2 parasta pitkäaikaisen ajastimen piiriä selitetty

Tässä viestissä opitaan, kuinka tehdä 2 tarkkaa pitkäkestoista ajastinpiiriä, jotka vaihtelevat 4 tunnista 40 tuntiin, joita voidaan päivittää edelleen, jotta viiveet saataisiin pidempään. Käsitteet ovat täysin säädettävä .

Elektroniikan ajastin on olennaisesti laite, jota käytetään tuottamaan aikaviivejaksoja kytketyn kuorman vaihtamiseksi. Aikaviive asetetaan käyttäjän ulkoisesti vaatimusten mukaisesti.

Johdanto

Muista, että et voi koskaan tuottaa pitkiä tarkkoja viiveitä vain yhdellä 4060 IC: llä tai millä tahansa CMOS IC: llä.

Olen vahvistanut käytännössä, että yli 4 tunnin ajan IC 4060 alkaa poiketa tarkkuusalueestaan.

IC 555 viiveajastimena on vielä huonompi, on melkein mahdotonta saada tarkkoja viiveitä edes tunnin ajan tästä IC: stä.

Tämä epätarkkuus johtuu pääasiassa kondensaattorin vuotovirrasta ja tehottomasta kondensaattorin purkautumisesta.

IC: t, kuten 4060, IC 555 jne., Tuottavat periaatteessa värähtelyjä, jotka ovat säädettävissä heti muutamasta Hz: stä useaan Hz: iin.

Ellei näitä mikropiirejä ole integroitu toiseen jakajalaskuriin, kuten IC 4017 , erittäin korkeiden tarkkojen aikavälien saaminen ei ehkä ole mahdollista. Saat 24 tuntia tai jopa päivää ja viikkoa sinun on integroitava jakaja / laskuri-vaihe alla olevan kuvan mukaisesti.

Ensimmäisessä piirissä näemme, kuinka kaksi erilaista IC-moodia voidaan kytkeä yhteen tehokkaan pitkäaikaisen ajastinpiirin muodostamiseksi.

1) Piirin kuvaus

Viitaten piirikaavioon.

1. IC1 on oskillaattorilaskuri IC, joka koostuu sisäänrakennetusta oskillaattorivaiheesta ja tuottaa kellopulsseja vaihtelevilla jaksoilla nastoissaan 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Nasta 3: n lähtö tuottaa pisin aikaväli ja siksi valitsemme tämän lähdön seuraavan vaiheen syöttämistä varten.
3. IC1: n astiaa P1 ja kondensaattoria C1 voidaan käyttää säätämään nastan 3 aikajaksoa.
4. Mitä korkeampi yllä olevien komponenttien asetus, sitä pidempi aika on tapissa # 3.
5. Seuraava vaihe koostuu vuosikymmenen laskurista IC 4017, joka ei tee muuta kuin kasvattaa IC1: stä saatu aikajakso kymmeneen kertaan. Se tarkoittaa, että jos IC1: n nastan # 3 tuottama aikaväli on 10 tuntia, IC2: n nastalla # 11 muodostettu aika olisi 10 * 10 = 100 tuntia.
6. Vastaavasti, jos IC1: n nastassa 3 muodostettu aika on 6 minuuttia, se tarkoittaisi suurta ulostuloa IC1: n nastasta # 11 60 minuutin tai 1 tunnin kuluttua.
7. Kun virta kytketään päälle, kondensaattori C2 varmistaa, että kummankin IC: n nollausnastat nollataan asianmukaisesti, jotta IC: t alkavat laskea nollasta pikemminkin kuin asiaankuulumattomasta väliluvusta.
8. Niin kauan kuin laskenta etenee, IC2: n nasta # 11 pysyy logiikan matalalla siten, että releohjain pidetään kytkettynä pois päältä.
9. Asetetun ajoituksen jälkeen IC2: n nasta # 11 nousee korkealle aktivoimalla transistori / rele-vaiheen ja sen jälkeisen kuorman, joka on kytketty releen koskettimiin.
10. Diodi D1 varmistaa, että lähtö IC2: n tapista # 11 lukitsee IC1: n laskennan tarjoamalla takaisinkytkentäsalpasignaalin napaansa # 11.
    Siten koko ajastin lukittuu, kunnes ajastin sammutetaan ja käynnistetään uudelleen koko prosessin toistamiseksi.

Osaluettelo

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

Piirilevyn asettelu

Kaava IC 4060: n viivelähdön laskemiseksi

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

Taajuus = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Valintakytkimen ja LEDien lisääminen

Edellä olevaa rakennetta voitaisiin parantaa edelleen valintakytkimellä ja peräkkäisillä LEDeillä, kuten seuraavassa kaaviossa on esitetty:

Kuinka se toimii

Ajoituspiirin pääelementti on 4060 CMOS -laite, joka koostuu oskillaattorista yhdessä 14-vaiheisen jakajan kanssa.

Oskillaattorin taajuutta voitaisiin säätää potentiometrin P1 kautta, jotta Q13: n lähtö olisi noin yksi pulssi tunnissa.

Tämän kellotaajuuden jakso voi olla erittäin nopea (noin 100 ns), koska se palauttaa lisäksi koko 4060 IC: n diodin D8 avulla.

Kellopulssi 'kerran tunnissa' annetaan toiselle (jaa kymmenellä) laskurille, 4017 IC: lle. Yksi tämän laskurin useista lähdöistä tulee olemaan logiikan korkea (looginen yksi) milloin tahansa.

Kun 4017 nollataan, lähtö Q0 nousee korkealle. Heti tunnin kuluttua lähtö Q0 muuttuu matalaksi ja ulostulo Q1 voi muuttua korkeaksi. Kytkin S1 antaa käyttäjälle mahdollisuuden valita aikaväli yhdestä kuuteen tuntiin.

Kun valittu lähtö nousee korkeaksi, transistori sammuu ja rele kytkeytyy pois päältä (täten kytketyn kuorman pois päältä).

Kun 4017: n aktivointitulo on lisäksi kiinnitetty S1: n pyyhkijään, kaikilla seuraavilla kellopulsseilla ei ole vaikutusta laskuriin. Laite on siten edelleen sammutetussa tilassa, kunnes käyttäjä antaa palautuskytkimen.

4050 CMOS-puskuri-IC yhdessä 7 LED: n kanssa on sisällytetty osoittamaan olennaisesti kuluneen tuntien alue. Nämä osat voidaan tietysti poistaa, jos vanhentunutta näyttöä ei tarvita.

Tämän piirin lähdejännite ei ole oikeastaan ​​ratkaiseva, ja se voi kattaa mitä tahansa 5 ja 15 V välillä. Piirin nykyinen käyttö, releä lukuun ottamatta, on alueella 15 mA.

On suositeltavaa valita lähdejännite, joka saattaa olla yhteensopiva releen spesifikaatioiden kanssa, jotta vältetään ongelmat. BC 557 -transistori kykenee käsittelemään 70 mA: n virtaa, joten varmista, että releen kelan jännite on mitoitettu tämän virtatason mukaan

2) Käytä vain BJT: itä

Seuraava malli selittää erittäin pitkän keston ajastinpiirin, joka käyttää vain pari transistoria aiottuihin toimintoihin.

Pitkäkestoiset ajastinpiirit sisältävät yleensä IC: t prosessointia varten, koska pitkäkestoisten viiveiden suorittaminen vaatii suurta tarkkuutta ja tarkkuutta, mikä on mahdollista vain käyttämällä IC: itä.

Suurien tarkkuusviiveiden saavuttaminen

Jopa omasta IC 555: stämme tulee avuton ja epätarkka, kun siitä odotetaan pitkiä viiveitä.

Tapasi vaikeus ylläpitää korkeaa tarkkuutta pitkällä kesto on periaatteessa vuotojännitekysymys ja kondensaattoreiden epäjohdonmukainen purkautuminen, mikä johtaa vääriin käynnistyskynnyksiin ajastimelle, mikä tuottaa virheitä ajoitukselle jokaiselle jaksolle.

Vuodot ja epäjohdonmukaiset purkauskysymykset kasvavat suhteellisesti suuremmiksi, kun kondensaattorin arvot kasvavat, mikä on välttämätöntä pitkien aikavälien saamiseksi.

Siksi pitkäkestoisten ajastinten tekeminen tavallisilla BJT-laitteilla voi olla melkein mahdotonta, koska nämä laitteet yksin voivat olla liian yksinkertaisia, eikä niitä voida odottaa tällaisissa monimutkaisissa toteutuksissa.

Joten miten transistoripiiri voi tuottaa pitkiä tarkkoja kestojaksoja?

Seuraava transistoripiiri käsittelee yllä mainitut asiat uskottavasti, ja sitä voidaan käyttää pitkäaikaisen ajoituksen hankkimiseen kohtuullisen suurella tarkkuudella (+/- 2%).

Se johtuu yksinkertaisesti kondensaattorin tehokkaasta purkamisesta jokaisella uudella jaksolla, mikä varmistaa, että piiri alkaa nollasta, ja mahdollistaa tarkat identtiset ajanjaksot valitulle RC-verkolle.

Piirikaavio

Piiri voidaan ymmärtää seuraavan keskustelun avulla:

Kuinka se toimii

Hetkellinen painonapin painallus lataa 1000uF-kondensaattorin kokonaan ja laukaisee NPN BC547 -transistorin, mikä ylläpitää asemaa silloinkin, kun kytkin on vapautettu johtuen 1000uF: n hitaasta purkautumisesta 2M2-vastuksen ja NPN-lähettimen kautta.

BC547: n laukaisu kytkee päälle myös PNP BC557: n, joka vuorotellen kytkee päälle releen ja liitetyn kuorman.

Yllä oleva tilanne jatkuu niin kauan kuin 1000uF ei purkaudu kahden transistorin katkaisutasojen alapuolelle.

Edellä mainitut toiminnot ovat melko yksinkertaisia ​​ja muodostavat tavallisen ajastinkokoonpanon, joka voi olla liian epätarkka sen suorituskyvyn suhteen.

Kuinka 1K ja 1N4148 toimivat

1K / 1N4148-verkon lisääminen kuitenkin muuttaa piirin heti erittäin tarkaksi pitkäkestoiseksi ajastimeksi seuraavista syistä.

1K- ja 1N4148-linkit varmistavat, että joka kerta, kun transistorit hajottavat salvan kondensaattorin riittämättömän varauksen vuoksi, kondensaattorin sisällä oleva jäännösvaraus pakotetaan purkautumaan kokonaan yllä olevan vastuksen / diodilinkin kautta relekelan kautta.

Yllä oleva ominaisuus varmistaa, että kondensaattori on tyhjentynyt kokonaan ja tyhjä seuraavaa jaksoa varten ja pystyy siten tuottamaan puhtaan aloituksen nollasta.

Ilman edellä mainittua ominaisuutta kondensaattori ei pystyisi purkautumaan kokonaan ja sisällä oleva jäännösvaraus aiheuttaisi määrittelemättömiä aloituspisteitä, mikä tekisi menettelyistä epätarkkoja ja epäjohdonmukaisia.

Piiriä voitaisiin parantaa entisestään käyttämällä Darlington-paria NPN: ssä, mikä sallii paljon suurempiarvoisten vastusten käytön sen pohjassa ja suhteellisen pieniarvoiset kondensaattorit. Pienemmät kondensaattorit aiheuttaisivat pienempiä vuotoja ja auttaisivat parantamaan ajoituksen tarkkuutta pitkien kestolaskentajaksojen aikana.

Kuinka laskea haluttujen pitkien viiveiden komponenttiarvot:

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

Missä:

1. Uon jännite kondensaattorin yli
2. Vson syöttöjännite
3. ton kulunut aika syöttöjännitteen soveltamisesta
4. RCon aikavakio RC-latauspiirin

PCB-suunnittelu

Pitkäaikainen ajastin Op-vahvistimilla

Kaikkien analogisten ajastinten (monostabiilien piirien) haittana on, että pyrittäessä saavuttamaan melko pitkät ajanjaksot, RC-aikavakion on oltava vastaavasti merkittävä.

Tämä merkitsee väistämättä yli 1 M: n vastusarvoja, jotka voivat johtaa ajoitusvirheisiin, jotka johtuvat piirin sisällä kulkevasta vuotovastuksesta tai huomattavista elektrolyyttikondensaattoreista, jotka samalla tavoin voivat aiheuttaa ajoitusongelmia niiden vuotokestävyyden vuoksi.

Edellä esitetty opamp-ajastinpiiri saavuttaa ajoitusjaksoja peräti 100 kertaa enemmän aikaa verrattuna tavallisiin piireihin käytettävissä oleviin.

Se saavuttaa tämän alentamalla kondensaattorin latausvirtaa kertoimella 100, mikä parantaa latausaikaa huomattavasti vaatimatta suuriarvoisia latauskondensaattoreita. Piiri toimii seuraavasti:

Kun käynnistys- / nollauspainiketta napsautetaan, C1 purkautuu ja tämä aiheuttaa jännitteen seuraajaksi määritetyn op-vahvistimen IC1 lähdön nollavoltin. Vertailijan IC2 käänteistulo on pienemmällä jännitetasolla kuin ei-invertoiva tulo, joten IC2: n lähtö liikkuu korkealle.

R4: n ympärillä oleva jännite on noin 120 mV, mikä tarkoittaa, että C1 latautuu R2: n kautta noin 120 nA: n virralla, mikä on 100 kertaa pienempi kuin mitä voitaisiin saavuttaa, jos R2 olisi kiinnitetty suoraan positiiviseen syöttöön.

Tarpeetonta sanoa, jos C1: tä olisi ladattu tasaisen 120 mV: n kautta, se voisi saavuttaa tämän jännitteen nopeasti ja lopettaa lataamisen edelleen.

R4: n alempi liitin, joka syötetään takaisin IC1: n lähtöön, varmistaa kuitenkin, että kun jännite C1: n yli nousee, niin myös lähtöjännite ja siten R2: lle annettu latausjännite.

Kun lähtöjännite nousee noin 7,5 volttiin, se ylittää jännitteen, johon R6 ja R7 viittaavat IC2: n ei-invertoivaan tuloon, ja IC2: n lähtö vähenee.

Pieni määrä positiivista palautetta, jonka R8 antaa, estää kaikenlaista IC1: n ulostulossa esiintyvää kohinaa voimistumasta IC2: lla liikkuessaan liipaisupisteestä, koska tämä tuottaa normaalisti vääriä lähtöpulsseja. Ajoituspituus voidaan laskea yhtälöllä:

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

Tämä voi tuntua jonkin verran monimutkaiselta, mutta ilmoitettujen osanumeroiden avulla aikaväli voidaan asettaa niin pitkäksi kuin 100 C1. Tässä C1 on mikrofaradeissa, sanotaan, että jos C1 valitaan 1 µ: ksi, lähtöajanjakso on 100 sekuntia.

Yhtälöstä on hyvin selvää, että ajoitusväliä on mahdollista muuttaa lineaarisesti korvaamalla R2 1 M: n potentiometrillä tai logaritmisesti käyttämällä 10 k: n pottia R6: n ja R7: n sijasta.