De 2 beste tidtakerkretsene for lang varighet forklart

I dette innlegget lærer vi hvordan du lager to nøyaktige tidtakerkretser fra 4 timer til 40 timer, som kan oppgraderes ytterligere for å få enda lengre forsinkelser. Konseptene er fullt justerbar .

En tidtaker i elektronikk er i det vesentlige en innretning som brukes til å produsere tidsforsinkelsesintervaller for å bytte en tilkoblet belastning. Tidsforsinkelsen blir satt eksternt av brukeren i henhold til kravet.

Introduksjon

Husk at du aldri kan produsere lange nøyaktige forsinkelser med bare en enkelt 4060 IC eller en hvilken som helst CMOS IC.

Jeg har praktisk talt bekreftet at utover 4 timer begynner IC 4060 å avvike fra nøyaktighetsområdet.

IC 555 som en forsinkelsestimer er enda verre, det er nesten umulig å få nøyaktige forsinkelser selv i en time fra denne ICen.

Denne unøyaktigheten skyldes hovedsakelig kondensatorlekkasjestrøm og ineffektiv utlading av kondensatoren.

IC-er som 4060, IC 555 osv. Genererer i utgangspunktet svingninger som kan justeres fra noen få Hz til mange Hz.

Med mindre disse IC er integrert med en annen skilletellerenhet som IC 4017 , å få veldig høye nøyaktige tidsintervaller er kanskje ikke mulig. For å få 24 timer, eller til og med dager og uke intervaller vil du ha integrere en skillelinje / mottrinn som vist nedenfor.

I den første kretsen ser vi hvordan to forskjellige moduser for IC kan kobles sammen for å danne en effektiv tidtakerkrets.

1) Kretsbeskrivelse

Henvis til kretsskjemaet.

1. IC1 er en oscillatorteller IC som består av et innebygd oscillatortrinn og genererer klokkepulser med varierende perioder over pinnene 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Utgangen fra pinne 3 gir det lengste tidsintervallet, og derfor velger vi denne utgangen for å mate neste trinn.
3. Potten P1 og kondensatoren C1 til IC1 kan brukes til å justere tidsspennet ved pin 3.
4. Jo høyere innstilling av ovennevnte komponenter er, jo lengre er perioden ved pin # 3.
5. Den neste fasen består av tiårteller IC 4017 som ikke gjør noe annet enn å øke tidsintervallet oppnådd fra IC1 til ti ganger. Det betyr at hvis tidsintervallet generert av IC1s pin # 3 er 10 timer, vil tiden som genereres ved pin nr. 11 av IC2 være 10 * 10 = 100 timer.
6. Tilsvarende hvis tiden generert ved pinne nr. 3 i IC1 er 6 minutter, vil det bety en høy effekt fra pinne nr. 11 i IC1 etter 60 minutter eller 1 time.
7. Når strømmen slås PÅ, sørger kondensatoren C2 for at tilbakestillingspinnene til begge IC-ene blir riktig tilbakestilt, slik at IC-ene begynner å telle fra null i stedet for fra noen irrelevant mellomliggende figur.
8. Så lenge tellingen skrider frem, forblir pin 11 på IC2 på logisk lav, slik at relédriveren holdes slått AV.
9. Etter at den angitte timingen er bortfalt, går pin nr. 11 på IC2 høyt, og aktiverer transistor / relétrinnet og den påfølgende belastningen forbundet med relékontaktene.
10. Dioden D1 sørger for at utgangen fra pinne nr. 11 i IC2 låser tellingen av IC1 ved å tilveiebringe et tilbakekoblingslåsesignal ved pinnen nr. 11.
    Dermed låses hele tidtakeren til timeren slås AV og startes på nytt for å gjenta hele prosessen.

Deleliste

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

PCB-oppsett

Formel for beregning av forsinkelsesutgang for 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)

Legger til velgerbryter og lysdioder

Ovennevnte design kan forbedres ytterligere med en bryter og sekvensielle lysdioder, som indikert i følgende diagram:

Hvordan det fungerer

Hovedelementet i timingkretsen er en 4060 CMOS-enhet, som består av en oscillator sammen med en 14-trinns skillelinje.

Frekvensen til oscillatoren kan justeres gjennom potensiometeret P1 slik at utgangen ved Q13 er rundt en enkelt puls hver time.

Perioden med denne klokken kan være ekstremt rask (rundt 100 ns), da den i tillegg tilbakestiller hele 4060 IC ved hjelp av diode D8.

Klokkepulsen 'en gang hver time' blir gitt til den andre (del-med-ti) telleren, 4017 IC. En av flere utganger fra denne telleren vil være logisk høy (logisk en) til enhver tid.

Når 4017 tilbakestilles, går utgang Q0 høyt. Rett etter en time vil utgang Q0 bli lav og utgang Q1 kan bli høy osv. Bryter S1 som et resultat gjør at brukeren kan velge et tidsintervall i en til seks timer.

Når den valgte utgangen blir høy, slås transistoren av og reléet slås AV (og dermed slår den tilkoblede lasten av).

Når aktiveringsinngangen til 4017 dessuten er festet til viskeren til S1, viser det seg at eventuelle påfølgende klokkepulser ikke har noen innvirkning på telleren. Enheten vil følgelig fortsette å være i slått AV-tilstand til tilbakestillingsbryteren preses av brukeren.

4050 CMOS buffer IC sammen med de 7 lysdiodene er innlemmet for å gi en indikasjon på hvor mange timer som i det vesentlige har gått. Disse delene kan selvsagt fjernes i tilfelle det ikke er nødvendig å vise skjermen.

Kildespenningen for denne kretsen er ikke veldig viktig og kan dekke alt fra 5 og 15 V. Den nåværende bruken av kretsen, unntatt reléet, vil være i området 15 mA.

Det anbefales å velge en kildespenning som kan samsvare med spesifikasjonene til reléet, for å sikre at eventuelle problemer unngås. BC 557-transistoren kan håndtere en strøm på 70 mA, så sørg for at reléspolespenningen er vurdert med dette strømområdet

2) Bruk bare BJT

Den neste utformingen forklarer en tidtakerkrets med veldig lang varighet som bare bruker et par transistorer for de tiltenkte operasjonene.

Langvarige tidtakerkretser involverer normalt IC-er for behandlingen fordi å utføre forsinkelser med lang varighet krever høy presisjon og nøyaktighet, som bare er mulig å bruke IC-er.

Oppnå forsinkelser med høy nøyaktighet

Selv vår egen IC 555 blir hjelpeløs og unøyaktig når det forventes langvarige forsinkelser fra den.

Den møtte vanskeligheter med å opprettholde høy nøyaktighet med lang varighet er i utgangspunktet lekkasjespenningsspørsmålet, og den inkonsekvente utladningen av kondensatorene som fører til feil startterskler for tidtakeren som produserer feil i timingen for hver syklus.

Lekkasjene og inkonsekvente utladningsproblemer blir proporsjonalt større etter hvert som kondensatorverdiene blir større, noe som blir viktig for å oppnå lange intervaller.

Derfor kan det være nesten umulig å lage timere med vanlige BJT-er med lang varighet, da disse enhetene alene kan være for grunnleggende og ikke kan forventes for slike komplekse implementeringer.

Så hvordan kan en transistorkrets produsere lange nøyaktige varighetstidsintervaller?

Følgende transistorkrets håndterer de ovennevnte diskuterte spørsmålene på en troverdig måte og kan brukes til å skaffe langvarig timing med rimelig høy nøyaktighet (+/- 2%).

Det skyldes ganske enkelt effektiv utlading av kondensatoren på hver nye syklus, dette sikrer at kretsen begynner fra null, og muliggjør nøyaktige identiske tidsperioder for det valgte RC-nettverket.

Kretsdiagram

Kretsen kan forstås ved hjelp av følgende diskusjon:

Hvordan det fungerer

Et øyeblikkelig trykk på trykknappen lader 1000uF kondensatoren fullstendig og utløser NPN BC547-transistoren, og opprettholder posisjonen selv etter at bryteren er utløst på grunn av langsom utlading av 1000uF via 2M2-motstanden og emitteren til NPN.

Utløsing av BC547 slår også PÅ PNP BC557 som igjen slår PÅ reléet og den tilkoblede lasten.

Ovennevnte situasjon holder så lenge 1000uF ikke slippes ut under avskjæringsnivåene til de to transistorene.

Ovennevnte omtalte operasjoner er ganske grunnleggende og lager en vanlig tidskonfigurasjon som kan være for unøyaktig med ytelsen.

Hvordan 1K og 1N4148 fungerer

Tilsetningen av 1K / 1N4148-nettverket forvandler imidlertid kretsen til en veldig nøyaktig langvarig tidtaker av følgende årsaker.

1K og 1N4148-koblingen sørger for at hver gang transistorene bryter sperren på grunn av utilstrekkelig ladning i kondensatoren, blir den gjenværende ladningen inne i kondensatoren tvunget til å tømmes helt gjennom den ovennevnte motstand / diodekobling via reléspolen.

Ovennevnte funksjon sørger for at kondensatoren er helt tømt og tom for neste syklus og dermed er i stand til å gi en ren start fra null.

Uten den ovennevnte funksjonen ville kondensatoren ikke kunne tømmes helt, og den gjenværende ladningen inne ville indusere udefinerte startpunkter som gjør prosedyrene unøyaktige og inkonsekvente.

Kretsen kan forbedres ytterligere ved å bruke et Darlington-par for NPN, som tillater bruk av motstander med mye høyere verdi ved basen og kondensatorer med lav verdi. Kondensatorer med lavere verdi vil gi lavere lekkasjer og bidra til å forbedre tidsnøyaktigheten under telleperioder med lang varighet.

Slik beregner du komponentverdiene for de ønskede langvarige forsinkelsene:

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

Hvor:

1. Uer spenningen over kondensatoren
2. Vser forsyningsspenningen
3. ter den forløpne tiden siden påføringen av forsyningsspenningen
4. RCer den tidskonstant av RC-ladekretsen

PCB-design

Langvarig tidtaker ved bruk av op-forsterkere

Ulempen med alle analoge tidtakere (monostabile kretser) er at, i et forsøk på å oppnå ganske lange tidsperioder, må RC-tidskonstanten være tilsvarende betydelig.

Dette innebærer uunngåelig motstandsverdier på mer enn 1 M, som kan resultere i tidsfeil forårsaket av motstandsdyktig lekkasjemotstand i kretsen, eller betydelige elektrolytkondensatorer, som på samme måte kan skape timingsproblemer på grunn av deres lekkasjemotstand.

Op amp-timer-kretsen vist ovenfor oppnår tidsperioder så mye som 100 ganger mer tid sammenlignet med de som er tilgjengelige ved bruk av vanlige kretser.

Det oppnår dette ved å senke kondensatorens ladestrøm med en faktor på 100, og dermed forbedre ladetiden drastisk uten å kreve ladekondensatorer av høy verdi. Kretsen fungerer på følgende måte:

Når du klikker på start / reset-knappen, blir C1 utladet, og dette fører til at utgangen fra op amp IC1, som er konfigurert som en spenningsfølger, blir null volt. Den inverterende inngangen til komparatoren IC2 er på et redusert spenningsnivå enn den ikke-inverterende inngangen, og derfor går utgangen fra IC2 høyt.

Spenningen rundt R4 er rundt 120 mV, noe som betyr at C1 lades via R2 med en strøm på omtrent 120 nA, noe som synes å være 100 ganger mindre enn hva man kunne oppnå i tilfelle R2 hadde blitt koblet direkte til positiv forsyning.

Unødvendig å si at hvis C1 hadde blitt ladet gjennom en jevn 120 mV, kunne den raskt oppnå denne spenningen og stoppe lading lenger.

Imidlertid sørger den nedre terminalen på R4 som blir matet tilbake til utgangen fra IC1, at når spenningen over C1 går opp, blir også utgangsspenningen og dermed ladningsspenningen gitt til R2.

Når utgangsspenningen klatrer til omtrent 7,5 volt overgår den spenningen som er referert til den ikke-inverterende inngangen til IC2 med R6 og R7, og utgangen fra IC2 blir lav.

En liten mengde positiv tilbakemelding levert av R8 hemmer enhver form for støy som eksisterer på utgangen fra IC1 fra å bli forsterket av IC2 når den beveger seg fra utløserpunktet, fordi dette normalt gir falske utgangspulser. Tidslengden kan beregnes med ligningen:

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

Dette kan virke noe komplisert, men med delenumrene som er angitt, kan tidsintervallet settes så lenge som 100 C1. Her er C1 i mikrofarader, la oss si at hvis C1 er valgt som 1 µ, vil utgangstidsintervallet være 100 sekunder.

Det er veldig klart fra ligningen at det er mulig å variere tidsintervallet lineært ved å erstatte R2 med et 1 M potensiometer, eller logaritmisk ved å bruke en 10 k pott i stedet for R6 og R7.