2 beste timercircuits met lange duur uitgelegd

In dit bericht leren we hoe we 2 nauwkeurige timercircuits met een lange duur kunnen maken, variërend van 4 uur tot 40 uur, die verder kunnen worden opgewaardeerd om nog langere vertragingen te krijgen. De concepten zijn volledig instelbaar ​

Een timer in elektronica is in wezen een apparaat dat wordt gebruikt voor het produceren van tijdsvertragingen voor het schakelen van een aangesloten belasting. De tijdvertraging wordt extern door de gebruiker ingesteld volgens de vereisten.

Invoering

Onthoud dat u nooit lange nauwkeurige vertragingen kunt produceren met slechts één 4060 IC of een CMOS IC.

Ik heb praktisch bevestigd dat IC 4060 na 4 uur begint af te wijken van zijn nauwkeurigheidsbereik.

IC 555 als een vertragingstimer is nog erger, het is bijna onmogelijk om zelfs voor een uur nauwkeurige vertragingen van dit IC te krijgen.

Deze onnauwkeurigheid is voornamelijk te wijten aan de lekstroom van de condensator en inefficiënte ontlading van de condensator.

IC's zoals 4060, IC 555, enz. Genereren in feite oscillaties die regelbaar zijn van enkele Hz tot vele Hz.

Tenzij deze IC's zijn geïntegreerd met een ander tellerapparaat zoals IC 4017 , is het wellicht niet haalbaar om zeer hoge nauwkeurige tijdsintervallen te krijgen. Voor 24 uur, of zelfs dagen en week intervallen zul je een verdeler / teller-trap hebben zoals hieronder getoond.

In het eerste circuit zien we hoe twee verschillende modi van IC's met elkaar kunnen worden gekoppeld om een ​​effectief timercircuit met een lange duur te vormen.

1) Circuitbeschrijving

Verwijzend naar het schakelschema.

1. IC1 is een oscillatorteller-IC bestaande uit een ingebouwde oscillatortrap en genereert klokpulsen met variërende perioden over zijn pinnen 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. De output van pin 3 geeft het langste tijdsinterval en daarom selecteren we deze output voor het voeden van de volgende trap.
3. De pot P1 en de condensator C1 van IC1 kunnen worden gebruikt om de tijdspanne op pin 3 aan te passen.
4. Hoe hoger de instelling van de bovenstaande componenten, hoe langer de periode op pin # 3.
5. De volgende fase bestaat uit decadenteller IC 4017 die niets anders doet dan het tijdsinterval verkregen van IC1 tot tien keer zo groot maken. Het betekent dat als het tijdsinterval gegenereerd door IC1s pin # 3 10 uur is, de tijd gegenereerd op pin # 11 van IC2 10 * 10 = 100 uur zou zijn.
6. Evenzo als de tijd die wordt gegenereerd op pin # 3 van IC1 6 minuten is, zou dit een hoge output van pin # 11 van IC1 betekenen na 60 minuten of 1 uur.
7. Als de stroom is ingeschakeld, zorgt condensator C2 ervoor dat de resetpennen van beide IC's op de juiste manier worden gereset, zodat de IC's beginnen te tellen vanaf nul in plaats van vanaf een of ander irrelevant tussenliggend cijfer.
8. Zolang het tellen vordert, blijft pin # 11 van IC2 logisch laag, zodat de relaisbesturing UIT geschakeld wordt gehouden.
9. Nadat de ingestelde timing is verstreken, gaat pin # 11 van IC2 hoog en activeert de transistor / relaistrap en de daaropvolgende belasting die is verbonden met de relaiscontacten.
10. De diode D1 zorgt ervoor dat de output van pin # 11 van IC2 de telling van IC1 vergrendelt door een feedbackvergrendelingssignaal te leveren op pin # 11.
    Dus de hele timer wordt vergrendeld totdat de timer wordt uitgeschakeld en opnieuw wordt gestart om het hele proces te herhalen.

Onderdelen lijst

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

PCB-indeling

Formule voor het berekenen van vertragingsuitvoer voor IC 4060

Vertragingsperiode = 2.2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frequentie = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Keuzeschakelaar en LED's toevoegen

Het bovenstaande ontwerp kan verder worden verbeterd met een keuzeschakelaar en sequentiële LED's, zoals aangegeven in het volgende diagram:

Hoe het werkt

Het belangrijkste element van het timingcircuit is een 4060 CMOS-apparaat, dat bestaat uit een oscillator en een 14-traps verdeler.

De frequentie van de oscillator kan worden aangepast via potentiometer P1, zodat de output bij Q13 elk uur rond een enkele puls is.

De periode van deze klokslag zou extreem snel kunnen zijn (ongeveer 100 ns), omdat het bovendien de hele 4060 IC reset via diode D8.

De klokpuls 'een keer per uur' wordt gegeven aan de 2e (deel-door-tien) teller, het 4017 IC. Een van de verschillende uitgangen van deze teller zal op elk moment logisch hoog zijn (logische één).

Wanneer de 4017 wordt gereset, wordt uitgang Q0 hoog. Meteen na een uur wordt uitgang Q0 laag en uitgang Q1 kan hoog worden, enz. Met schakelaar S1 kan de gebruiker een tijdsinterval van een tot zes uur kiezen.

Wanneer de gekozen output hoog wordt, wordt de transistor uitgeschakeld en wordt het relais uitgeschakeld (dus de aangesloten belasting wordt uitgeschakeld).

Zodra de activeringsingang van de 4017 bovendien is bevestigd aan de wisser van S1, blijken eventuele volgende klokpulsen geen invloed te hebben op de teller. Het apparaat zal dientengevolge in de UIT-toestand blijven totdat de reset-schakelaar door de gebruiker wordt ingedrukt.

De 4050 CMOS-buffer-IC en de 7 LED's zijn ingebouwd om een ​​indicatie te geven van het aantal uren dat mogelijk is verstreken. Deze onderdelen kunnen uiteraard worden verwijderd voor het geval een verstreken tijdweergave niet nodig is.

De bronspanning voor dit circuit is niet echt cruciaal en kan van alles tussen 5 en 15 V zijn. Het huidige gebruik van het circuit, met uitzondering van het relais, ligt in het bereik van 15 mA.

Het is raadzaam om een ​​bronspanning te kiezen die mogelijk overeenkomt met de specificaties van het relais, om ervoor te zorgen dat eventuele problemen worden vermeden. De BC 557 transistor kan een stroom van 70 mA aan, dus zorg ervoor dat de spanning van de relaisspoel binnen dit stroombereik valt

2) Alleen BJT's gebruiken

Het volgende ontwerp legt een timer-schakeling met een zeer lange duur uit die slechts een paar transistors gebruikt voor de beoogde bewerkingen.

Langdurige timercircuits omvatten normaal gesproken IC's voor de verwerking, omdat het uitvoeren van langdurige vertragingen een hoge precisie en nauwkeurigheid vereist, wat alleen mogelijk is met behulp van IC's.

Vertragingen met hoge nauwkeurigheid bereiken

Zelfs onze eigen IC 555 wordt hulpeloos en onnauwkeurig wanneer er langdurige vertragingen van worden verwacht.

De aangetroffen moeilijkheid om hoge nauwkeurigheid te behouden met lang looptijd is in feite het probleem van de lekspanning en de inconsistente ontlading van de condensatoren, wat leidt tot verkeerde startdrempels voor de timer, waardoor fouten in de timing van elke cyclus ontstaan.

De lekkages en inconsistente ontladingsproblemen worden proportioneel groter naarmate de condensatorwaarden groter worden, wat noodzakelijk wordt voor het verkrijgen van lange intervallen.

Daarom kan het maken van timers met een lange duur met gewone BJT's bijna onmogelijk zijn, omdat deze apparaten alleen te basaal kunnen zijn en niet kunnen worden verwacht voor dergelijke complexe implementaties.

Dus hoe kan een transistorcircuit lange, nauwkeurige tijdsintervallen produceren?

Het volgende transistorcircuit behandelt de hierboven besproken problemen op geloofwaardige wijze en kan worden gebruikt voor het verkrijgen van langdurige timing met een redelijk hoge nauwkeurigheid (+/- 2%).

Het is simpelweg te danken aan een effectieve ontlading van de condensator bij elke nieuwe cyclus, dit zorgt ervoor dat het circuit vanaf nul begint en maakt nauwkeurige identieke tijdsperioden mogelijk voor het geselecteerde RC-netwerk.

Schakelschema

Het circuit kan worden begrepen met behulp van de volgende discussie:

Hoe het werkt

Een korte druk op de drukknop laadt de condensator van 1000uF volledig op en activeert de NPN BC547-transistor, waardoor de positie behouden blijft, zelfs nadat de schakelaar is losgelaten vanwege de langzame ontlading van de 1000uF via de 2M2-weerstand en de emitter van de NPN.

Triggering van de BC547 schakelt ook de PNP BC557 in, die op zijn beurt het relais en de aangesloten belasting INschakelt.

De bovenstaande situatie houdt aan zolang de 1000uF niet wordt ontladen onder de afsnijniveaus van de twee transistors.

De hierboven besproken bewerkingen zijn vrij eenvoudig en vormen een gewone timerconfiguratie die mogelijk te onnauwkeurig is met zijn prestaties.

Hoe de 1K en 1N4148 werken

De toevoeging van het 1K / 1N4148-netwerk verandert het circuit echter onmiddellijk in een enorm nauwkeurige timer met een lange duur om de volgende redenen.

De 1K en de 1N4148 link zorgen ervoor dat elke keer dat de transistors de grendel verbreken vanwege onvoldoende lading in de condensator, de restlading in de condensator gedwongen wordt om volledig te ontladen via de bovenstaande weerstand / diode link via de relaisspoel.

De bovenstaande functie zorgt ervoor dat de condensator volledig wordt afgetapt en leeg is voor de volgende cyclus en dus een schone start vanaf nul kan produceren.

Zonder het bovenstaande kenmerk zou de condensator niet volledig kunnen ontladen en zou de resterende lading binnenin ongedefinieerde startpunten veroorzaken, waardoor de procedures onnauwkeurig en inconsistent zouden zijn.

Het circuit zou nog verder kunnen worden verbeterd door een Darlington-paar voor de NPN te gebruiken, waardoor het gebruik van veel hogere weerstanden aan de basis en proportioneel lage condensatoren mogelijk is. Condensatoren met een lagere waarde zouden lagere lekken produceren en helpen om de timingnauwkeurigheid tijdens de lange telperioden te verbeteren.

Hoe de componentwaarden voor de gewenste lange vertragingen te berekenen:

Vc = Vs (1 - e^{-t / RC}​

Waar:

1. Uis de spanning over de condensator
2. Vsis de voedingsspanning
3. tis de verstreken tijd sinds het aanleggen van de voedingsspanning
4. RCis de tijdconstante van het RC-laadcircuit

PCB-ontwerp

Lange duur-timer met opamps

Het nadeel van alle analoge timers (monostabiele schakelingen) is dat, om redelijk lange tijdsperioden te bereiken, de RC-tijdconstante navenant substantieel moet zijn.

Dit impliceert onvermijdelijk weerstandswaarden van meer dan 1 M, die kunnen resulteren in timingfouten die worden veroorzaakt door lekweerstand in het circuit of aanzienlijke elektrolytische condensatoren, die op dezelfde manier timingproblemen kunnen veroorzaken vanwege hun lekweerstand.

Het hierboven getoonde opamp-timercircuit bereikt timingperioden maar liefst 100 keer meer tijd in vergelijking met degene die toegankelijk zijn via reguliere circuits.

Dit wordt bereikt door de laadstroom van de condensator met een factor 100 te verlagen, waardoor de laadtijd drastisch wordt verbeterd, zonder dat hiervoor hoogwaardige laadcondensatoren nodig zijn. Het circuit werkt op de volgende manier:

Wanneer op de start / reset-knop wordt geklikt, wordt C1 ontladen en dit zorgt ervoor dat de uitgang van opamp IC1, die is geconfigureerd als een spanningsvolger, nul volt wordt. De inverterende ingang van comparator IC2 heeft een lager spanningsniveau dan de niet-inverterende ingang, dus de uitgang van IC2 beweegt hoog.

De spanning rond R4 is ongeveer 120 mV, wat betekent dat C1 via R2 oplaadt met een stroom van ongeveer 120 nA, wat ongeveer 100 keer minder is dan wat zou kunnen worden bereikt als R2 rechtstreeks op positieve voeding was aangesloten.

Onnodig te zeggen dat als C1 was opgeladen via een constante 120 mV, deze deze spanning snel zou kunnen bereiken en het opladen verder zou stoppen.

De onderste aansluiting van R4 die wordt teruggevoerd naar de uitgang van IC1 zorgt er echter voor dat naarmate de spanning over C1 stijgt, de uitgangsspanning en dus de laadspanning die aan R2 wordt gegeven ook stijgt.

Zodra de uitgangsspanning stijgt tot ongeveer 7,5 volt, overtreft deze de spanning die wordt gerefereerd aan de niet-inverterende ingang van IC2 door R6 en R7, en wordt de uitgang van IC2 laag.

Een kleine hoeveelheid positieve feedback die door R8 wordt geleverd, verhindert dat elke vorm van ruis die op de uitgang van IC1 aanwezig is, wordt versterkt door IC2 wanneer deze van het triggerpunt beweegt, omdat dit normaal gesproken valse uitgangspulsen produceert. De timinglengte kan worden berekend met de vergelijking:

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

Dit lijkt misschien wat ingewikkeld, maar met de aangegeven onderdeelnummers kan het tijdsinterval worden ingesteld op 100 C1. Hier is C1 in microfarads, laten we zeggen dat als C1 is geselecteerd als 1 µ, het output-tijdsinterval 100 seconden zal zijn.

Uit de vergelijking blijkt heel duidelijk dat het mogelijk is om het timinginterval lineair te variëren door R2 te vervangen door een 1 M potentiometer, of logaritmisch door een 10 k pot te gebruiken in plaats van R6 en R7.