En aquest post aprenem a fer dos circuits de temporitzador de llarga durada precisos que van des de 4 hores fins a 40 hores, que es poden actualitzar encara més per obtenir retards encara més llargs. Els conceptes són totalment ajustable .
Un temporitzador en electrònica és essencialment un dispositiu que s’utilitza per produir intervals de retard de temps per canviar una càrrega connectada. El retard de temps el defineix externament l’usuari segons el requisit.
Introducció
Recordeu que mai no es poden produir retards llargs i precisos utilitzant només un IC 4060 o un IC CMOS.
Pràcticament he confirmat que més enllà de les 4 hores IC 4060 comença a desviar-se del seu rang de precisió.
L'IC 555 com a temporitzador de retard és encara pitjor, és gairebé impossible obtenir retards precisos fins i tot durant una hora des d'aquest IC.
Aquesta inexactitud es deu principalment al corrent de fuita del condensador i a la descàrrega ineficient del condensador.
ICs com 4060, IC 555, etc. bàsicament generen oscil·lacions que es poden ajustar des d’uns Hz fins a molts Hz.
Llevat que aquestes IC estiguin integrades amb un altre dispositiu de comptador divisor com IC 4017 , és possible que no sigui possible obtenir intervals de temps precisos molt elevats. Per obtenir 24 hores, o fins i tot dies i setmanes els intervals tindreu integrats un escenari divisor / comptador com es mostra a continuació.
Al primer circuit veiem com es poden acoblar dos modes diferents d’IC per formar un circuit temporitzador eficaç de llarga durada.
1) Descripció del circuit
Referint-se al diagrama del circuit.
- IC1 és un CI de comptador d'oscil·ladors que consisteix en un escenari d'oscil·lador integrat i genera impulsos de rellotge amb períodes variables a través dels seus pins 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
- La sortida del pin 3 produeix l'interval de temps més llarg i, per tant, seleccionem aquesta sortida per alimentar la següent etapa.
- El pot P1 i el condensador C1 de IC1 es poden utilitzar per ajustar el lapse de temps al pin 3.
- Com més gran sigui el paràmetre dels components anteriors, més llarg serà el període al pin número 3.
- La següent etapa consisteix en el comptador de dècades IC 4017 que no fa altra cosa que augmentar l'interval de temps obtingut de l'IC1 a deu plecs. Vol dir que si l’interval de temps generat pel pin número 3 d’IC1 és de 10 hores, el temps generat al pin número 11 d’IC2 seria de 10 * 10 = 100 hores.
- De la mateixa manera, si el temps generat al pin número 3 de IC1 és de 6 minuts, significaria una sortida alta del pin número 11 de IC1 després de 60 minuts o 1 hora.
- Quan s’encén l’alimentació, el condensador C2 s’assegura que els pins de restabliment dels dos circuits integrats es restableixen adequadament, de manera que els CI comencen a comptar des de zero en lloc d’alguna figura intermèdia irrellevant.
- Mentre el recompte progressi, el pin núm. 11 de l'IC2 es manté a la lògica baixa, de manera que el controlador del relé es mantingui apagat.
- Després de la caducitat del temps establert, el pin número 11 de l'IC2 augmenta activant l'etapa del transistor / relé i la càrrega posterior connectada amb els contactes del relé.
- El díode D1 assegura que la sortida del pin # 11 de IC2 bloqueja el recompte de IC1 proporcionant un senyal de retenció de retroalimentació al pin # 11.
Així, tot el temporitzador es bloqueja fins que el temporitzador s’apaga i es reinicia de nou per repetir tot el procés.
Llista de peces
R1, R3 = 1M
R2, R4 = 12K,
C1, C2 = 1uF / 25V,
D1, D2 = 1N4007,
IC1 = 4060,
IC2 = 4017,
T1 = BC547,
POT = 1M lineal
RELÈ = 12 V SPDT
Disseny de PCB
Fórmula per calcular la sortida de retard per IC 4060
Període de retard = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)
Freqüència = 1 / 2,2 Rt.Ct
Rt = P1 + R2
Ct = C1
R1 = 10 (P1 + R2)
Addició de selector i LED
El disseny anterior es podria millorar encara més amb un selector i LED seqüencials, tal com s’indica al següent diagrama:
Com funciona
L’element principal del circuit de sincronització és un dispositiu CMOS de 4060, que es compon d’un oscil·lador juntament amb un divisor de 14 etapes.
La freqüència de l'oscil·lador es podria ajustar a través del potenciòmetre P1 per tal que la sortida a Q13 sigui al voltant d'un sol impuls cada hora.
El període d'aquest temps de rellotge podria ser extremadament ràpid (al voltant de 100 ns), ja que restableix a més tot el 4060 IC mitjançant el díode D8.
El pols de rellotge 'una vegada cada hora' es dóna al segon comptador (dividit per deu), el 4017 IC. Una de les diverses sortides d’aquest comptador serà lògica alta (lògica una) en un instant donat.
Quan es restableix el 4017, la sortida Q0 augmenta. Just després d’una hora, la sortida Q0 es reduirà i la sortida Q1 pot arribar a ser alta, etc. El commutador S1 permet l’usuari escollir un interval de temps d’una a sis hores.
Quan la sortida escollida augmenta, el transistor s'apaga i el relé s'apaga (per tant, s'apaga la càrrega connectada).
Una vegada que l’entrada d’habilitació del 4017 estigui connectada a l’eixugaparabrises de S1, tots els polsos de rellotge successius no tindran cap impacte en el comptador. En conseqüència, el dispositiu continuarà estant en estat apagat fins que l’usuari presingui l’interruptor de reinici.
El CI de memòria intermèdia 4050 CMOS juntament amb els 7 LED s’incorporen per oferir indicacions sobre el rang d’hores que potser han transcorregut essencialment. Aquestes parts, òbviament, es podrien eliminar en cas que no fos necessària una visualització de temps caducada.
La tensió de la font d’aquest circuit no és realment crucial i podria cobrir qualsevol cosa des de 5 i 15 V, l’ús actual del circuit, excloent el relé, estarà en el rang de 15 mA.
Es recomana triar una font de tensió que pugui coincidir amb les especificacions del relé, per assegurar-se que s’evitin problemes. El transistor BC 557 pot manejar un corrent de 70 mA, així que assegureu-vos que la tensió de la bobina del relé està classificada dins d’aquest rang de corrent
2) Ús només de BJT
El següent disseny explica un circuit de temporitzador de llarga durada que utilitza només un parell de transistors per a les operacions previstes.
Els circuits de temporitzador de llarga durada normalment impliquen circuits integrats per al processament, perquè l'execució de retards de llarga durada requereix una alta precisió i precisió que només és possible utilitzant IC.
Aconseguir retards d’alta precisió
Fins i tot el nostre propi IC 555 es torna indefens i imprecís quan s’esperen retards de llarga durada.
El trobat dificultat per mantenir una alta precisió amb una durada llarga durada bàsicament és el problema de la tensió de fuita i la descàrrega inconsistent dels condensadors que condueix a llindars d’arrencada equivocats per al temporitzador que produeixen errors en el temps de cada cicle.
Les fuites i els problemes de descàrrega inconsistents es fan proporcionalment més grans a mesura que els valors del condensador augmenten, cosa que es fa imprescindible per obtenir intervals llargs.
Per tant, fer temporitzadors de llarga durada amb BJT normals pot ser gairebé impossible, ja que aquests dispositius sols poden ser massa bàsics i no es pot esperar per a implementacions tan complexes.
Llavors, com pot un circuit de transistors produir intervals de temps de durada exacta?
El següent circuit de transistors maneja els problemes discutits anteriorment de manera creïble i es pot utilitzar per adquirir temporitzacions de llarga durada amb una precisió raonablement alta (+/- 2%).
Simplement es deu a la descàrrega efectiva del condensador en cada nou cicle, això assegura que el circuit comença des de zero i permet períodes de temps idèntics i precisos per a la xarxa RC seleccionada.
Esquema de connexions
El circuit es pot entendre amb l'ajut del següent debat:
Com funciona
Una pulsació momentània del polsador carrega completament el condensador 1000uF i activa el transistor NPN BC547, mantenint la posició fins i tot després de deixar anar l’interruptor a causa de la descàrrega lenta del 1000uF a través de la resistència 2M2 i l’emissor del NPN.
L'activació del BC547 també engega el PNP BC557, que al seu torn encén el relé i la càrrega connectada.
La situació anterior es manté mentre el 1000uF no es descarregui per sota dels nivells de tall dels dos transistors.
Les operacions comentades anteriorment són força bàsiques i fan una configuració de temporitzador normal que pot ser massa inexacta amb el seu rendiment.
Com funcionen l'1K i l'1N4148
No obstant això, l'addició de la xarxa 1K / 1N4148 transforma instantàniament el circuit en un temporitzador de llarga durada molt precís per les següents raons.
L’enllaç 1K i l’1N4148 asseguren que cada vegada que els transistors trenquen el pestell a causa d’una càrrega insuficient al condensador, la càrrega residual a l’interior del condensador es veu obligada a descarregar-se completament a través de l’enllaç de la resistència / díode anterior a través de la bobina del relé.
La característica anterior assegura que el condensador estigui completament buit i buit per al següent cicle i, per tant, sigui capaç de produir un inici net des de zero.
Sense la característica anterior, el condensador seria incapaç de descarregar-se completament i la càrrega residual a l'interior induiria punts d'inici indefinits, cosa que farà que els procediments siguin inexactes i incoherents.
El circuit es podria millorar encara més mitjançant l'ús d'un parell Darlington per a l'NPN que permeti l'ús de resistències de valor molt més alt a la seva base i condensadors de valor proporcionalment baix. Els condensadors de menor valor produirien fuites més baixes i ajudarien a millorar la precisió de sincronització durant els períodes de recompte de llarga durada.
Com es calculen els valors dels components per als retards llargs desitjats:
Vc = Vs (1 - e-t / RC)
On:
- Ués el voltatge a través del condensador
- vsés la tensió d'alimentació
- tés el temps transcorregut des de l'aplicació de la tensió d'alimentació
- RCés el constant de temps del circuit de càrrega RC
Disseny de PCB
Temporitzador de llarga durada amb amplificadors operatius
L’inconvenient de tots els temporitzadors analògics (circuits monoestables) és que, en un esforç per aconseguir períodes de temps bastant llargs, la constant de temps RC ha de ser corresponentment substancial.
Això implica inevitablement valors de resistència superiors a 1 M, que poden provocar errors de temporització causats per la resistència de fuites perdudes dins del circuit o condensadors electrolítics substancials, que de manera similar poden crear problemes de temporització a causa de la seva resistència a les fuites.
El circuit de temporitzador d'amplificador operatiu mostrat anteriorment realitza períodes de temps fins a 100 vegades més en comparació amb els accessibles mitjançant circuits normals.
Ho aconsegueix reduint el corrent de càrrega del condensador a través d’un factor de 100, millorant el temps de càrrega dràsticament, sense necessitar condensadors de càrrega d’alt valor. El circuit funciona de la següent manera:
Quan es fa clic al botó d'inici / restabliment, C1 es descarrega i això fa que la sortida de l'ampli operatiu IC1, que està configurat com a seguidor de tensió, es converteixi en zero volts. L’entrada inversora del comparador IC2 es troba a un nivell de voltatge reduït que l’entrada no inversora, per tant la sortida d’IC2 es mou elevada.
La tensió al voltant de R4 és d’uns 120 mV, el que significa que C1 es carrega mitjançant R2 amb un corrent d’aproximadament 120 nA, que és aproximadament 100 vegades inferior al que es podria aconseguir en cas que R2 s’hagués connectat directament a un subministrament positiu.
No cal dir que si C1 s’hagués carregat a través d’un 120 mV constant, podria aconseguir ràpidament aquesta tensió i deixar de carregar-se més.
No obstant això, el terminal inferior de R4 que es torna a alimentar a la sortida de IC1 garanteix que, a mesura que augmenta la tensió a través de C1, augmenta la tensió de sortida i, per tant, la tensió de càrrega donada a R2.
Un cop la tensió de sortida puja a aproximadament 7,5 volts, supera la tensió referida a l’entrada no inversora d’IC2 per R6 i R7, i la sortida d’IC2 es fa baixa.
Una petita quantitat de retroalimentació positiva subministrada per R8 impedeix que qualsevol tipus de soroll existent a la sortida de l'IC1 s'incrementi per IC2 a mesura que es mou des del punt d'activació, ja que normalment produeix polsos de sortida falsos. La durada del temps es pot calcular mitjançant l'equació:
T = R2 C1 (1 + R5 / R4 + R5 / R2) x C2 x (1 + R7 / R6)
Pot semblar una mica complex, però amb els números de peça indicats es pot establir l'interval de temps fins a 100 C1. Aquí C1 es troba en microfarades, diguem que si C1 està seleccionat com a 1 µ, l'interval de temps de sortida serà de 100 segons.
Queda molt clar per l’equació que és possible variar linealment l’interval de temps substituint R2 per un potenciòmetre d’1 M, o de manera logarítmica mitjançant un pot de 10 k en lloc de R6 i R7.
Anterior: afegiu aquest circuit curt de protecció a la font d'alimentació Següent: Circuit Astable Multivibrator amb NAND Gates
