvate lekketakistuste või oluliste elektrolüütkondensaatorite mõjul, mis võivad samuti tekitada nende lekkekindluse tõttu ajastamisprobleeme.

Eespool näidatud op amp taimeri ahel saavutab ajastamisperioodid kuni 100 korda rohkem aega kui tavaliste ahelate abil juurdepääsetav.

Selle saavutab see, vähendades kondensaatori laadimisvoolu läbi teguri 100, parandades järelikult laadimisaega drastiliselt, ilma et oleks vaja kõrge väärtusega laadimiskondensaatoreid. Vooluring töötab järgmiselt:

Start / reset nupule klõpsamisel tühjeneb C1 ja see põhjustab pinge järgijana konfigureeritud op amp IC1 väljundi nullvolti. Võrdleja IC2 inverteeriv sisend on vähendatud pingetasemel kui mitteinvertiseeriv sisend, mistõttu IC2 väljund liigub kõrgele.

Pinge R4 ümbruses on umbes 120 mV, mis tähendab, et C1 laeb R2 kaudu umbes 120 nA vooluga, mis on 100 korda väiksem kui see, mida oleks võimalik saavutada juhul, kui R2 oleks otse positiivsele toiteallikale ühendatud.

Ütlematagi selge, et kui C1 oleks laetud püsiva 120 mV kaudu, suudaks see pinge kiiresti saavutada ja laadimise lõpetada.

Kuid R4 alumine klemm, mis suunatakse tagasi IC1 väljundisse, tagab, et kui C1-pinge tõuseb, suureneb ka väljundpinge ja seega R2-le antud laadimispinge.

Kui väljundpinge tõuseb umbes 7,5 volti, ületab see pinge, millele R6 ja R7 viitavad IC2 mitteinverteerivas sisendis, ja IC2 väljund muutub madalaks.

Väike kogus R8 poolt pakutavat positiivset tagasisidet pärsib mis tahes müra, mis on IC1 väljundis, IC2 võimendatud, kui see liigub päästikpunktist, sest see tekitab tavaliselt valesid väljundimpulsse. Ajastuse pikkuse saab arvutada võrrandi abil:

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

See võib tunduda mõnevõrra keeruline, kuid näidatud osade numbritega saab ajaintervalli seada kuni 100 C1. Siin on C1 mikrofaradides, oletame, et kui C1 on valitud 1 µ, on väljundi intervall 100 sekundit.

Võrrandist on väga selge, et ajastusintervalli on võimalik lineaarselt muuta, asendades R2 1 M potentsiomeetriga, või logaritmiliselt, kasutades R6 ja R7 asemel 10 k poti.