2 Bästa långvariga timerkretsar förklarade

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





I det här inlägget lär vi oss att skapa två exakta långvariga timerkretsar från 4 timmar till 40 timmar, som kan uppgraderas ytterligare för att få ännu längre förseningar. Begreppen är helt justerbar .

En timer i elektronik är väsentligen en anordning som används för att producera tidsfördröjningsintervall för att koppla en ansluten belastning. Tidsfördröjningen ställs in externt av användaren enligt kravet.



Introduktion

Kom ihåg att du aldrig kan producera långa exakta förseningar med endast en enda 4060 IC eller någon CMOS IC.

Jag har praktiskt taget bekräftat att IC 4060 efter 4 timmar avviker från dess noggrannhetsområde.



IC 555 som en fördröjningstimer är ännu värre, det är nästan omöjligt att få exakta förseningar även i en timme från denna IC.

Denna felaktighet beror främst på kondensatorns läckström och ineffektiv urladdning av kondensatorn.

IC som 4060, IC 555, etc. genererar i princip svängningar som är justerbara från några Hz till många Hz.

Om inte dessa IC är integrerade med en annan avdelningsräknare som t.ex. IC 4017 , att få mycket höga exakta tidsintervall kanske inte är genomförbart. För att få 24 timmar, eller till och med dagar och vecka intervall kommer du att integrera ett avdelnings- / motsteg enligt nedan.

I den första kretsen ser vi hur två olika lägen för IC kan kopplas ihop för att bilda en effektiv långvarig tidkrets.

1) Kretsbeskrivning

Med hänvisning till kretsschemat.

  1. IC1 är en oscillatorräknare IC som består av ett inbyggt oscillatorsteg och genererar klockpulser med varierande perioder över dess stift 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
  2. Utgången från stift 3 ger det längsta tidsintervallet och därför väljer vi denna utgång för matning av nästa steg.
  3. Potten P1 och kondensatorn C1 på IC1 kan användas för att justera tidsperioden vid stift 3.
  4. Ju högre inställning av ovanstående komponenter är desto längre är perioden vid stift # 3.
  5. Nästa steg består av decennieräknare IC 4017 som inte gör annat än att öka det tidsintervall som erhålls från IC1 till tio gånger. Det betyder att om tidsintervallet som genereras av IC1s-stift nr 3 är 10 timmar, skulle tiden som genereras vid stift nr 11 av IC2 vara 10 * 10 = 100 timmar.
  6. På samma sätt om tiden som genereras vid stift nr 3 i IC1 är 6 minuter, skulle det innebära en hög effekt från stift nr 11 i IC1 efter 60 minuter eller 1 timme.
  7. När strömmen slås PÅ ser kondensatorn C2 till att återställningsstiften för båda IC: erna återställs på lämpligt sätt, så att IC: n börjar räkna från noll snarare än från någon irrelevant mellanliggande siffra.
  8. Så länge räkningen fortskrider förblir stift nr 11 i IC2 på logisk låg, så att reläföraren hålls avstängd.
  9. Efter att den inställda tidsinställningen har upphört går stift nr 11 på IC2 högt och aktiverar transistor / relästeget och den efterföljande belastningen kopplad till reläkontakterna.
  10. Dioden Dl säkerställer att utsignalen från stift nr 11 i IC2 låser räkningen av IC1 genom att tillhandahålla en återkopplingslåssignal vid dess stift # 11.
    Således låses hela timern tills timern stängs av och startas om igen för att upprepa hela processen.
långvarig timer med IC 4060 och IC 4017

Dellista

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

PCB-layout

Långvarig timer PCB-layout

Formel för beräkning av fördröjningsutgång för IC 4060

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

Frekvens = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Lägga till väljarknapp och lysdioder

Ovanstående design kan förbättras ytterligare med en omkopplare och sekventiella lysdioder, vilket anges i följande diagram:

Hur det fungerar

Huvudelementet i timingkretsen är en 4060 CMOS-enhet, som består av en oscillator tillsammans med en 14-stegsdelare.

Frekvensen för oscillatorn kan justeras genom potentiometer P1 så att utgången vid Q13 är omkring en enda puls varje timme.

Perioden för detta klockslag kan vara extremt snabb (cirka 100 ns), eftersom det dessutom återställer hela 4060 IC genom dioden D8.

Klockpulsen 'en gång i timmen' ges till den andra (dividera med tio) räknaren, 4017 IC. En av flera utgångar från denna räknare kommer att vara logisk hög (logisk en) vid varje givet ögonblick.

När 4017 återställs blir utgång Q0 hög. Direkt efter en timme kommer utgång Q0 att bli låg och utgång Q1 kan bli hög, etc. Omkopplare S1 gör att användaren kan välja ett tidsintervall på en till sex timmar.

När den valda utgången blir hög stängs transistorn av och reläet stängs av (vilket stänger av den anslutna belastningen).

När väl aktiveringsingången för 4017 dessutom är ansluten till torkaren på S1, visar sig alla efterföljande klockpulser inte ha någon inverkan på räknaren. Enheten kommer följaktligen att fortsätta att vara i avstängt tillstånd tills återställningsomkopplaren trycks av användaren.

4050 CMOS-buffert-IC tillsammans med de 7 lysdioderna är införlivade för att ge en indikation på hur många timmar som i huvudsak kan ha gått. Dessa delar kan uppenbarligen tas bort om det inte behövs någon tidsfördröjning.

Källspänningen för denna krets är inte riktigt avgörande och kan täcka allt från 5 och 15 V. Strömkretsens nuvarande användning, exklusive reläet, ligger inom området 15 mA.

Det är tillrådligt att välja en källspänning som kan matcha specifikationerna för reläet för att säkerställa att eventuella problem undviks. BC 557-transistorn kan hantera en ström på 70 mA, så se till att reläspolens spänning är märkt med detta strömområde

2) Använd endast BJT

Nästa design förklarar en timerkrets med mycket lång varaktighet som endast använder ett par transistorer för de avsedda operationerna.

Timerkretsar med lång varaktighet involverar normalt IC: er för bearbetning eftersom körning av långvariga fördröjningar kräver hög precision och noggrannhet, vilket endast är möjligt med användning av IC.

Uppnå höga noggrannhetsfördröjningar

Även vår egen IC 555 blir hjälplös och felaktig när långvariga förseningar förväntas från den.

Den påträffade svårighet att upprätthålla hög noggrannhet med lång varaktighet är i princip läckagespänningsfrågan och inkonsekvent urladdning av kondensatorerna vilket leder till fel starttrösklar för timern som ger fel i tidpunkten för varje cykel.

Läckage och inkonsekventa urladdningsproblem blir proportionellt större när kondensatorvärdena blir större vilket blir absolut nödvändigt för att uppnå långa intervaller.

Därför kan det vara nästan omöjligt att göra timers med vanliga BJT-apparater med lång varaktighet eftersom dessa enheter ensamma kan vara för grundläggande och inte kan förväntas för sådana komplexa implementeringar.


Så hur kan en transistorkrets producera långa exakta tidsintervaller?

Följande transistorkrets hanterar de ovan diskuterade problemen på ett trovärdigt sätt och kan användas för att erhålla långvarig timing med ganska hög noggrannhet (+/- 2%).

Det är helt enkelt på grund av effektiv urladdning av kondensatorn vid varje ny cykel, detta säkerställer att kretsen börjar från noll och möjliggör exakt identiska tidsperioder för det valda RC-nätverket.

Kretsschema

långvarig timer-krets med endast transistorer

Kretsen kan förstås med hjälp av följande diskussion:

Hur det fungerar

Ett kort tryck på tryckknappen laddar 1000uF-kondensatorn helt och utlöser NPN BC547-transistorn, vilket upprätthåller positionen även efter att omkopplaren släppts på grund av den långsamma urladdningen av 1000uF via 2M2-motståndet och sändaren till NPN.

Utlösning av BC547 slår också PÅ PNP BC557 som i sin tur slår PÅ reläet och den anslutna belastningen.

Ovanstående situation gäller så länge som 1000uF inte släpps ut under avskärningsnivåerna för de två transistorerna.

Ovan diskuterade operationer är ganska grundläggande och gör en vanlig timerkonfiguration som kan vara för felaktig med dess prestanda.

Hur 1K och 1N4148 fungerar

Tillägget av 1K / 1N4148-nätverket förvandlar dock omedelbart kretsen till en enormt exakt långvarig timer av följande skäl.

1K- och 1N4148-länken säkerställer att varje gång transistorerna bryter spärren på grund av otillräcklig laddning i kondensatorn, tvingas den återstående laddningen inuti kondensatorn att urladdas helt genom ovanstående motstånd / diodlänk via reläspolen.

Ovanstående funktion säkerställer att kondensatorn är helt tömd och tom för nästa cykel och därmed kan ge en ren start från noll.

Utan ovanstående funktion skulle kondensatorn inte kunna urladdas helt och den återstående laddningen inuti skulle inducera odefinierade startpunkter som gör procedurerna felaktiga och inkonsekventa.

Kretsen kan förbättras ytterligare genom att använda ett Darlington-par för NPN som möjliggör användning av motstånd med mycket högre värde vid dess bas och kondensatorer med lågt värde. Kondensatorer med lägre värde skulle ge lägre läckage och hjälpa till att förbättra tidsnoggrannheten under de långa räkningsperioderna.

Hur man beräknar komponentvärdena för önskade långa förseningar:

Vc = Vs (1 - e-t / RC)

Var:

  1. Uär spänningen över kondensatorn
  2. Motär matningsspänningen
  3. tär den förflutna tiden sedan appliceringen av matningsspänningen
  4. RCär Tidskonstant av RC-laddningskretsen

PCB-design

långvarig timer PCB med transistorer

Långtidstimer med Op-förstärkare

Nackdelen med alla analoga tidtagare (monostabila kretsar) är att RC-tidskonstanten måste vara motsvarande väsentlig i ett försök att uppnå ganska långa tidsperioder.

Detta innebär oundvikligen motståndsvärden som är större än 1 M, vilket kan resultera i tidsfel orsakade av strö läckagemotstånd i kretsen, eller väsentliga elektrolytkondensatorer, som på liknande sätt kan skapa tidsproblem på grund av deras läckagemotstånd.

Op amp-timer-kretsen som visas ovan åstadkommer tidsperioder så mycket som 100 gånger mer tid jämfört med de som är tillgängliga med vanliga kretsar.

Det uppnår detta genom att sänka kondensatorns laddningsström med en faktor 100 och därmed förbättra laddningstiden drastiskt utan att kräva laddningskondensatorer med högt värde. Kretsen fungerar på följande sätt:

När man klickar på start / återställningsknappen urladdas C1 och detta gör att utgången från op amp IC1, som är konfigurerad som en spänningsföljare, blir noll volt. Den inverterande ingången hos komparatorn IC2 har en reducerad spänningsnivå än den icke-inverterande ingången, varför utsignalen från IC2 rör sig högt.

Spänningen runt R4 är cirka 120 mV, vilket innebär att C1 laddas via R2 med en ström på cirka 120 nA, vilket uppskattas vara 100 gånger mindre än vad som kunde uppnås om R2 hade kopplats direkt till positiv matning.

Det behöver inte sägas att om C1 hade laddats genom en konsekvent 120 mV kunde den snabbt uppnå denna spänning och sluta ladda ytterligare.

Emellertid säkerställer den nedre terminalen på R4 som matas tillbaka till utsignalen från IC1 att när spänningen över C1 går upp så gör utspänningen och därmed laddningsspänningen som ges till R2.

När utspänningen klättrar till cirka 7,5 volt överträffar den spänningen som hänvisas till vid den icke-inverterande ingången till IC2 med R6 och R7, och utsignalen från IC2 blir låg.

En liten mängd positiv återkoppling som tillhandahålls av R8 förhindrar att någon form av brus som finns på utsignalen från IC1 blir förstärkt av IC2 när den rör sig från utlösarpunkten, eftersom detta normalt ger falska utgångspulser. Tidslängden kan beräknas med ekvationen:

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

Detta kan verka något komplicerat, men med angivna artikelnummer kan tidsintervallet ställas in så länge som 100 C1. Här är C1 i mikrofarader, låt oss säga att om C1 är valt som 1 µ kommer utgångstidsintervallet att vara 100 sekunder.

Det är mycket tydligt från ekvationen att det är möjligt att variera tidsintervallet linjärt genom att ersätta R2 med en 1 M potentiometer, eller logaritmiskt genom att använda en 10 k pott i stället för R6 och R7.




Tidigare: Lägg till den här korta skyddskretsen till din strömförsörjning Nästa: Astabel multivibratorkrets med NAND-grindar