Pojasnjena 2 najboljša dolgoročna vezja časovnika

V tem prispevku se naučimo, kako narediti 2 natančna vezja časovnika s časovnim trajanjem od 4 ure do 40 ur, ki jih je mogoče še nadgraditi za še večje zamude. Koncepti so popolnoma nastavljiv .

Časovnik v elektroniki je v bistvu naprava, ki se uporablja za izdelavo časovnih zamikov za preklop priključene obremenitve. Časovni zamik nastavi uporabnik navzven v skladu z zahtevo.

Uvod

Ne pozabite, da nikoli ne morete povzročiti dolgih natančnih zamud z uporabo ene same IC 4060 ali katere koli CMOS IC.

Praktično sem potrdil, da IC 460 po 4 urah začne odstopati od območja natančnosti.

IC 555 kot časovnik zakasnitve je še slabši, skoraj nemogoče je dobiti natančne zamude niti za eno uro s tega IC.

Ta netočnost je predvsem posledica toka uhajanja kondenzatorja in neučinkovitega praznjenja kondenzatorja.

IC, kot so 4060, IC 555 itd., V bistvu ustvarjajo nihanja, ki so nastavljiva od nekaj Hz do mnogih Hz.

Razen če so ti IC integrirani z drugo delilno števčno napravo, kot je IC 4017 , pridobivanje zelo visokih natančnih časovnih intervalov morda ni izvedljivo. Za 24 urno ali celo dni in tedna intervale, ki jih boste morali vključiti stopnjo delilnika / števca, kot je prikazano spodaj.

V prvem vezju vidimo, kako je mogoče med seboj povezati dva različna načina IC, da se tvori učinkovito dolgotrajno vezje časovnika.

1) Opis vezja

Sklic na diagram vezja.

1. IC1 je števec oscilatorjev IC, ki je sestavljen iz vgrajenega oscilatorja in na svojih zatičih 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15 generira urne impulze z različnimi obdobji.
2. Izhod iz zatiča 3 ustvari najdaljši časovni interval, zato izberemo ta izhod za napajanje v naslednji fazi.
3. Lonec P1 in kondenzator C1 IC1 lahko uporabimo za nastavitev časovnega razpona na zatiču 3.
4. Višja kot je nastavitev zgornjih komponent, daljše je obdobje na zatiču # 3.
5. Naslednja stopnja je sestavljena iz desetletnega števca IC 4017, ki ne naredi nič drugega, kot da poveča časovni interval, pridobljen iz IC1, na deset krat. To pomeni, da če je časovni interval, ki ga generira IC1s pin # 3, 10 ur, bi bil čas, ustvarjen na pin # 11 IC2, 10 * 10 = 100 ur.
6. Podobno, če je čas, ustvarjen na zatiču # 3 IC1, 6 minut, bi to pomenilo velik izhod iz zatiča # 11 IC1 po 60 minutah ali 1 uri.
7. Ko je napajanje vklopljeno, kondenzator C2 poskrbi, da se ponastavitveni zatiči obeh IC ustrezno ponastavijo, tako da IC začnejo šteti od nič in ne od neke nepomembne vmesne številke.
8. Dokler štetje napreduje, zatič št. 11 IC2 ostane na logično nizki ravni, tako da je relejski gonilnik izklopljen.
9. Po izteku nastavljenega časovnega intervala se zatič št. 11 IC2 visoko aktivira, tako da aktivira stopnjo tranzistorja / releja in posledično obremenitev, povezano z relejskimi kontakti.
10. Dioda D1 zagotavlja, da izhod iz zatiča # 11 IC2 zaklene štetje IC1, tako da na svojem zatiču # 11 odda signal povratnega zapaha.
    Tako se celotni časovnik zaskoči, dokler se časovnik ne izklopi in znova zažene za ponovitev celotnega postopka.

Seznam delov

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

Postavitev PCB

Formula za izračun zakasnitve izhodne vrednosti za IC 4060

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

Frekvenca = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Dodajanje izbirnega stikala in LED

Zgornjo zasnovo bi lahko še izboljšali z izbirnim stikalom in zaporednimi LED, kot je prikazano na naslednjem diagramu:

Kako deluje

Glavni element časovnega vezja je naprava 4060 CMOS, ki je sestavljena iz oscilatorja skupaj s 14-stopenjskim delilnikom.

Frekvenco oscilatorja lahko nastavimo s potenciometrom P1, tako da je izhod pri Q13 vsako uro približno en sam impulz.

Obdobje tega utripa ure je lahko izjemno hitro (približno 100 ns), saj prek diode D8 ponastavi celotno 4060 IC.

Impulz ure 'enkrat na uro' dobi drugi števec (deli z deset), 4017 IC. Eden od več izhodov tega števca bo v danem trenutku logično visok (logični).

Ko se ponastavi 4017, izhod Q0 postane visok. Takoj po eni uri se izhod Q0 spremeni v nizek, izhod Q1 pa lahko postane visok itd. Stikalo S1 tako uporabniku omogoča, da izbere časovni interval med eno in šestimi urami.

Ko izbrani izhod postane visok, se tranzistor izklopi in rele se izklopi (s tem se izklopi priključena obremenitev).

Ko je vhod za omogočanje 4017 nadalje pritrjen na brisalnik S1, se izkaže, da vsi naslednji impulzi ure nimajo vpliva na števec. Naprava bo posledično še naprej v izklopljenem stanju, dokler uporabnik ne pritisne stikala za ponastavitev.

Vmesniški vmesnik IC 4050 CMOS skupaj s 7 LED-ji je vgrajen tako, da nudi prikaz ur, ki so morda pretekle. Te dele bi očitno lahko odstranili v primeru, da prikaz pretečenega časa ni potreben.

Napetost vira za to vezje v resnici ni ključna in bi lahko pokrivala karkoli od 5 in 15 V. Trenutna uporaba vezja, razen releja, bo v območju 15 mA.

Priporočljivo je izbrati napetost vira, ki se lahko ujema s specifikacijami releja, da se prepreči kakršna koli težava. Tranzistor BC 557 lahko prenaša tok 70 mA, zato se prepričajte, da je napetost relejske tuljave ocenjena s tem trenutnim območjem.

2) Uporaba samo BJT-jev

Naslednja zasnova razlaga zelo dolgotrajno časovno vezje, ki za predvidene operacije uporablja le nekaj tranzistorjev.

Dolgotrajna vezja časovnika običajno vključujejo IC za obdelavo, ker izvajanje dolgotrajnih zamud zahteva visoko natančnost in natančnost, kar je mogoče le z uporabo IC.

Doseganje zakasnitev z visoko natančnostjo

Tudi naš lastni IC 555 postane nemočen in netočen, ko se od njega pričakujejo dolgotrajne zamude.

Naletelo težave pri vzdrževanju visoke natančnosti z dolgimi trajanje je v bistvu težava puščanja napetosti in nedosledno praznjenje kondenzatorjev, kar vodi do napačnih zagonskih pragov za časovnik, ki povzročajo napake v času za vsak cikel.

Uhajanja in neskladne težave s praznjenjem postanejo sorazmerno večje, ko se vrednosti kondenzatorjev povečajo, kar postane nujno za doseganje dolgih intervalov.

Izdelava dolgotrajnih časovnikov z običajnimi BJT-ji bi bila lahko skoraj nemogoča, saj bi bile te naprave same lahko preveč osnovne in jih ni mogoče pričakovati za tako zapletene izvedbe.

Torej, kako lahko tranzistorsko vezje ustvari dolge natančne časovne intervale?

Naslednje tranzistorsko vezje verodostojno obravnava zgoraj omenjena vprašanja in ga lahko uporabimo za doseganje dolgotrajnega časovnega usklajevanja z razmeroma visoko natančnostjo (+/- 2%).

Preprosto zaradi učinkovitega praznjenja kondenzatorja v vsakem novem ciklu, to zagotavlja, da se vezje začne od nič, in omogoča natančno enaka časovna obdobja za izbrano RC omrežje.

Shema vezja

Vezje lahko razumemo s pomočjo naslednje razprave:

Kako deluje

Kratek pritisk gumba napolni kondenzator 1000uF v celoti in sproži tranzistor NPN BC547, ki ohrani položaj tudi po sprostitvi stikala zaradi počasnega praznjenja 1000uF prek upora 2M2 in oddajnika NPN.

Sprožitev BC547 vklopi tudi PNP BC557, ki pa vklopi rele in priključeno obremenitev.

Zgornja situacija velja, dokler se 1000uF ne izprazni pod mejno vrednostjo obeh tranzistorjev.

Zgoraj omenjene operacije so precej osnovne in tvorijo običajno konfiguracijo časovnika, ki je lahko preveč nenatančna pri svojem delovanju.

Kako delujeta 1K in 1N4148

Vendar dodajanje omrežja 1K / 1N4148 takoj spremeni vezje v izredno natančen dolgotrajni časovnik iz naslednjih razlogov.

Povezava 1K in 1N4148 zagotavljata, da se vsakič, ko tranzistorji prekinejo zapah zaradi nezadostnega naboja v kondenzatorju, ostanek naboja v kondenzatorju prisilno izprazni skozi zgornjo povezavo upor / dioda prek relejske tuljave.

Zgornja značilnost zagotavlja, da se kondenzator popolnoma izprazni in prazni v naslednjem ciklu in tako lahko sproži čisti zagon od nič.

Brez zgoraj navedene funkcije se kondenzator ne bi mogel popolnoma izprazniti, preostali naboj v notranjosti pa bi povzročil nedoločene začetne točke, zaradi česar bi bili postopki netočni in nedosledni.

Vezje bi lahko še dodatno izboljšali z uporabo Darlingtonovega para za NPN, ki omogoča uporabo uporov veliko večje vrednosti na svoji osnovi in ​​kondenzatorjev sorazmerno nizke vrednosti. Kondenzatorji z nižjo vrednostjo bi povzročili manjše puščanje in pomagali izboljšati časovno natančnost v dolgotrajnem štetju.

Kako izračunati vrednosti komponent za želene dolge zamude:

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

Kje:

1. Uje napetost na kondenzatorju
2. Vsje napajalna napetost
3. tje pretečeni čas od vklopa napajalne napetosti
4. RCali je časovna konstanta polnilnega tokokroga RC

Oblika PCB

Dolgotrajni časovnik z uporabo opcijskih ojačevalnikov

Pomanjkljivost vseh analognih časovnikov (monostabilna vezja) je, da mora biti RC časovna konstanta, da bi dosegli dokaj dolga časovna obdobja, ustrezno velika.

To neizogibno pomeni vrednosti uporov, večje od 1 M, ki lahko povzročijo napake pri krmiljenju, ki jih povzroči odmična upornost puščanja v vezju, ali znatne elektrolitske kondenzatorje, ki lahko podobno ustvarijo težave s časom zaradi njihove odpornosti proti puščanju.

Zgoraj prikazano vezje časovnika op amp doseže 100-krat več časovnih obdobij v primerjavi s tistimi, ki so dostopna z običajnimi vezji.

To doseže z znižanjem polnilnega toka kondenzatorja na faktor 100, kar posledično drastično podaljša čas polnjenja, ne da bi za to potrebovali polnilne kondenzatorje visoke vrednosti. Vezje deluje na naslednji način:

Ko kliknete gumb za zagon / ponastavitev, se C1 izprazni in to povzroči, da izhod ojačevalnika IC1, ki je konfiguriran kot sledilnik napetosti, postane nič voltov. Invertirni vhod primerjalnika IC2 je na zmanjšani napetostni ravni kot neinvertirajoči vhod, zato se izhod IC2 premika visoko.

Napetost okoli R4 je okoli 120 mV, kar pomeni, da se C1 napolni prek R2 s tokom približno 120 nA, kar naj bi bilo 100-krat manj, kot bi lahko dosegli, če bi bil R2 pritrjen neposredno na pozitivno napajanje.

Ni treba posebej poudarjati, da če bi se C1 polnil s konstantnih 120 mV, bi lahko hitro dosegel to napetost in nadaljeval s polnjenjem.

Vendar spodnji priključek R4, ki se napaja nazaj na izhod IC1, zagotavlja, da z naraščanjem napetosti na C1 narašča tudi izhodna napetost in s tem polnilna napetost, dana R2.

Ko se izhodna napetost povzpne na približno 7,5 voltov, preseže napetost, ki jo na neinvertirajočem vhodu IC2 označujeta R6 in R7, in izhod IC2 postane nizek.

Majhna količina pozitivnih povratnih informacij, ki jih oddaja R8, preprečuje, da bi se kakršen koli šum, ki obstaja na izhodu IC1, povečal s strani IC2, ko se premakne iz sprožilne točke, ker običajno proizvaja napačne izhodne impulze. Časovno dolžino lahko izračunamo z enačbo:

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

To se lahko zdi nekoliko zapleteno, toda z navedenimi številkami delov lahko časovni interval nastavite na 100 C1. Tu je C1 v mikrofaradih, recimo, če je C1 izbran kot 1 µ, bo izhodni časovni interval 100 sekund.

Iz enačbe je zelo jasno razvidno, da je mogoče časovni interval linearno spreminjati z zamenjavo R2 z 1 M potenciometrom ali logaritemsko z uporabo 10 k lonca namesto R6 in R7.