2 Beste Langzeit-Timer-Schaltungen erklärt

In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie zwei genaue Zeitschaltkreise mit langer Dauer von 4 bis 40 Stunden erstellen, die weiter aufgerüstet werden können, um noch längere Verzögerungen zu erzielen. Die Konzepte sind voll einstellbar .

Ein Timer in der Elektronik ist im Wesentlichen ein Gerät, das zur Erzeugung von Zeitverzögerungsintervallen zum Schalten einer angeschlossenen Last verwendet wird. Die Zeitverzögerung wird vom Benutzer gemäß den Anforderungen extern eingestellt.

Einführung

Bitte denken Sie daran, dass Sie mit nur einem einzigen 4060-IC oder einem CMOS-IC niemals lange, genaue Verzögerungen erzeugen können.

Ich habe praktisch bestätigt, dass der IC 4060 ab 4 Stunden von seinem Genauigkeitsbereich abweicht.

IC 555 als Verzögerungszeitgeber ist noch schlimmer, es ist fast unmöglich, genaue Verzögerungen auch nur für eine Stunde von diesem IC zu erhalten.

Diese Ungenauigkeit ist hauptsächlich auf den Kondensatorleckstrom und die ineffiziente Entladung des Kondensators zurückzuführen.

ICs wie 4060, IC 555 usw. erzeugen grundsätzlich Schwingungen, die von einigen Hz bis zu vielen Hz einstellbar sind.

Es sei denn, diese ICs sind in ein anderes Teilerzählgerät wie z IC 4017 Es ist möglicherweise nicht möglich, sehr genaue Zeitintervalle zu erhalten. Für 24 Stunden oder sogar Tage und Woche In Intervallen müssen Sie eine Teiler- / Zählerstufe wie unten gezeigt integrieren.

In der ersten Schaltung sehen wir, wie zwei verschiedene Modi von ICs miteinander gekoppelt werden können, um eine effektive Zeitgeberschaltung mit langer Dauer zu bilden.

1) Schaltungsbeschreibung

Bezugnehmend auf den Schaltplan.

1. IC1 ist ein Oszillatorzähler-IC, der aus einer eingebauten Oszillatorstufe besteht und Taktimpulse mit unterschiedlichen Perioden über seine Pins 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15 erzeugt.
2. Der Ausgang von Pin 3 erzeugt das längste Zeitintervall. Daher wählen wir diesen Ausgang für die Einspeisung der nächsten Stufe.
3. Der Topf P1 und der Kondensator C1 von IC1 können zum Einstellen der Zeitspanne an Pin 3 verwendet werden.
4. Je höher die Einstellung der oben genannten Komponenten ist, desto länger ist die Periode an Pin 3.
5. Die nächste Stufe besteht aus dem Dekadenzähler IC 4017, der nichts anderes tut, als das von IC1 erhaltene Zeitintervall auf das Zehnfache zu erhöhen. Dies bedeutet, wenn das von IC1s Pin # 3 erzeugte Zeitintervall 10 Stunden beträgt, würde die an Pin # 11 von IC2 erzeugte Zeit 10 * 10 = 100 Stunden betragen.
6. In ähnlicher Weise würde, wenn die an Pin 3 von IC1 erzeugte Zeit 6 Minuten beträgt, eine hohe Ausgabe von Pin 11 von IC1 nach 60 Minuten oder 1 Stunde bedeuten.
7. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, stellt der Kondensator C2 sicher, dass die Rücksetzstifte beider ICs entsprechend zurückgesetzt werden, so dass die ICs beginnen, von Null anstatt von einer irrelevanten Zwischenzahl zu zählen.
8. Solange die Zählung fortschreitet, bleibt Pin Nr. 11 von IC2 auf logisch niedrig, so dass der Relaistreiber ausgeschaltet bleibt.
9. Nachdem die eingestellte Zeit abgelaufen ist, geht Pin Nr. 11 von IC2 hoch und aktiviert die Transistor- / Relaisstufe und die nachfolgende Last, die mit den Relaiskontakten verbunden ist.
10. Die Diode D1 stellt sicher, dass der Ausgang von Pin Nr. 11 von IC2 die Zählung von IC1 sperrt, indem sie ein Rückkopplungs-Latch-Signal an Pin 11 bereitstellt.
    Somit rastet der gesamte Timer ein, bis der Timer ausgeschaltet und erneut gestartet wird, um den gesamten Vorgang zu wiederholen.

Liste der Einzelteile

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

Leiterplattenlayout

Formel zur Berechnung der Verzögerungsausgabe für IC 4060

Verzögerungszeit = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frequenz = 1 / 2,2 Rt.Ct.

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Hinzufügen von Wahlschalter und LEDs

Das obige Design könnte durch einen Wahlschalter und sequentielle LEDs weiter verbessert werden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Wie es funktioniert

Das Hauptelement der Zeitschaltung ist eine 4060-CMOS-Vorrichtung, die aus einem Oszillator zusammen mit einem 14-stufigen Teiler besteht.

Die Frequenz des Oszillators könnte durch das Potentiometer P1 eingestellt werden, so dass der Ausgang bei Q13 ungefähr einen einzelnen Impuls pro Stunde beträgt.

Die Periode dieses Taktschlags kann extrem schnell sein (ungefähr 100 ns), da zusätzlich der gesamte 4060 IC über die Diode D8 zurückgesetzt wird.

Der Taktimpuls 'einmal pro Stunde' wird an den zweiten (durch zehn teilenden) Zähler, den 4017 IC, gegeben. Einer von mehreren Ausgängen dieses Zählers wird zu jedem Zeitpunkt logisch hoch (logisch eins) sein.

Wenn der 4017 zurückgesetzt wird, geht der Ausgang Q0 hoch. Unmittelbar nach einer Stunde wird der Ausgang Q0 niedrig und der Ausgang Q1 kann hoch werden usw. Der Schalter S1 ermöglicht es dem Benutzer, ein Zeitintervall von einer bis sechs Stunden zu wählen.

Wenn der gewählte Ausgang hoch wird, schaltet sich der Transistor aus und das Relais wird ausgeschaltet (wodurch die angeschlossene Last ausgeschaltet wird).

Sobald der Freigabeeingang des 4017 weiterhin an den Scheibenwischer von S1 angeschlossen ist, haben alle nachfolgenden Taktimpulse keine Auswirkung auf den Zähler. Das Gerät befindet sich folglich weiterhin im ausgeschalteten Zustand, bis der Benutzer den Rücksetzschalter betätigt.

Der 4050 CMOS-Puffer-IC ist zusammen mit den 7 LEDs integriert, um den Stundenbereich anzuzeigen, der im Wesentlichen vergangen sein kann. Diese Teile könnten natürlich entfernt werden, falls keine Anzeige der abgelaufenen Zeit erforderlich ist.

Die Quellenspannung für diesen Stromkreis ist nicht wirklich entscheidend und kann zwischen 5 und 15 V liegen. Der Stromverbrauch des Stromkreises mit Ausnahme des Relais liegt im Bereich von 15 mA.

Es ist ratsam, eine Quellenspannung auszuwählen, die möglicherweise den Spezifikationen des Relais entspricht, um sicherzustellen, dass Probleme vermieden werden. Der BC 557-Transistor kann einen Strom von 70 mA verarbeiten. Stellen Sie daher sicher, dass die Relaisspulenspannung für diesen Strombereich ausgelegt ist

2) Nur BJTs verwenden

Der nächste Entwurf erklärt eine Zeitschaltung mit sehr langer Dauer, die nur ein paar Transistoren für die beabsichtigten Operationen verwendet.

Zeitschaltkreise mit langer Dauer umfassen normalerweise ICs für die Verarbeitung, da das Ausführen von Verzögerungen mit langer Dauer eine hohe Präzision und Genauigkeit erfordert, die nur unter Verwendung von ICs möglich ist.

Verzögerungen mit hoher Genauigkeit erzielen

Selbst unser eigener IC 555 wird hilflos und ungenau, wenn von ihm Verzögerungen von langer Dauer erwartet werden.

Das angetroffene Schwierigkeit, hohe Genauigkeit mit langen aufrechtzuerhalten Dauer Grundsätzlich handelt es sich um das Problem der Leckspannung und die inkonsistente Entladung der Kondensatoren, die zu falschen Startschwellen für den Timer führt und Fehler im Timing für jeden Zyklus erzeugt.

Die Leckagen und inkonsistenten Entladungsprobleme werden proportional größer, wenn die Kondensatorwerte größer werden, was für lange Intervalle unerlässlich wird.

Daher könnte es fast unmöglich sein, Zeitgeber mit langer Dauer mit gewöhnlichen BJTs herzustellen, da diese Geräte allein zu einfach sein könnten und für solch komplexe Implementierungen nicht erwartet werden können.

Wie kann eine Transistorschaltung lange, genaue Zeitintervalle erzeugen?

Die folgende Transistorschaltung behandelt die oben diskutierten Probleme glaubwürdig und kann verwendet werden, um ein Timing mit langer Dauer mit einer angemessen hohen Genauigkeit (+/- 2%) zu erfassen.

Dies ist einfach auf die effektive Entladung des Kondensators bei jedem neuen Zyklus zurückzuführen. Dies stellt sicher, dass die Schaltung bei Null beginnt, und ermöglicht genaue identische Zeiträume für das ausgewählte RC-Netzwerk.

Schaltplan

Die Schaltung kann mit Hilfe der folgenden Diskussion verstanden werden:

Wie es funktioniert

Ein kurzes Drücken des Druckknopfs lädt den 1000uF-Kondensator vollständig auf und löst den NPN BC547-Transistor aus, wobei die Position auch nach dem Loslassen des Schalters aufgrund der langsamen Entladung des 1000uF über den 2M2-Widerstand und den Emitter des NPN beibehalten wird.

Durch Auslösen des BC547 wird auch der PNP BC557 eingeschaltet, der wiederum das Relais und die angeschlossene Last einschaltet.

Die obige Situation hält an, solange der 1000uF nicht unter den Grenzwerten der beiden Transistoren entladen wird.

Die oben diskutierten Operationen sind ziemlich einfach und machen eine gewöhnliche Zeitgeberkonfiguration, die mit ihrer Leistung möglicherweise zu ungenau ist.

Wie die 1K und 1N4148 funktionieren

Durch das Hinzufügen des 1K / 1N4148-Netzwerks wird die Schaltung jedoch aus den folgenden Gründen sofort in einen äußerst genauen Zeitgeber für lange Dauer umgewandelt.

Die 1K- und die 1N4148-Verbindung stellen sicher, dass jedes Mal, wenn die Transistoren den Latch aufgrund unzureichender Ladung im Kondensator aufbrechen, die Restladung im Kondensator über die Relaisspule über die obige Widerstands- / Diodenverbindung vollständig entladen werden muss.

Das obige Merkmal stellt sicher, dass der Kondensator für den nächsten Zyklus vollständig entleert und leer ist und somit einen sauberen Start von Null erzeugen kann.

Ohne das obige Merkmal wäre der Kondensator nicht in der Lage, sich vollständig zu entladen, und die Restladung im Inneren würde undefinierte Startpunkte induzieren, was die Verfahren ungenau und inkonsistent macht.

Die Schaltung könnte noch weiter verbessert werden, indem ein Darlington-Paar für das NPN verwendet wird, das die Verwendung von Widerständen mit viel höherem Wert an seiner Basis und von Kondensatoren mit proportional niedrigem Wert ermöglicht. Kondensatoren mit niedrigerem Wert würden geringere Leckagen erzeugen und dazu beitragen, die Zeitgenauigkeit während der langen Zählperioden zu verbessern.

So berechnen Sie die Komponentenwerte für die gewünschten langen Verzögerungen:

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

Wo:

1. U.ist die Spannung am Kondensator
2. Vsist die Versorgungsspannung
3. tist die seit dem Anlegen der Versorgungsspannung verstrichene Zeit
4. RCist der Zeitkonstante der RC-Ladeschaltung

PCB Design

Langzeit-Timer mit Operationsverstärkern

Der Nachteil aller analogen Zeitgeber (monostabile Schaltungen) besteht darin, dass die RC-Zeitkonstante entsprechend erheblich sein muss, um ziemlich lange Zeiträume zu erreichen.

Dies impliziert unweigerlich Widerstandswerte von mehr als 1 M, die zu Zeitsteuerungsfehlern führen können, die durch Streuwiderstand innerhalb der Schaltung verursacht werden, oder erhebliche Elektrolytkondensatoren, die aufgrund ihres Leckwiderstands ebenfalls Zeitprobleme verursachen können.

Die oben gezeigte Operationsverstärker-Timerschaltung erreicht Zeitperioden, die bis zu 100-mal länger sind als diejenigen, auf die mit regulären Schaltungen zugegriffen werden kann.

Dies wird erreicht, indem der Ladestrom des Kondensators um den Faktor 100 gesenkt wird, wodurch die Ladezeit drastisch verbessert wird, ohne dass hochwertige Ladekondensatoren erforderlich sind. Die Schaltung funktioniert folgendermaßen:

Wenn auf die Start / Reset-Taste geklickt wird, wird C1 entladen, und dies führt dazu, dass der Ausgang des Operationsverstärkers IC1, der als Spannungsfolger konfiguriert ist, Null Volt wird. Der invertierende Eingang des Komparators IC2 hat einen reduzierten Spannungspegel als der nichtinvertierende Eingang, daher bewegt sich der Ausgang des IC2 hoch.

Die Spannung um R4 beträgt ungefähr 120 mV, was bedeutet, dass C1 über R2 mit einem Strom von ungefähr 120 nA aufgeladen wird, was 100-mal weniger ist als das, was erreicht werden könnte, wenn R2 direkt an die positive Versorgung angeschlossen worden wäre.

Es ist unnötig zu erwähnen, dass C1, wenn es über eine konstante Spannung von 120 mV geladen worden wäre, diese Spannung schnell erreichen und den Ladevorgang nicht mehr fortsetzen könnte.

Der untere Anschluss von R4, der zum Ausgang von IC1 zurückgeführt wird, stellt jedoch sicher, dass mit steigender Spannung an C1 auch die Ausgangsspannung und damit die Ladespannung an R2 ansteigt.

Sobald die Ausgangsspannung auf ungefähr 7,5 Volt ansteigt, übersteigt sie die am nichtinvertierenden Eingang von IC2 durch R6 und R7 bezogene Spannung, und der Ausgang von IC2 wird niedrig.

Eine winzige Menge positiver Rückkopplung, die von R8 geliefert wird, verhindert, dass irgendeine Art von Rauschen, das am Ausgang von IC1 vorhanden ist, von IC2 verstärkt wird, wenn es sich vom Triggerpunkt bewegt, da dies normalerweise falsche Ausgangsimpulse erzeugt. Die Zeitlänge kann durch die folgende Gleichung berechnet werden:

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

Dies mag etwas komplex erscheinen, aber mit den angegebenen Teilenummern kann das Zeitintervall auf 100 C1 eingestellt werden. Hier befindet sich C1 in Mikrofarad. Wenn C1 als 1 µ ausgewählt ist, beträgt das Ausgabezeitintervall 100 Sekunden.

Aus der Gleichung geht sehr klar hervor, dass es möglich ist, das Zeitintervall linear durch Ersetzen von R2 durch ein 1 M-Potentiometer oder logarithmisch durch Verwenden eines 10-k-Topfes anstelle von R6 und R7 zu variieren.