הסבירו 2 המעגלים הטובים ביותר לטיימר ארוך

בפוסט זה אנו לומדים כיצד ליצור 2 מעגלי טיימר ארוכים מדויקים הנעים בין 4 שעות ל -40 שעות, אותם ניתן לשדרג עוד יותר כדי לקבל עיכובים ארוכים עוד יותר. המושגים הם מתכוונן לחלוטין .

טיימר באלקטרוניקה הוא למעשה מכשיר המשמש לייצור מרווחי עיכוב זמן למיתוג עומס מחובר. עיכוב הזמן נקבע באופן חיצוני על ידי המשתמש בהתאם לדרישה.

מבוא

זכור כי לעולם אינך יכול לייצר עיכובים ארוכים ומדויקים באמצעות IC 4060 יחיד בלבד או IC IC כלשהו.

אישרתי כמעט שמעבר לארבע שעות IC 4060 מתחיל לסטות מתחום הדיוק שלו.

IC 555 כטיימר לעיכוב הוא גרוע עוד יותר, כמעט בלתי אפשרי לקבל עיכובים מדויקים אפילו למשך שעה מה- IC הזה.

אי דיוק זה נובע בעיקר מזרם דליפת קבלים, ופריקה לא יעילה של הקבל.

מכשירי IC כמו 4060, IC 555 וכו 'מייצרים בעצם תנודות הניתנות להתאמה בין כמה הרץ למספר הרץ.

אלא אם כן IC משולבים במכשיר אחר נגד דלפק IC 4017 , קבלת מרווחי זמן מדויקים מאוד עשויה שלא להיות ריאלית. לקבלת 24 שעות, או אפילו ימים ושבועות במרווחים יהיה לך לשלב שלב מחלק / נגד כמוצג להלן.

במעגל הראשון אנו רואים כיצד ניתן לחבר שני מצבים שונים של IC ליצירת מעגל טיימר יעיל לאורך זמן.

1) תיאור המעגל

בהתייחס לתרשים המעגל.

1. IC1 הוא מונה מתנד IC המורכב משלב מתנד מובנה ויוצר פעימות שעון עם תקופות משתנות על פני הסיכות שלו 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. הפלט מסיכה 3 מייצר את מרווח הזמן הארוך ביותר ולכן אנו בוחרים פלט זה להזנת השלב הבא.
3. הסיר P1 והקבל C1 של IC1 יכולים לשמש להתאמת טווח הזמן בסיכה 3.
4. ככל שההגדרה של הרכיבים הנ'ל גבוהה יותר, כך תקופת הסיכה מספר 3 ארוכה יותר.
5. השלב הבא מורכב ממונה עשור IC 4017 שאינו עושה דבר מלבד להגדיל את מרווח הזמן המתקבל מ- IC1 לעשרה קיפולים. המשמעות היא שאם מרווח הזמן שנוצר על ידי סיכה IC1s מספר 3 הוא 10 שעות, הזמן שנוצר בסיכה מספר 11 של IC2 יהיה 10 * 10 = 100 שעות.
6. באופן דומה אם הזמן שנוצר בסיכה מס '3 של IC1 הוא 6 דקות, פירושו תפוקה גבוהה מסיכה 11 של IC1 לאחר 60 דקות או שעה.
7. כאשר ההפעלה מופעלת, הקבל C2 מוודא שסיכות האיפוס של שני ה- IC מתאפסות כראוי, כך שה- ICs מתחילים לספור מאפס ולא מדמות ביניים לא רלוונטית.
8. כל עוד הספירה מתקדמת, סיכה 11 של IC2 נשארת נמוכה בהיגיון, כך שמנהל הממסר מוחזק כבוי.
9. לאחר תום העיתוי שנקבע, סיכה מס '11 של IC2 עולה גבוה ומפעילה את שלב הטרנזיסטור / ממסר ואת העומס הבא המחובר למגעי הממסר.
10. הדיודה D1 מבטיחה שהפלט מהסיכה מספר 11 של IC2 נועל את ספירת ה- IC1 על ידי מתן אות תפס חזרה על סיכה מספר 11 שלו.
    כך כל הטיימר ננעל עד לכיבוי הטיימר ומופעל מחדש שוב על מנת לחזור על התהליך כולו.

רשימת חלקים

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

פריסת PCB

נוסחה לחישוב תפוקת עיכוב עבור IC 4060

תקופת עיכוב = 2.2 Rt.Ct.2 (N -1)

תדר = 1 / 2.2 RtCt

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

הוספת מתג ובורר נוריות

ניתן לשפר את העיצוב שלעיל באמצעות מתג בורר ונוריות רצף, כמצוין בתרשים הבא:

איך זה עובד

האלמנט העיקרי במעגל התזמון הוא מכשיר 4060 CMOS, המורכב מתנד יחד עם מחלק 14 שלבים.

ניתן לשנות את תדירות המתנד דרך פוטנציומטר P1 על מנת שהפלט ב- Q13 יהיה סביב דופק יחיד בכל שעה.

תקופת פעימות השעון הזו עשויה להיות מהירה ביותר (בערך 100 ns), מכיוון שהיא מאפסת בנוסף את כל 4060 IC באמצעות דיודה D8.

דופק השעון 'פעם בכל שעה' ניתן לדלפק השני (חלקי עשר), 4017 IC. אחת ממספר הפלטים של הדלפק הזה תהיה גבוהה בהיגיון (לוגיקה) בכל רגע נתון.

כאשר האיפוס של 4017, פלט Q0 עולה גבוה. מיד לאחר שעה, פלט Q0 יהפוך נמוך ופלט Q1 עשוי להיות גבוה וכו '. מתג S1 כתוצאה מכך מאפשר למשתמש לבחור מרווח זמן בין שעה לשש שעות.

כאשר הפלט הנבחר הופך גבוה, הטרנזיסטור נכבה והממסר נכבה (ובכך מכבה את העומס המחובר).

לאחר שקלט האפשרויות של ה- 4017 עוד יותר מחובר למגב של S1, כל פעימות השעון שלאחר מכן מתגלות כלא משפיעות על הדלפק. כתוצאה מכך המכשיר ימשיך להיות במצב כבוי עד שמתג האיפוס יתבצע על ידי המשתמש.

IC 5050 חיץ CMOS יחד עם 7 נוריות ה- LED משולבים כדי להצביע על טווח השעות שעשוי לחלוף למעשה. ניתן להסיר, כמובן, חלקים אלה במקרה שאין צורך בתצוגת זמן שחלף.

מתח המקור למעגל זה אינו ממש קריטי ויכול לכסות כל דבר שבין 5 ל 15 V, השימוש הנוכחי במעגל, למעט הממסר, יהיה בטווח של 15 mA.

מומלץ לבחור מתח מקור העשוי להתאים למפרט הממסר, כדי להבטיח הימנעות מבעיות. הטרנזיסטור BC 557 יכול להתמודד עם זרם של 70 mA, לכן וודא שמתח סליל הממסר מדורג בטווח הנוכחי הזה.

2) שימוש רק ב- BJT

התכנון הבא מסביר מעגל טיימר ארוך מאוד שמשתמש רק בכמה טרנזיסטורים לצורך הפעולות המיועדות.

מעגלי טיימר לאורך זמן כוללים בדרך כלל ICs לעיבוד מכיוון שביצוע עיכובים ארוכים דורש דיוק ודיוק גבוהים אשר אפשריים רק באמצעות ICs.

השגת עיכובי דיוק גבוהים

אפילו IC 555 משלנו הופך לחסר אונים ולא מדויק כאשר מצפים ממנו עיכובים ארוכים.

המפגש קושי לשמור על דיוק גבוה לאורך זמן מֶשֶׁך הוא בעצם נושא מתח הדליפה, והפריקה הלא עקבית של הקבלים מה שמוביל לסף התחלה שגוי עבור הטיימר ומייצר שגיאות בתזמון לכל מחזור.

נזילות ובעיות פריקה לא עקביות גדלות באופן יחסי ככל שערכי הקבל הולכים וגדלים והופכים להיות הכרחית לקבלת מרווחים ארוכים.

לכן ביצוע טיימרים ארוכים עם BJT רגילים יכול להיות כמעט בלתי אפשרי מכיוון שהתקנים אלה בלבד יכולים להיות בסיסיים מדי ולא ניתן לצפות ליישומים מורכבים כאלה.

אז איך מעגל טרנזיסטור יכול לייצר מרווחי זמן ארוכים מדויקים?

מעגל הטרנזיסטור הבא מטפל בנושאים הנדונים לעיל באופן אמין וניתן להשתמש בו לרכישת תזמון משך זמן בדיוק די סביר (+/- 2%).

זה פשוט בגלל פריקה יעילה של הקבל בכל מחזור חדש, זה מבטיח שהמעגל מתחיל מאפס, ומאפשר פרקי זמן זהים מדויקים עבור רשת RC שנבחרה.

תרשים מעגלים

ניתן להבין את המעגל בעזרת הדיון הבא:

איך זה עובד

לחיצה רגעית על כפתור הלחיצה טוענת את הקבל 1000uF במלואה ומפעילה את הטרנזיסטור NPN BC547, תוך שמירה על המיקום גם לאחר שחרור המתג עקב פריקה איטית של 1000uF דרך הנגד 2M2 והפולט של ה- NPN.

הפעלת ה- BC547 מפעילה גם את ה- PNP BC557 אשר בתורו מפעיל את הממסר והעומס המחובר.

המצב הנ'ל מתקיים כל עוד 1000UF אינו משוחרר מתחת לרמות הניתוק של שני הטרנזיסטורים.

הפעולות הנדונות לעיל הן די בסיסיות ויוצרות תצורת טיימר רגילה שעשויה להיות לא מדויקת מדי עם הביצועים שלה.

איך 1K ו- 1N4148 עובדים

עם זאת תוספת של רשת 1K / 1N4148 הופכת באופן מיידי את המעגל לטיימר ארוך מאוד מדויק מהסיבות הבאות.

הקישור 1K וה- 1N4148 מבטיח שבכל פעם שהטרנזיסטורים מפרקים את התפס בגלל מטען לא מספיק בקבל, המטען השיורי בתוך הקבל נאלץ לפרוק באופן מלא דרך קישור הנגד / דיודה הנ'ל דרך סליל הממסר.

התכונה הנ'ל מוודאת כי הקבל מנוקה לחלוטין וריק למחזור הבא וכך הוא מסוגל לייצר התחלה נקייה מאפס.

ללא התכונה הנ'ל הקבל לא יוכל לפרוק לחלוטין והמטען השיורי בפנים יגרום לנקודות התחלה לא מוגדרות שהופכות את ההליכים לא מדויקים ולא עקביים.

המעגל יכול להיות משופר עוד יותר על ידי שימוש בזוג דרלינגטון עבור ה- NPN המאפשר שימוש בנגדים בעלי ערך גבוה בהרבה בבסיסים ובקבלים בעלי ערך יחסי. קבלים בעלי ערך נמוך יותר יפיקו דליפות נמוכות יותר ויעזרו בשיפור דיוק התזמון בתקופות הספירה הארוכות.

כיצד לחשב את ערכי הרכיבים עבור העיכובים הארוכים הרצויים:

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

איפה:

1. Uהוא המתח על פני הקבל
2. לעומתהוא מתח האספקה
3. tהוא הזמן שחלף מאז החלת מתח האספקה
4. RCהאם ה זמן קבוע של מעגל הטעינה RC

עיצוב PCB

טיימר לטווח הארוך באמצעות מגברי אופ

החיסרון של כל הטיימרים האנלוגיים (מעגלים מונו-מונבולים) הוא שבמאמץ להשיג פרקי זמן ארוכים למדי, קבוע הזמן של RC צריך להיות משמעותי בהתאמה.

זה בהכרח מרמז על ערכי נגדים הגדולים מ -1 מ ', העלולים לגרום לטעויות תזמון הנגרמות כתוצאה מהתנגדות דליפה תועה במעגל, או קבלים אלקטרוליטיים משמעותיים, אשר באופן דומה יכולים ליצור בעיות תזמון בגלל התנגדות הדליפה שלהם.

מעגל הטיימר המגבר המוצג לעיל משיג תקופות תזמון של עד פי 100 יותר זמן בהשוואה לאלה הנגישים באמצעות מעגלים רגילים.

זה משיג זאת על ידי הורדת זרם טעינת הקבלים באמצעות גורם של 100, וכתוצאה מכך משפר את זמן הטעינה באופן דרסטי, מבלי לדרוש קבלים טעינה בעלי ערך גבוה. המעגל פועל באופן הבא:

כאשר לוחצים על כפתור ההתחלה / האיפוס C1 משתחרר וזה גורם ליציאה של מגבר OP IC1, שמוגדר כעוקב מתח, להפוך לאפס וולט. הקלט ההפוך של המשווה IC2 נמצא ברמת מתח מופחתת מאשר הקלט שאינו הופך, ומכאן שהפלט של IC2 נע גבוה.

המתח סביב R4 הוא סביב 120 mV, מה שאומר ש- C1 נטען דרך R2 עם זרם של כ -120 nA, מה שנראה פחות מפי 100 ממה שניתן היה להשיג במקרה R2 היה מחובר ישירות לאספקה ​​חיובית.

למותר לציין שאם C1 היה טעון באמצעות 120 mV עקבי הוא יכול היה להשיג מתח זה במהירות ולהפסיק את הטעינה עוד יותר.

עם זאת, המסוף התחתון של R4 המוזן חזרה לפלט של IC1 מבטיח שככל שהמתח על פני C1 יעלה כך מתח המוצא ולכן מתח הטעינה שניתן ל- R2.

ברגע שמתח המוצא מטפס לכ- 7.5 וולט הוא עולה על המתח המתייחס בכניסה הלא-הפיכה של IC2 ב- R6 ו- R7, וההספק של IC2 הופך נמוך.

כמות זעירה של משוב חיובי המסופק על ידי R8 מונעת כל סוג של רעש הקיים ביציאת IC1 מלהיות מוגבר על ידי IC2 כאשר הוא נע מנקודת ההדק, מכיוון שבדרך כלל זה מייצר פעימות פלט כוזבות. ניתן לחשב את אורך התזמון על ידי המשוואה:

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

זה אולי נראה מורכב במקצת, אך עם מספרי החלקים המצוינים ניתן להגדיר את מרווח הזמן עד 100 C1. כאן C1 נמצא במיקרו-פאראדים, נניח שאם C1 נבחר כ- 1 µ אז מרווח הזמן של הפלט יהיה 100 שניות.

מהמשוואה ברור מאוד כי ניתן לשנות את מרווח התזמון בצורה לינארית על ידי החלפת R2 בפוטנציומטר 1 M, או באופן לוגריתמי באמצעות סיר 10 k במקום R6 ו- R7.