Paaiškintos 2 geriausios ilgos trukmės laikmačio grandinės

Šiame įraše mes sužinome, kaip sukurti 2 tikslias ilgos laikmačio grandines, svyruojančias nuo 4 iki 40 valandų, kurias galima dar labiau atnaujinti, kad vėluotų dar ilgiau. Sąvokos yra visiškai reguliuojamas .

Laikmatis elektronikoje iš esmės yra prietaisas, naudojamas gaminant uždelsto laiko intervalus, perjungiant prijungtą apkrovą. Laiko vėlavimą vartotojas nustato išoriškai, kaip reikalaujama.

Įvadas

Atminkite, kad niekada negalima tiksliai uždelsti naudojant vieną 4060 IC arba bet kurį CMOS IC.

Aš praktiškai patvirtinau, kad po 4 valandų IC 4060 pradeda nukrypti nuo savo tikslumo diapazono.

IC 555, kaip vėlinimo laikmatis, yra dar blogesnis, beveik neįmanoma gauti tikslių vėlavimų net valandą nuo šio IC.

Šį netikslumą dažniausiai lemia kondensatoriaus nuotėkio srovė ir neefektyvus kondensatoriaus iškrovimas.

IC, pvz., 4060, IC 555 ir kt., Iš esmės generuoja svyravimus, kuriuos galima reguliuoti nuo kelių Hz iki daugelio Hz.

Nebent šie IC yra integruoti su kitu daliklio skaitiklio įtaisu, pvz IC 4017 , gauti labai didelius tikslius laiko intervalus gali būti neįmanoma. Norėdami gauti 24 valandas ar net dienos ir savaitė intervalais turėsite integruoti dalytuvo / skaitiklio pakopą, kaip parodyta žemiau.

Pirmojoje grandinėje matome, kaip du skirtingi IC režimai gali būti sujungti, kad būtų suformuota efektyvi ilgos trukmės laikmačio grandinė.

1) Grandinės aprašymas

Remiantis grandinės schema.

1. IC1 yra osciliatoriaus skaitiklis IC, kurį sudaro įmontuota osciliatoriaus pakopa ir kuris generuoja laikrodžio impulsus su įvairiais periodais per jo kaiščius 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Iš 3 kaiščio išvestis sukuria ilgiausią laiko intervalą, todėl mes pasirenkame šį išėjimą, kad galėtume tiekti kitą etapą.
3. IC1 puodas P1 ir kondensatorius C1 gali būti naudojami nustatant laiko tarpą prie jo kaiščio 3.
4. Kuo aukščiau nurodytų komponentų nustatymas, tuo ilgesnis bus kaištis Nr. 3.
5. Kitas etapas susideda iš dešimtmečio skaitiklio IC 4017, kuris nieko nedaro, bet padidina laiko intervalą, gautą iš IC1, iki dešimties kartų. Tai reiškia, kad jei laiko tarpas, kurį generuoja IC1 smeigtukas Nr. 3, yra 10 valandų, laikas, sugeneruotas IC2 smeigtuko Nr. 11 metu, būtų 10 * 10 = 100 valandų.
6. Panašiai, jei laikas, generuojamas IC1 kaištyje Nr. 3, yra 6 minutės, reikštų, kad po 60 minučių arba 1 valandos iš IC1 kaiščio Nr. 11 gaunama didelė išeitis.
7. Įjungus maitinimą, kondensatorius C2 užtikrina, kad abiejų IC atstatymo kaiščiai būtų tinkamai atstatyti, kad IC pradėtų skaičiuoti nuo nulio, o ne nuo kokio nors nesusijusio tarpinio skaičiaus.
8. Kol skaičiavimas vyksta, IC2 kaištis Nr. 11 lieka žemoje logikoje, todėl relės tvarkyklė laikoma išjungta.
9. Pasibaigus nustatytam laikui, IC2 kaištis Nr. 11 eina aukštai, įjungdamas tranzistoriaus / relės pakopą ir paskesnę apkrovą, susijusią su relės kontaktais.
10. Diodas D1 užtikrina, kad išėjimas iš IC2 kaiščio Nr. 11 užblokuos IC1 skaičiavimą, pateikdamas grįžtamojo ryšio fiksatoriaus signalą jo kaište Nr. 11.
    Taigi visas laikmatis užsifiksuoja, kol laikmatis bus išjungtas ir vėl paleistas iš naujo, kad pakartotų visą procesą.

Dalių sąrašas

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

PCB išdėstymas

IC 4060 vėlavimo išvesties skaičiavimo formulė

Vėlavimo laikotarpis = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Dažnis = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Pasirinkimo jungiklio ir šviesos diodų pridėjimas

Pirmiau pateiktą dizainą galima dar labiau patobulinti perjungikliu ir nuosekliais šviesos diodais, kaip nurodyta šioje diagramoje:

Kaip tai veikia

Pagrindinis laiko grandinės elementas yra 4060 CMOS įrenginys, kurį sudaro osciliatorius kartu su 14 pakopų dalikliu.

Norint, kad Q13 išvestis būtų maždaug po vieną impulsą kiekvieną valandą, osciliatoriaus dažnį galima pakoreguoti per potenciometrą P1.

Šio laikrodžio ritmo periodas gali būti ypač greitas (maždaug 100 ns), nes jis papildomai atstato visą 4060 IC diodu D8.

Laikrodžio impulsas „kartą per valandą“ suteikiamas 2-ajam (padalijimo iš dešimties) skaitikliui 4017 IC. Vienas iš kelių šio skaitiklio išėjimų bus logiškas (loginis) bet kuriuo momentu.

Kai 4017 nustatoma iš naujo, išvestis Q0 tampa aukšta. Iškart po valandos išėjimas Q0 bus žemas, o išėjimas Q1 gali tapti aukštas ir kt. Dėl to jungiklis S1 leidžia vartotojui pasirinkti laiko intervalą nuo vienos iki šešių valandų.

Kai pasirinktas išėjimas tampa aukštas, tranzistorius išsijungia ir relė išsijungia (taip išjungiant prijungtą apkrovą).

Be to, kai 4017 įjungimo įvestis yra prijungta prie S1 valytuvo, paaiškėja, kad visi vėlesni laikrodžio impulsai neturi jokios įtakos skaitikliui. Todėl prietaisas ir toliau bus išjungtas, kol vartotojas pateiks atstatymo jungiklį.

Įrengtas 4050 CMOS buferinis IC kartu su 7 šviesos diodais, kad būtų galima nurodyti valandų, kurios iš esmės galėjo praeiti, intervalą. Šias dalis, aišku, galima nuimti, jei nereikia rodyti pasibaigusio laiko rodymo.

Šios grandinės šaltinio įtampa iš tikrųjų nėra labai svarbi ir gali būti padengta nuo 5 iki 15 V. Dabartinis grandinės naudojimas, išskyrus relę, bus 15 mA diapazone.

Patartina pasirinkti šaltinio įtampą, kuri gali atitikti relės specifikacijas, kad būtų išvengta bet kokių problemų. BC 557 tranzistorius gali valdyti 70 mA srovę, todėl įsitikinkite, kad relės ritės įtampa nustatyta pagal šį srovės diapazoną

2) Naudojant tik BJT

Kitas dizainas paaiškina labai ilgą laikmačio grandinę, kurioje numatytiems veiksmams atlikti naudojami tik keli tranzistoriai.

Ilgos trukmės laikmačio grandinėse paprastai apdorojami IC, nes norint atlikti ilgą uždelsimą, reikia didelio tikslumo ir tikslumo, o tai įmanoma tik naudojant IC.

Didelio tikslumo vėlavimai

Net mūsų pačių IC 555 tampa bejėgis ir netikslus, kai iš jo tikimasi ilgų vėlavimų.

Susidūrė sunku išlaikyti ilgą tikslumą trukmė iš esmės yra nuotėkio įtampos problema ir nenuoseklus kondensatorių išsikrovimas, dėl kurio atsiranda neteisingi laikmačio pradiniai slenksčiai, sukeldami kiekvieno ciklo laiko klaidas.

Nuotėkiai ir nenuoseklūs išleidimo klausimai tampa proporcingai didesni, nes kondensatoriaus vertės didėja, o tai tampa būtina norint gauti ilgus intervalus.

Todėl ilgalaikių laikmačių su įprastais BJT gaminti gali būti beveik neįmanoma, nes vien šie įrenginiai gali būti per daug pagrindiniai ir jų negalima tikėtis įgyvendinant tokį sudėtingą įgyvendinimą.

Taigi, kaip tranzistoriaus grandinė gali sukelti ilgus tikslius trukmės laiko intervalus?

Ši tranzistoriaus grandinė patikimai sprendžia pirmiau aptartus klausimus ir gali būti naudojama norint gauti pakankamai ilgą laiką (+/- 2%).

Tiesiog dėl efektyvaus kondensatoriaus iškrovimo kiekviename naujame cikle tai užtikrina, kad grandinė prasideda nuo nulio, o pasirinktam RC tinklui įmanomi tikslūs identiški laikotarpiai.

Grandinės schema

Grandinę galima suprasti šios diskusijos pagalba:

Kaip tai veikia

Trumpalaikis mygtuko paspaudimas visiškai įkrauna 1000uF kondensatorių ir suveikia NPN BC547 tranzistorius, išlaikydamas padėtį net ir atleidus jungiklį dėl lėto 1000uF iškrovimo per 2M2 rezistorių ir NPN spinduolį.

Įjungus BC547, įjungiamas ir PNP BC557, kuris savo ruožtu įjungia relę ir prijungtą apkrovą.

Minėta situacija tęsiasi tol, kol 1000uF nėra iškraunamas žemiau dviejų tranzistorių ribų.

Pirmiau aptartos operacijos yra gana paprastos ir sudaro įprastą laikmačio konfigūraciją, kuri gali būti per daug netiksli jo veikimui.

Kaip veikia 1K ir 1N4148

Tačiau pridėjus 1K / 1N4148 tinklą, ši grandinė iškart pavirsta labai tiksliu ilgos trukmės laikmačiu dėl šių priežasčių.

1K ir 1N4148 jungtys užtikrina, kad kiekvieną kartą, kai tranzistoriai sugadina skląstį dėl nepakankamo kondensatoriaus įkrovimo, kondensatoriaus viduje likęs krūvis yra priverstas visiškai iškrauti per pirmiau minėtą rezistoriaus / diodo jungtį per relės ritę.

Pirmiau nurodyta savybė užtikrina, kad kondensatorius būtų visiškai ištuštintas ir tuščias kitam ciklui, taigi jis gali pradėti švariai pradėti nuo nulio.

Be minėtos savybės kondensatorius negalėtų visiškai išsikrauti, o likęs įkrovimas viduje sukeltų neapibrėžtus pradinius taškus, todėl procedūros būtų netikslios ir nenuoseklios.

Kontūrą būtų galima dar labiau patobulinti naudojant „Darlington“ porą NPN, leidžiančią naudoti daug didesnės vertės rezistorius jos pagrinde ir proporcingai mažos vertės kondensatorius. Mažesnės vertės kondensatoriai sukeltų mažesnius nuotėkius ir padėtų pagerinti laiko tikslumą per ilgus skaičiavimo laikotarpius.

Kaip apskaičiuoti norimų ilgų vėlavimų komponentų vertes:

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

Kur:

1. Uyra kondensatoriaus įtampa
2. Vsyra maitinimo įtampa
3. tyra praėjęs laikas nuo maitinimo įtampos taikymo
4. RCyra laiko konstanta RC įkrovimo grandinės

PCB dizainas

Ilgos trukmės laikmatis naudojant „Op Amps“

Visų analoginių laikmačių (monostabilių grandinių) trūkumas yra tas, kad norint pasiekti gana ilgą laiko tarpą, RC laiko konstanta turi būti atitinkamai reikšminga.

Tai neišvengiamai reiškia rezistoriaus vertes, didesnes nei 1 M, dėl kurių gali atsirasti laiko klaidų, kurias sukelia pasipriešinimas nuotėkiui grandinėje arba dideli elektrolitiniai kondensatoriai, kurie taip pat gali sukelti laiko problemų dėl jų atsparumo nuotėkiui.

Aukščiau parodyta veikimo stiprintuvo laikmačio grandinė pasiekia 100 kartų daugiau laiko, palyginti su tais, kuriuos galima pasiekti naudojant įprastas grandines.

Tai pasiekiama sumažinus kondensatoriaus įkrovimo srovę per koeficientą 100, todėl drastiškai pagerinamas įkrovimo laikas, nereikalaujant didelės vertės įkrovimo kondensatorių. Grandinė veikia taip:

Spustelėjus paleidimo / atstatymo mygtuką C1 išsikrauna ir dėl to op amp IC1, kuris yra sukonfigūruotas kaip įtampos sekėjas, išėjimas tampa nulinis. Palyginamojo IC2 invertuojantis įvadas yra sumažintas įtampos lygiu, nei neveikiantis įėjimas, todėl IC2 išėjimas juda aukštai.

Įtampa aplink R4 yra apie 120 mV, o tai reiškia, kad C1 kraunasi per R2 maždaug 120 nA srove, kuri yra 100 kartų mažesnė, nei būtų galima pasiekti tuo atveju, jei R2 būtų tiesiogiai prijungtas prie teigiamo maitinimo šaltinio.

Nereikia nė sakyti, kad jei C1 būtų įkrautas per pastovią 120 mV, tai galėtų greitai pasiekti šią įtampą ir nebekrauti.

Tačiau apatinis R4 gnybtas, grąžinamas atgal į IC1 išėjimą, užtikrina, kad didėjant C1 įtampai, didėja ir išėjimo įtampa, taigi ir R2 įkrovimo įtampa.

Kai išėjimo įtampa pakyla maždaug iki 7,5 voltų, ji viršija įtampą, nurodytą R6 ir R7 nevirpstančiame IC2 įėjime, ir IC2 išėjimas tampa mažas.

Nedidelis kiekis teigiamo grįžtamojo ryšio, kurį teikia R8, slopina bet kokį IC1 išvesties triukšmą, kurį padidina IC2, kai jis juda iš trigerio taško, nes tai paprastai sukelia klaidingus išėjimo impulsus. Laiko trukmę galima apskaičiuoti pagal lygtį:

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

Tai gali pasirodyti kiek sudėtinga, tačiau nurodžius dalių numerius, laiko intervalą galima nustatyti iki 100 C1. Čia C1 yra mikrofaraduose, tarkime, jei C1 yra pasirinktas kaip 1 µ, išvesties laiko intervalas bus 100 sekundžių.

Iš lygties labai aišku, kad laiko intervalą galima keisti tiesiškai, pakeičiant R2 1 M potenciometru, arba logaritmiškai naudojant 10 k puodą vietoj R6 ir R7.