Spiegazione dei 2 migliori circuiti con timer a lunga durata

In questo post impariamo come realizzare 2 circuiti timer precisi a lunga durata che vanno da 4 ore a 40 ore, che possono essere aggiornati ulteriormente per ottenere ritardi ancora più lunghi. I concetti sono completamente regolabile .

Un timer in elettronica è essenzialmente un dispositivo che viene utilizzato per produrre intervalli di ritardo di tempo per la commutazione di un carico collegato. Il ritardo è impostato esternamente dall'utente secondo il requisito.

introduzione

Ricorda che non puoi mai produrre ritardi lunghi e precisi utilizzando solo un singolo IC 4060 o qualsiasi IC CMOS.

Ho praticamente confermato che oltre le 4 ore IC 4060 inizia a deviare dal suo intervallo di precisione.

IC 555 come timer di ritardo è anche peggio, è quasi impossibile ottenere ritardi precisi anche per un'ora da questo IC.

Questa imprecisione è principalmente dovuta alla corrente di dispersione del condensatore e allo scaricamento inefficiente del condensatore.

I circuiti integrati come 4060, IC 555, ecc. Generano fondamentalmente oscillazioni che sono regolabili da pochi Hz a molti Hz.

A meno che questi IC non siano integrati con un altro dispositivo contatore divisore come IC 4017 , ottenere intervalli di tempo precisi molto elevati potrebbe non essere fattibile. Per ottenere 24 ore, o anche giorni e settimana intervalli si dovrà integrare uno stadio divisore / contatore come mostrato di seguito.

Nel primo circuito vediamo come due diverse modalità di circuiti integrati possono essere accoppiate insieme per formare un efficace circuito temporizzatore di lunga durata.

1) Descrizione del circuito

Riferendosi allo schema del circuito.

1. IC1 è un IC contatore dell'oscillatore costituito da uno stadio oscillatore incorporato e genera impulsi di clock con periodi variabili tra i suoi pin 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. L'uscita dal pin 3 produce l'intervallo di tempo più lungo e quindi selezioniamo questa uscita per alimentare lo stadio successivo.
3. Il potenziometro P1 e il condensatore C1 di IC1 possono essere utilizzati per regolare l'intervallo di tempo in corrispondenza del pin 3.
4. Maggiore è l'impostazione dei componenti di cui sopra, più lungo è il periodo al pin n. 3.
5. La fase successiva consiste nel contatore di decadi IC 4017 che non fa altro che aumentare l'intervallo di tempo ottenuto da IC1 a dieci volte. Significa che se l'intervallo di tempo generato dal pin n.3 di IC1 è di 10 ore, il tempo generato al pin n.11 di IC2 sarebbe 10 * 10 = 100 ore.
6. Allo stesso modo, se il tempo generato al pin # 3 di IC1 è di 6 minuti, significherebbe un output elevato dal pin # 11 di IC1 dopo 60 minuti o 1 ora.
7. Quando si accende l'alimentazione, il condensatore C2 si assicura che i pin di ripristino di entrambi gli IC siano adeguatamente ripristinati, in modo che gli IC inizino a contare da zero piuttosto che da una cifra intermedia irrilevante.
8. Finché il conteggio procede, il pin # 11 di IC2 rimane a livello logico basso, in modo tale che il driver del relè viene mantenuto spento.
9. Trascorso il tempo impostato, il pin # 11 di IC2 diventa alto attivando lo stadio transistor / relè e il successivo carico collegato con i contatti del relè.
10. Il diodo D1 assicura che l'uscita dal pin # 11 di IC2 blocchi il conteggio di IC1 fornendo un segnale di latch di retroazione al suo pin # 11.
    Così l'intero timer si blocca fino a quando il timer non viene spento e riavviato di nuovo per ripetere l'intero processo.

Elenco delle parti

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

Layout PCB

Formula per il calcolo dell'uscita del ritardo per IC 4060

Periodo di ritardo = 2.2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frequenza = 1 / 2.2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Aggiunta di selettore e LED

Il design di cui sopra potrebbe essere ulteriormente migliorato con un selettore e LED sequenziali, come indicato nello schema seguente:

Come funziona

L'elemento principale del circuito di temporizzazione è un dispositivo CMOS 4060, costituito da un oscillatore e da un divisore a 14 stadi.

La frequenza dell'oscillatore potrebbe essere regolata tramite il potenziometro P1 in modo che l'uscita a Q13 sia intorno a un singolo impulso ogni ora.

Il periodo di questo battito di clock potrebbe essere estremamente rapido (circa 100 ns), poiché ripristina inoltre l'intero 4060 IC tramite il diodo D8.

L'impulso dell'orologio 'una volta ogni ora' viene fornito al secondo contatore (divisione per dieci), il 4017 IC. Una delle numerose uscite di questo contatore sarà logico alto (uno logico) in un dato istante.

Quando il 4017 viene ripristinato, l'uscita Q0 diventa alta. Subito dopo un'ora, l'uscita Q0 diventerà bassa e l'uscita Q1 potrebbe diventare alta, ecc. L'interruttore S1 di conseguenza consente all'utente di scegliere un intervallo di tempo compreso tra una e sei ore.

Quando l'uscita scelta diventa alta, il transistor si spegne e il relè si spegne (spegnendo così il carico collegato).

Una volta che l'ingresso di abilitazione del 4017 è inoltre collegato al cursore di SI, qualsiasi impulso di clock successivo risulta non avere alcun impatto sul contatore. Di conseguenza, il dispositivo continuerà ad essere nella condizione di spento fino a quando non verrà premuto l'interruttore di ripristino da parte dell'utente.

Il 4050 CMOS buffer IC insieme ai 7 LED sono incorporati per offrire un'indicazione dell'intervallo di ore che possono essere essenzialmente trascorse. Queste parti potrebbero, ovviamente, essere rimosse nel caso in cui non sia necessaria la visualizzazione del tempo trascorso.

La tensione della sorgente per questo circuito non è veramente cruciale e potrebbe coprire qualsiasi cosa da 5 a 15 V, l'utilizzo corrente del circuito, escluso il relè, sarà nell'intervallo di 15 mA.

Si consiglia di scegliere una tensione di alimentazione che possa corrispondere alle specifiche del relè, per garantire che eventuali problemi vengano evitati. Il transistor BC 557 può gestire una corrente di 70 mA, quindi assicurati che la tensione della bobina del relè sia nominale entro questo intervallo di corrente

2) Utilizzando solo BJT

Il progetto successivo spiega un circuito timer di durata molto lunga che utilizza solo un paio di transistor per le operazioni previste.

I circuiti timer di lunga durata normalmente coinvolgono i circuiti integrati per l'elaborazione poiché l'esecuzione di ritardi di lunga durata richiede un'elevata precisione e accuratezza che è possibile solo utilizzando i circuiti integrati.

Raggiungimento di ritardi di elevata precisione

Anche il nostro IC 555 diventa impotente e impreciso quando si prevedono ritardi di lunga durata.

L'incontrato difficoltà per sostenere un'elevata precisione con lunghi durata è fondamentalmente il problema della tensione di dispersione e la scarica incoerente dei condensatori che porta a soglie di avvio errate per il timer che produce errori nella temporizzazione per ogni ciclo.

Le perdite e le scariche incoerenti diventano proporzionalmente maggiori all'aumentare dei valori del condensatore, il che diventa fondamentale per ottenere lunghi intervalli.

Pertanto, realizzare timer di lunga durata con BJT ordinari potrebbe essere quasi impossibile poiché questi dispositivi da soli potrebbero essere troppo semplici e non ci si può aspettare per implementazioni così complesse.

Quindi, come può un circuito a transistor produrre intervalli di tempo di durata lunghi e precisi?

Il seguente circuito a transistor gestisce le questioni sopra discusse in modo credibile e può essere utilizzato per acquisire temporizzazioni di lunga durata con una precisione ragionevolmente elevata (+/- 2%).

È semplicemente dovuto all'effettiva scarica del condensatore ad ogni nuovo ciclo, questo assicura che il circuito inizi da zero e consente periodi di tempo identici precisi per la rete RC selezionata.

Schema elettrico

Il circuito può essere compreso con l'aiuto della seguente discussione:

Come funziona

Una pressione momentanea del pulsante carica completamente il condensatore da 1000uF e fa scattare il transistor NPN BC547, sostenendo la posizione anche dopo il rilascio dell'interruttore a causa della scarica lenta del 1000uF tramite il resistore 2M2 e l'emettitore dell'NPN.

L'attivazione del BC547 accende anche il PNP BC557 che a sua volta accende il relè e il carico collegato.

La situazione di cui sopra dura fintanto che il 1000uF non viene scaricato al di sotto dei livelli di taglio dei due transistor.

Le operazioni sopra discusse sono abbastanza semplici e rendono una normale configurazione del timer che potrebbe essere troppo imprecisa con le sue prestazioni.

Come funzionano 1K e 1N4148

Tuttavia l'aggiunta della rete 1K / 1N4148 trasforma istantaneamente il circuito in un timer di lunga durata estremamente preciso per i seguenti motivi.

Il collegamento 1K e 1N4148 assicura che ogni volta che i transistor interrompono il latch a causa di una carica insufficiente nel condensatore, la carica residua all'interno del condensatore è costretta a scaricarsi completamente attraverso il collegamento del diodo / resistenza sopra attraverso la bobina del relè.

La caratteristica di cui sopra assicura che il condensatore sia completamente scaricato e vuoto per il ciclo successivo e quindi sia in grado di produrre un avvio pulito da zero.

Senza la suddetta caratteristica il condensatore non sarebbe in grado di scaricarsi completamente e la carica residua all'interno indurrebbe punti di partenza indefiniti rendendo le procedure imprecise e inconsistenti.

Il circuito potrebbe essere ulteriormente migliorato utilizzando una coppia Darlington per l'NPN consentendo l'uso di resistori di valore molto più elevato alla sua base e condensatori di valore proporzionalmente basso. Condensatori di valore inferiore produrrebbero perdite inferiori e contribuirebbero a migliorare la precisione della temporizzazione durante i periodi di conteggio di lunga durata.

Come calcolare i valori dei componenti per i lunghi ritardi desiderati:

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

Dove:

1. Uè la tensione ai capi del condensatore
2. Vsè la tensione di alimentazione
3. tè il tempo trascorso dall'applicazione della tensione di alimentazione
4. RCè il tempo costante del circuito di ricarica RC

Progettazione PCB

Timer a lunga durata utilizzando amplificatori operazionali

Lo svantaggio di tutti i timer analogici (circuiti monostabili) è che, nel tentativo di ottenere periodi di tempo abbastanza lunghi, la costante di tempo RC deve essere corrispondentemente sostanziale.

Ciò implica inevitabilmente valori di resistenza maggiori di 1 M, che possono provocare errori di temporizzazione causati dalla resistenza di dispersione parassita all'interno del circuito, o condensatori elettrolitici sostanziali, che allo stesso modo possono creare problemi di temporizzazione a causa della loro resistenza alla dispersione.

Il circuito del timer dell'amplificatore operazionale mostrato sopra realizza periodi di temporizzazione fino a 100 volte più tempo rispetto a quelli accessibili utilizzando circuiti regolari.

Ottiene ciò abbassando la corrente di carica del condensatore di un fattore 100, migliorando di conseguenza il tempo di carica drasticamente, senza richiedere condensatori di carica di alto valore. Il circuito funziona nel modo seguente:

Quando si fa clic sul pulsante di avvio / ripristino, C1 viene scaricato e questo fa sì che l'uscita dell'amplificatore operazionale IC1, che è configurato come un seguace di tensione, diventi zero volt. L'ingresso invertente del comparatore IC2 è a un livello di tensione ridotto rispetto all'ingresso non invertente, quindi l'uscita di IC2 si sposta verso l'alto.

La tensione intorno a R4 è di circa 120 mV, il che significa che C1 si carica tramite R2 con una corrente di circa 120 nA, che apprende essere 100 volte inferiore a quella che si potrebbe ottenere nel caso in cui R2 fosse stato collegato direttamente all'alimentazione positiva.

Inutile dire che se C1 fosse stato caricato attraverso 120 mV costanti, potrebbe raggiungere rapidamente questa tensione e interrompere ulteriormente la carica.

Tuttavia, il terminale inferiore di R4 che viene ricondotto all'uscita di IC1 garantisce che quando la tensione ai capi di C1 aumenta, aumenta anche la tensione di uscita e quindi la tensione di carica data a R2.

Una volta che la tensione di uscita sale a circa 7,5 volt, supera la tensione riferita all'ingresso non invertente di IC2 da R6 e R7 e l'uscita di IC2 diventa bassa.

Una piccola quantità di feedback positivo fornito da R8 impedisce a qualsiasi tipo di rumore esistente sull'uscita di IC1 di essere amplificato da IC2 mentre si sposta dal punto di trigger, perché questo normalmente produce falsi impulsi di uscita. La durata del tempo può essere calcolata dall'equazione:

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

Questo può sembrare un po 'complesso, ma con i numeri di parte indicati l'intervallo di tempo può essere impostato fino a 100 C1. Qui C1 è in microfarad, diciamo che se C1 è selezionato come 1 µ, l'intervallo di tempo di output sarà di 100 secondi.

È molto chiaro dall'equazione che è possibile variare l'intervallo di temporizzazione linearmente sostituendo R2 con un potenziometro 1 M, o logaritmicamente utilizzando un potenziometro da 10 k al posto di R6 e R7.