Objašnjena 2 najbolja dugotrajna kruga odbrojavanja

U ovom postu učimo kako napraviti 2 točna kruga timera dugog trajanja u rasponu od 4 sata do 40 sati, koji se mogu dodatno nadograditi za dobivanje još dužih kašnjenja. Koncepti su potpuno podesiva .

Tajmer u elektronici je u osnovi uređaj koji se koristi za izradu intervala vremenskog kašnjenja za prebacivanje povezanog opterećenja. Vremensko kašnjenje korisnik postavlja eksterno prema zahtjevu.

Uvod

Imajte na umu da nikada ne možete proizvesti duga točna kašnjenja koristeći samo jedan IC 4060 ili bilo koji CMOS IC.

Praktički sam potvrdio da nakon 4 sata IC 4060 počinje odstupati od svog područja točnosti.

IC 555 kao tajmer odgode je još gori, gotovo je nemoguće dobiti točna kašnjenja čak i sat vremena s ovog IC-a.

Ova netočnost uglavnom je posljedica struje propuštanja kondenzatora i neučinkovitog pražnjenja kondenzatora.

IC-ovi poput 4060, IC 555 itd. U osnovi generiraju oscilacije koje se mogu prilagoditi od nekoliko Hz do mnogih Hz.

Osim ako su ovi IC integrirani s drugim uređajem za razdvajanje brojača kao što je IC 4017 , dobivanje vrlo visokih točnih vremenskih intervala možda neće biti moguće. Za dobivanje 24 sata ili čak dana i tjedna intervale koje ćete imati integrirati razdjelnik / brojač kao što je prikazano dolje.

U prvom krugu vidimo kako se dva različita načina IC-a mogu povezati u jedan učinkovit dugotrajni krug timera.

1) Opis kruga

Pozivajući se na shemu spojeva.

1. IC1 je brojač oscilatora IC koji se sastoji od ugrađenog stupnja oscilatora i generira impulse takta s različitim razdobljima preko svojih pinova 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Izlaz iz pina 3 proizvodi najduži vremenski interval, pa stoga odabiremo ovaj izlaz za ulazak u sljedeću fazu.
3. Lonac P1 i kondenzator C1 od IC1 mogu se koristiti za podešavanje vremenskog raspona na zatiču 3.
4. Što je veća postavka gore navedenih komponenata, to je dulji period na pin 3.
5. Sljedeća se faza sastoji od desetljetnog brojača IC 4017 koji ne radi ništa drugo nego povećava vremenski interval dobiven od IC1 na deset puta. To znači da ako je vremenski interval koji generira IC1s pin # 3 10 sati, vrijeme generirano na pinu 11 IC2 bilo bi 10 * 10 = 100 sati.
6. Slično tome, ako vrijeme generirano na pinu br. 3 IC1 iznosi 6 minuta, značilo bi velik izlaz iz pina br. 11 IC1 nakon 60 minuta ili 1 sata.
7. Kad se napajanje uključi, kondenzator C2 osigurava da se pinovi za resetiranje obje IC-a prikladno resetiraju, tako da IC-ovi počinju brojati od nule, a ne od neke nebitne srednje vrijednosti.
8. Sve dok brojanje napreduje, pin # 11 IC2 ostaje na logički niskoj razini, tako da se pokretač releja drži ISKLJUČENO.
9. Nakon isteka postavljenog vremena, pin # 11 IC2 ide visoko aktivirajući stupanj tranzistora / releja i naknadno opterećenje povezano s kontaktima releja.
10. Dioda D1 osigurava da izlaz s pina # 11 IC2 zaključa brojanje IC1 pružajući povratni signal zasuna na svom pinu # 11.
    Stoga cijeli tajmer zaskoči dok se tajmer ne isključi i ponovno pokrene za ponavljanje cijelog postupka.

Popis dijelova

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

Izgled PCB-a

Formula za izračunavanje izlaza kašnjenja za IC 4060

Kašnjenje = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frekvencija = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Dodavanje prekidača za odabir i LED dioda

Gornji dizajn mogao bi se dodatno poboljšati pomoću prekidača za odabir i sekvencijalnih LED-a, kao što je naznačeno na sljedećem dijagramu:

Kako radi

Glavni element vremenskog kruga je 4060 CMOS uređaj, koji se sastoji od oscilatora zajedno s 14 stupnjevnim razdjelnikom.

Frekvencija oscilatora mogla bi se podesiti kroz potenciometar P1 kako bi izlaz na Q13 bio oko jednog impulsa svaki sat.

Razdoblje otkucaja takta moglo bi biti izuzetno brzo (oko 100 ns), jer dodatno resetira cijelih 4060 IC putem diode D8.

Impuls takta 'jednom na sat' daje se na drugi brojač (podijeljeno s deset), 4017 IC. Jedan od nekoliko izlaza ovog brojača bit će logički visok (logički) u bilo kojem trenutku.

Kad se resetira 4017, izlaz Q0 postaje visok. Odmah nakon jednog sata, izlaz Q0 će se smanjiti, a izlaz Q1 može postati visok, itd. Prekidač S1 kao rezultat omogućuje korisniku da odabere vremenski interval od jednog do šest sati.

Kada odabrani izlaz postane visok, tranzistor se isključuje i relej se ISKLJUČUJE (čime se isključuje priključeno opterećenje).

Jednom kada je ulaz za omogućavanje 4017 nadalje priključen na brisač S1, ispada da svi sljedeći impulsi takta nemaju utjecaja na brojač. Uređaj će prema tome biti u stanju ISKLJUČENO sve dok korisnik ne pritisne prekidač za resetiranje.

IC međuspremnik 4050 CMOS zajedno sa 7 LED dioda ugrađeni su kako bi pružili naznaku raspona sati koji su u biti mogli proteći. Ti bi se dijelovi očito mogli ukloniti u slučaju da prikaz proteklog vremena nije potreban.

Izvorni napon za ovaj krug zapravo nije presudan i mogao bi pokriti bilo što od 5 i 15 V. Trenutna upotreba kruga, isključujući relej, bit će u rasponu od 15 mA.

Preporučljivo je odabrati napon izvora koji može odgovarati specifikacijama releja, kako bi se izbjegli problemi. Tranzistor BC 557 može podnijeti struju od 70 mA, zato provjerite je li napon zavojnice releja nominalan u ovom rasponu struje

2) Korištenje samo BJT-ova

Sljedeći dizajn objašnjava vrlo dugo trajanje kruga odbrojavanja koji koristi samo nekoliko tranzistora za predviđene operacije.

Dugotrajni krugovi odbrojavanja obično uključuju IC-ove za obradu, jer izvršavanje dugotrajnih kašnjenja zahtijeva visoku preciznost i točnost koja je moguća samo ako se koriste IC-ovi.

Postizanje kašnjenja visoke točnosti

Čak i naš vlastiti IC 555 postaje bespomoćan i neprecizan kada se od njega očekuju dugotrajna kašnjenja.

Naišli poteškoća u održavanju visoke točnosti s dugom trajanje je u osnovi problem napona curenja i nedosljedno pražnjenje kondenzatora što dovodi do pogrešnih početnih pragova za tajmer koji proizvode pogreške u vremenu za svaki ciklus.

Propuštanja i neusklađena pražnjenja postaju proporcionalno veća kako vrijednosti kondenzatora postaju veće što postaje imperativ za dobivanje dužih intervala.

Stoga bi izrada dugotrajnih tajmera s uobičajenim BJT-ovima mogla biti gotovo nemoguća, jer ovi uređaji sami po sebi mogu biti previše osnovni i ne mogu se očekivati ​​za tako složene implementacije.

Pa kako tranzistorski krug može proizvesti dugačke točne vremenske intervale?

Sljedeći tranzistorski krug vjerovatno rješava gore raspravljena pitanja i može se koristiti za postizanje dugotrajnog mjerenja vremena s razumno velikom točnošću (+/- 2%).

To je jednostavno zbog učinkovitog pražnjenja kondenzatora u svakom novom ciklusu, što osigurava da krug započinje od nule i omogućuje točno identična vremenska razdoblja za odabranu RC mrežu.

Kružni dijagram

Sklop se može razumjeti uz pomoć sljedeće rasprave:

Kako radi

Kratkotrajno pritiskanje tipke u potpunosti napuni kondenzator od 1000uF i aktivira tranzistor NPN BC547, zadržavajući položaj čak i nakon otpuštanja prekidača zbog sporog pražnjenja 1000uF kroz otpornik 2M2 i emiter NPN-a.

Okidanje BC547 također uključuje PNP BC557 koji zauzvrat uključuje relej i priključeno opterećenje.

Gore navedena situacija traje sve dok se 1000uF ne isprazni ispod graničnih razina dvaju tranzistora.

Gore spomenute operacije prilično su osnovne i čine uobičajenu konfiguraciju timera koja može biti previše netočna sa svojim performansama.

Kako funkcioniraju 1K i 1N4148

Međutim, dodavanje mreže 1K / 1N4148 trenutno transformira sklop u izuzetno precizan dugotrajni mjerač vremena iz sljedećih razloga.

Veza 1K i 1N4148 osiguravaju da se svaki put kad tranzistori slome zasun zbog nedovoljnog punjenja u kondenzatoru, preostali naboj unutar kondenzatora bude prisiljen u potpunosti se isprazniti kroz gornju vezu otpornika / diode preko zavojnice releja.

Gornja značajka osigurava da se kondenzator u potpunosti isprazni i isprazni tijekom sljedećeg ciklusa te je tako u stanju proizvesti čisti start od nule.

Bez gore navedene značajke kondenzator se ne bi mogao potpuno isprazniti, a zaostali naboj unutar inducirao bi nedefinirane početne točke što bi postupke činilo netočnim i nedosljednim.

Krug bi se mogao još poboljšati korištenjem Darlingtonovog para za NPN koji omogućava upotrebu otpora puno veće vrijednosti u osnovi i kondenzatora proporcionalno male vrijednosti. Kondenzatori manje vrijednosti proizveli bi manje curenje i pomogli poboljšati preciznost vremena tijekom dugotrajnog brojanja.

Kako izračunati vrijednosti komponenata za željena duga kašnjenja:

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

Gdje:

1. Uje napon na kondenzatoru
2. Vsje napon napajanja
3. tje proteklo vrijeme od primjene napona napajanja
4. RCje vremenska konstanta RC kruga za punjenje

Dizajn PCB-a

Dugotrajni tajmer pomoću opcijskih pojačala

Nedostatak svih analognih odbrojavanja (monostabilni krugovi) je da, u nastojanju da se postignu prilično duga vremenska razdoblja, RC vremenska konstanta mora biti odgovarajuće značajna.

To neizbježno podrazumijeva vrijednosti otpora veće od 1 M, što može rezultirati vremenskim pogreškama uzrokovanim zalutalim otporom propuštanja u krugu ili značajnim elektrolitskim kondenzatorima, koji na sličan način mogu stvoriti vremenske probleme zbog njihove otpornosti na curenje.

Gore prikazani krug tajmera opcijskog postiže vremenska razdoblja čak 100 puta više vremena u usporedbi s onima kojima se može pristupiti uobičajenim krugovima.

To postiže smanjenjem struje punjenja kondenzatora kroz faktor 100, posljedično drastično poboljšavajući vrijeme punjenja, bez potrebe za kondenzatorima za punjenje velike vrijednosti. Krug djeluje na sljedeći način:

Kada se klikne gumb za pokretanje / resetiranje, C1 se prazni i to dovodi do toga da izlaz opcijskog pojačala IC1, koji je konfiguriran kao sljednik napona, postane nula volti. Invertirajući ulaz komparatora IC2 nalazi se na smanjenoj naponskoj razini od neinvertirajućih ulaza, stoga se izlaz IC2 kreće visoko.

Napon oko R4 je oko 120 mV, što znači da se C1 puni preko R2 strujom od približno 120 nA, što prema procjenama treba biti 100 puta manje od onoga što bi se moglo postići u slučaju da je R2 bio priključen izravno na pozitivnu opskrbu.

Nepotrebno je reći da se C1 punio kroz konstantnih 120 mV mogao bi brzo postići taj napon i prestati puniti dalje.

Međutim, donji priključak R4 koji se vraća na izlaz IC1 osigurava da kako raste napon na C1, tako raste i izlazni napon, a time i napon punjenja koji se daje R2.

Jednom kada se izlazni napon popne na približno 7,5 volti, on premašuje napon upućen na neinvertirajući ulaz IC2 s R6 i R7, a izlaz IC2 postaje nizak.

Mala količina pozitivnih povratnih informacija koje isporučuje R8 sprečava bilo kakvu vrstu buke koja postoji na izlazu IC1 da se pojača od strane IC2 dok se kreće od okidačke točke, jer to obično proizvodi lažne izlazne impulse. Duljina vremena može se izračunati jednadžbom:

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

To se može činiti pomalo složenim, ali s naznačenim brojevima dijelova vremenski interval može se postaviti sve dok 100 C1. Ovdje je C1 u mikrofaradima, recimo ako je C1 odabran kao 1 µ, tada će izlazni vremenski interval biti 100 sekundi.

Iz jednadžbe je vrlo jasno da je moguće vremenski interval linearno mijenjati zamjenom R2 potenciometrom od 1 M ili logaritamski uporabom 10 k lonca umjesto R6 i R7.