De 2 bedste timekredsløb med lang varighed forklaret

I dette indlæg lærer vi, hvordan man laver 2 nøjagtige langvarige timer-kredsløb, der spænder fra 4 timer til 40 timer, som kan opgraderes yderligere for at få endnu længere forsinkelser. Begreberne er fuldt justerbar .

En timer i elektronik er i det væsentlige en enhed, der bruges til at producere tidsforsinkelsesintervaller til at skifte en tilsluttet belastning. Tidsforsinkelsen indstilles eksternt af brugeren i henhold til kravet.

Introduktion

Husk, at du aldrig kan producere lange nøjagtige forsinkelser ved kun at bruge en enkelt 4060 IC eller en hvilken som helst CMOS IC.

Jeg har praktisk taget bekræftet, at ud over 4 timer begynder IC 4060 at afvige fra dets nøjagtighedsområde.

IC 555 som en forsinkelsestimer er endnu værre, det er næsten umuligt at få nøjagtige forsinkelser, selv i en time fra denne IC.

Denne unøjagtighed skyldes for det meste kondensatorlækstrøm og ineffektiv afladning af kondensatoren.

IC'er som 4060, IC 555 osv. Genererer dybest set svingninger, der kan justeres lige fra nogle få Hz til mange Hz.

Medmindre disse IC er integreret med en anden skilletæller, f.eks IC 4017 , at få meget høje nøjagtige tidsintervaller er muligvis ikke mulig. For at få 24 timer eller endda dage og uge intervaller vil du have integrere et skille- / tællertrin som vist nedenfor.

I det første kredsløb ser vi, hvordan to forskellige IC-tilstande kan kobles sammen for at danne et effektivt timer-kredsløb med lang varighed.

1) Kredsløbsbeskrivelse

Henvis til kredsløbsdiagrammet.

1. IC1 er en oscillatortæller IC, der består af et indbygget oscillatortrin og genererer urimpulser med varierende perioder over dets ben 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Outputtet fra pin 3 producerer det længste tidsinterval, og derfor vælger vi dette output til fødning af næste trin.
3. Potten P1 og kondensatoren C1 i IC1 kan bruges til at justere tidsrummet ved det pin 3.
4. Jo højere indstillingen af ​​ovenstående komponenter er, jo længere er perioden ved pin # 3.
5. Den næste fase består af årtæller IC 4017, som ikke gør andet end at øge tidsintervallet opnået fra IC1 til ti fold. Det betyder, at hvis tidsintervallet genereret af IC1s pin nr. 3 er 10 timer, vil tiden genereret ved pin nr. 11 i IC2 være 10 * 10 = 100 timer.
6. Tilsvarende hvis tiden genereret ved pin nr. 3 i IC1 er 6 minutter, ville det betyde en høj output fra pin nr. 11 i IC1 efter 60 minutter eller 1 time.
7. Når strømmen er tændt, sørger kondensatoren C2 for, at begge IC'ers nulstillingsstifter nulstilles korrekt, så IC'erne begynder at tælle fra nul i stedet for fra en irrelevant mellemliggende figur.
8. Så længe tællingen skrider frem, forbliver pin nr. 11 i IC2 ved logisk lav, således at relædriveren holdes slået fra.
9. Efter den indstillede timing bortfalder, går pin nr. 11 på IC2 højt, hvilket aktiverer transistor / relæstrinet og den efterfølgende belastning forbundet med relækontakterne.
10. Dioden D1 sikrer, at output fra pin nr. 11 i IC2 låser tællingen af ​​IC1 ved at tilvejebringe et tilbagekoblingslåsesignal ved sin pin # 11.
    Således låses hele timeren, indtil timeren slukkes og genstartes igen for at gentage hele processen.

Liste over dele

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

Printkortlayout

Formel til beregning af forsinkelsesoutput til IC 4060

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

Frekvens = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10(P1+R2)

Tilføjelse af vælgerkontakt og lysdioder

Ovenstående design kan forbedres yderligere med en vælgerkontakt og sekventielle lysdioder, som angivet i følgende diagram:

Hvordan det virker

Hovedelementet i timing-kredsløbet er en 4060 CMOS-enhed, der består af en oscillator sammen med en 14-trinsdeler.

Frekvensen af ​​oscillatoren kunne finjusteres gennem potentiometer P1, således at udgangen ved Q13 er omkring en enkelt puls hver time.

Perioden for dette urslag kunne være ekstremt hurtig (ca. 100 ns), da den derudover nulstiller hele 4060 IC ved hjælp af diode D8.

Clockimpulsen 'en gang hver time' gives til 2. tæller (divider med ti), 4017 IC. En af flere udgange af denne tæller vil være logisk høj (logisk en) på et givet øjeblik.

Når 4017 nulstilles, går output Q0 højt. Lige efter en time bliver output Q0 lavt og output Q1 kan blive højt osv. Switch S1 giver som et resultat brugeren mulighed for at vælge et tidsinterval gennem en til seks timer.

Når den valgte udgang bliver høj, slukkes transistoren, og relæet slukkes (hvorved den tilsluttede belastning slukkes).

Når aktiveringsindgangen på 4017 desuden er knyttet til viskeren på S1, viser det sig, at efterfølgende urimpulser ikke har nogen indvirkning på tælleren. Enheden vil derfor fortsætte med at være i slukket tilstand, indtil nulstillingskontakten preses af brugeren.

4050 CMOS buffer IC sammen med de 7 lysdioder er indbygget for at give en indikation af det interval af timer, der i det væsentlige kan være forløbet. Disse dele kunne naturligvis fjernes, hvis der ikke er behov for en visning med forløbet tid.

Kildespændingen for dette kredsløb er ikke rigtig afgørende og kan dække alt fra 5 og 15 V.Den nuværende brug af kredsløbet ekskl. Relæet vil være i området 15 mA.

Det tilrådes at vælge en kildespænding, der muligvis svarer til relæets specifikationer, for at sikre, at eventuelle problemer undgås. BC 557 transistoren kan håndtere en strøm på 70 mA, så sørg for, at relæspolespændingen er klassificeret inden for dette strømområde

2) Brug kun BJT'er

Det næste design forklarer et meget langvarigt timer-kredsløb, der kun bruger et par transistorer til de tilsigtede operationer.

Langvarige timer-kredsløb involverer normalt IC'er til behandlingen, fordi udførelse af forsinkelser med lang varighed kræver høj præcision og nøjagtighed, som kun er mulig ved anvendelse af IC'er.

Opnå forsinkelser med høj nøjagtighed

Selv vores helt egen IC 555 bliver hjælpeløs og unøjagtig, når der forventes langvarige forsinkelser fra den.

Den stødte vanskeligheder med at opretholde høj nøjagtighed med lang varighed er dybest set problemet med lækagespænding og den inkonsekvente afladning af kondensatorerne, hvilket fører til forkerte starttærskler for timeren, hvilket giver fejl i timingen for hver cyklus.

Lækage og inkonsekvente udladningsproblemer bliver forholdsmæssigt større, da kondensatorværdierne bliver større, hvilket bliver bydende nødvendigt for at opnå lange intervaller.

Derfor kan det være næsten umuligt at lave timere med almindelige BJT'er med lang varighed, da disse enheder alene kunne være for grundlæggende og ikke kan forventes til så komplekse implementeringer.

Så hvordan kan et transistorkredsløb producere lange nøjagtige varighedstidsintervaller?

Følgende transistorkredsløb håndterer de ovennævnte diskuterede spørgsmål på troværdigt og kan bruges til at opnå langvarig timing med rimelig høj nøjagtighed (+/- 2%).

Det skyldes simpelthen effektiv afladning af kondensatoren på hver nye cyklus, dette sikrer, at kredsløbet begynder fra nul og muliggør nøjagtige identiske tidsperioder for det valgte RC-netværk.

Kredsløbsdiagram

Kredsløbet kan forstås ved hjælp af følgende diskussion:

Hvordan det virker

Et øjeblikkeligt tryk på trykknappen oplader 1000uF kondensator fuldt ud og udløser NPN BC547 transistoren, hvilket opretholder positionen, selv efter at kontakten frigøres på grund af den langsomme afladning af 1000uF via 2M2 modstanden og emitteren af ​​NPN.

Aktivering af BC547 tænder også PNP BC557, som igen tænder relæet og den tilsluttede belastning.

Ovenstående situation holder, så længe 1000uF ikke aflades under afskæringsniveauerne for de to transistorer.

Ovenstående diskuterede operationer er ret grundlæggende og udgør en almindelig timer-konfiguration, som kan være for unøjagtig med dens ydeevne.

Sådan fungerer 1K og 1N4148

Tilsætningen af ​​1K / 1N4148-netværket forvandler dog straks kredsløbet til en meget nøjagtig langvarig timer af følgende årsager.

1K- og 1N4148-forbindelsen sikrer, at hver gang transistorer bryder låsen på grund af utilstrækkelig opladning i kondensatoren, tvinges den resterende opladning inde i kondensatoren til at aflade fuldstændigt gennem ovenstående modstand / diodeforbindelse via relæspolen.

Ovenstående funktion sørger for, at kondensatoren er helt drænet og tom for den næste cyklus og dermed er i stand til at producere en ren start fra nul.

Uden ovenstående funktion ville kondensatoren ikke kunne aflades fuldstændigt, og den resterende opladning inde ville inducere udefinerede startpunkter, hvilket gør procedurerne unøjagtige og inkonsekvente.

Kredsløbet kunne forbedres yderligere ved at bruge et Darlington-par til NPN, der muliggør brug af modstande med meget højere værdi ved basen og kondensatorer med en forholdsvis lav værdi. Kondensatorer med lavere værdi ville producere lavere lækager og bidrage til at forbedre timing-nøjagtigheden under tællingsperioderne med lang varighed.

Sådan beregnes komponentværdierne for de ønskede lange forsinkelser:

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

Hvor:

1. Uer spændingen over kondensatoren
2. Vser forsyningsspændingen
3. ter den forløbne tid siden anvendelsen af ​​forsyningsspændingen
4. RCer tidskonstant af RC-ladekredsen

PCB-design

Langvarig timer ved hjælp af op-forstærkere

Ulempen ved alle analoge timere (monostabile kredsløb) er, at RC-tidskonstanten skal være tilsvarende væsentlig i et forsøg på at opnå temmelig lange tidsperioder.

Dette indebærer uundgåeligt modstandsværdier større end 1 M, der kan resultere i timingfejl forårsaget af omstrejfende lækagemodstand i kredsløbet eller væsentlige elektrolytkondensatorer, der på samme måde kan skabe timingproblemer på grund af deres lækagemodstand.

Op-amp-timer-kredsløbet vist ovenfor udfører timingsperioder så meget som 100 gange mere tid sammenlignet med dem, der er tilgængelige ved hjælp af almindelige kredsløb.

Det opnås ved at sænke kondensatorens ladestrøm gennem en faktor 100, hvilket forbedrer opladningstiden drastisk uden at kræve opladningskondensatorer af høj værdi. Kredsløbet fungerer på følgende måde:

Når der trykkes på start / reset-knappen, aflades C1, og dette medfører, at output fra op-amp IC1, der er konfigureret som en spændingsfølger, bliver nul volt. Den inverterende indgang fra komparator IC2 er på et reduceret spændingsniveau end den ikke-inverterende indgang, hvorfor udgangen af ​​IC2 bevæger sig højt.

Spændingen omkring R4 er omkring 120 mV, hvilket betyder, at C1 oplades via R2 med en strøm på ca. 120 nA, hvilket synes at være 100 gange mindre end det, der kunne opnås, hvis R2 var knyttet direkte til positiv forsyning.

Det er overflødigt at sige, at hvis C1 var blevet ladet gennem en ensartet 120 mV, kunne den hurtigt opnå denne spænding og stoppe opladningen yderligere.

Imidlertid sikrer den nedre terminal på R4, der føres tilbage til udgangen af ​​IC1, at når spændingen over C1 stiger, udgangsspændingen og derfor ladningsspændingen til R2.

Når udgangsspændingen stiger til cirka 7,5 volt, overgår den spændingen, der er omtalt ved den ikke-inverterende indgang på IC2 med R6 og R7, og udgangen af ​​IC2 bliver lav.

En lille mængde positiv feedback leveret af R8 forhindrer enhver form for støj, der findes på udgangen af ​​IC1, fra at blive forstærket af IC2, når den bevæger sig fra triggerpunktet, fordi dette normalt producerer falske outputimpulser. Timinglængden kan beregnes ved hjælp af ligningen:

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

Dette kan forekomme noget komplekst, men med de angivne varenumre kan tidsintervallet indstilles så længe som 100 C1. Her er C1 i mikrofarader, lad os sige, at hvis C1 er valgt som 1 µ, vil outputintervallet være 100 sekunder.

Det er meget klart fra ligningen, at det er muligt at variere timingintervallet lineært ved at erstatte R2 med et 1 M potentiometer eller logaritmisk ved at bruge en 10 k pot i stedet for R6 og R7.