Explication des 2 meilleurs circuits de minuterie de longue durée

Dans cet article, nous apprenons à créer 2 circuits de minuterie précis de longue durée allant de 4 heures à 40 heures, qui peuvent être mis à niveau davantage pour obtenir des délais encore plus longs. Les concepts sont entièrement réglable .

Une minuterie en électronique est essentiellement un dispositif qui est utilisé pour produire des intervalles de temporisation pour commuter une charge connectée. La temporisation est définie en externe par l'utilisateur conformément à l'exigence.

introduction

N'oubliez pas que vous ne pouvez jamais produire de longs délais précis en utilisant un seul circuit intégré 4060 ou un circuit intégré CMOS.

J'ai confirmé pratiquement qu'au-delà de 4 heures, l'IC 4060 commence à s'écarter de sa plage de précision.

IC 555 en tant que temporisateur de retard est encore pire, il est presque impossible d'obtenir des retards précis même pendant une heure à partir de cet IC.

Cette imprécision est principalement due au courant de fuite du condensateur et à une décharge inefficace du condensateur.

Les circuits intégrés tels que 4060, IC 555, etc. génèrent essentiellement des oscillations réglables de quelques Hz à plusieurs Hz.

À moins que ces CI ne soient intégrés à un autre dispositif de comptage diviseur tel que IC 4017 , obtenir des intervalles de temps précis très élevés peut ne pas être possible. Pour obtenir 24 heures, voire jours et semaine intervalles, vous aurez intégrer un étage diviseur / compteur comme indiqué ci-dessous.

Dans le premier circuit, nous voyons comment deux modes différents de circuits intégrés peuvent être couplés ensemble pour former un circuit de minuterie efficace de longue durée.

1) Description du circuit

En se référant au schéma de circuit.

1. IC1 est un compteur d'oscillateur IC constitué d'un étage oscillateur intégré et génère des impulsions d'horloge avec des périodes variables sur ses broches 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. La sortie de la broche 3 produit l'intervalle de temps le plus long et nous sélectionnons donc cette sortie pour alimenter l'étage suivant.
3. Le pot P1 et le condensateur C1 de IC1 peuvent être utilisés pour régler l'intervalle de temps sur la broche 3.
4. Plus le réglage des composants ci-dessus est élevé, plus la période à la broche n ° 3 est longue.
5. L'étape suivante consiste en un compteur à décades IC 4017 qui ne fait qu'accroître l'intervalle de temps obtenu de IC1 à dix fois. Cela signifie que si l'intervalle de temps généré par la broche n ° 3 de IC1 est de 10 heures, le temps généré à la broche n ° 11 de IC2 serait de 10 * 10 = 100 heures.
6. De même, si le temps généré à la broche n ° 3 de IC1 est de 6 minutes, cela signifierait une sortie élevée de la broche n ° 11 de IC1 après 60 minutes ou 1 heure.
7. Lorsque l'alimentation est mise sous tension, le condensateur C2 s'assure que les broches de réinitialisation des deux circuits intégrés sont correctement réinitialisées, de sorte que les circuits intégrés commencent à compter à partir de zéro plutôt qu'à partir d'une figure intermédiaire non pertinente.
8. Tant que le comptage progresse, la broche n ° 11 de IC2 reste au niveau logique bas, de sorte que le pilote de relais est maintenu désactivé.
9. Une fois le temps défini écoulé, la broche n ° 11 de IC2 passe à l'état haut, activant l'étage transistor / relais et la charge ultérieure connectée aux contacts du relais.
10. La diode D1 garantit que la sortie de la broche # 11 de IC2 verrouille le comptage de IC1 en fournissant un signal de verrouillage de rétroaction à sa broche # 11.
    Ainsi, la minuterie entière se verrouille jusqu'à ce que la minuterie soit désactivée et redémarrée pour répéter tout le processus.

Liste des pièces

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

Disposition PCB

Formule de calcul de la sortie de retard pour IC 4060

Période de retard = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Fréquence = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Ajout d'un sélecteur et de voyants

La conception ci-dessus pourrait être encore améliorée avec un sélecteur et des LED séquentielles, comme indiqué dans le schéma suivant:

Comment ça fonctionne

L'élément principal du circuit de synchronisation est un dispositif CMOS 4060, qui est composé d'un oscillateur avec un diviseur à 14 étages.

La fréquence de l'oscillateur pourrait être ajustée par le biais du potentiomètre P1 afin que la sortie à Q13 soit d'environ une seule impulsion par heure.

La période de ce battement d'horloge pourrait être extrêmement rapide (environ 100 ns), car elle réinitialise en outre l'ensemble du circuit intégré 4060 au moyen de la diode D8.

L'impulsion d'horloge «une fois par heure» est donnée au deuxième compteur (division par dix), le 4017 IC. L'une des nombreuses sorties de ce compteur va être logique haut (logique un) à un instant donné.

Lorsque le 4017 est réinitialisé, la sortie Q0 passe à l'état haut. Juste après une heure, la sortie Q0 deviendra basse et la sortie Q1 peut devenir haute, etc. Le commutateur S1 permet en conséquence à l'utilisateur de choisir un intervalle de temps d'une à six heures.

Lorsque la sortie choisie devient élevée, le transistor s'éteint et le relais s'éteint (désactivant ainsi la charge connectée).

Une fois que l'entrée de validation du 4017 est en outre attachée à l'essuie-glace de S1, toutes les impulsions d'horloge successives s'avèrent n'avoir aucun impact sur le compteur. L'appareil continuera par conséquent à être dans l'état désactivé jusqu'à ce que le commutateur de réinitialisation soit pressé par l'utilisateur.

Le CI tampon CMOS 4050 ainsi que les 7 LED sont incorporés pour offrir une indication de la plage d'heures qui peut s'être essentiellement écoulée. Ces pièces pourraient, bien entendu, être retirées au cas où un affichage du temps écoulé ne serait pas nécessaire.

La tension source de ce circuit n'est pas vraiment cruciale et pourrait couvrir n'importe quoi de 5 à 15 V. L'utilisation actuelle du circuit, à l'exclusion du relais, sera de l'ordre de 15 mA.

Il est conseillé de choisir une tension source qui peut correspondre aux spécifications du relais, pour s'assurer que tout problème est évité. Le transistor BC 557 peut gérer un courant de 70 mA, alors assurez-vous que la tension de la bobine de relais est nominale dans cette plage de courant

2) Utilisation uniquement des BJT

La conception suivante explique un circuit de minuterie de très longue durée qui n'utilise que quelques transistors pour les opérations prévues.

Les circuits de minuterie de longue durée impliquent normalement des IC pour le traitement car l'exécution de retards de longue durée nécessite une précision et une précision élevées, ce qui n'est possible qu'en utilisant des IC.

Atteindre des délais de haute précision

Même notre propre IC 555 devient impuissant et imprécis lorsque des retards de longue durée sont attendus.

Le rencontré difficulté à maintenir une précision élevée avec durée est fondamentalement le problème de la tension de fuite et la décharge incohérente des condensateurs qui conduit à des seuils de démarrage erronés pour la minuterie produisant des erreurs de synchronisation pour chaque cycle.

Les fuites et les problèmes de décharge incohérents deviennent proportionnellement plus importants à mesure que les valeurs des condensateurs augmentent, ce qui devient impératif pour obtenir de longs intervalles.

Par conséquent, créer des minuteries de longue durée avec des BJT ordinaires pourrait être presque impossible car ces dispositifs seuls pourraient être trop basiques et ne peuvent pas être attendus pour des implémentations aussi complexes.

Alors, comment un circuit à transistor peut-il produire de longs intervalles de temps précis?

Le circuit à transistors suivant traite de manière crédible les problèmes discutés ci-dessus et peut être utilisé pour acquérir une synchronisation de longue durée avec une précision raisonnablement élevée (+/- 2%).

C'est simplement dû à la décharge efficace du condensateur à chaque nouveau cycle, cela garantit que le circuit commence à zéro et permet des périodes de temps identiques précises pour le réseau RC sélectionné.

Schéma

Le circuit peut être compris à l'aide de la discussion suivante:

Comment ça fonctionne

Une pression momentanée sur le bouton poussoir charge complètement le condensateur de 1000 uF et déclenche le transistor NPN BC547, maintenant la position même après le relâchement de l'interrupteur en raison de la lente décharge du 1000uF via la résistance 2M2 et l'émetteur du NPN.

Le déclenchement du BC547 active également le PNP BC557 qui, à son tour, active le relais et la charge connectée.

La situation ci-dessus reste valable tant que le 1000 uF n'est pas déchargé en dessous des niveaux de coupure des deux transistors.

Les opérations décrites ci-dessus sont assez basiques et constituent une configuration de minuterie ordinaire qui peut être trop imprécise avec ses performances.

Comment fonctionnent les 1K et 1N4148

Cependant, l'ajout du réseau 1K / 1N4148 transforme instantanément le circuit en une minuterie de longue durée extrêmement précise pour les raisons suivantes.

La liaison 1K et 1N4148 garantit que chaque fois que les transistors rompent le verrou en raison d'une charge insuffisante dans le condensateur, la charge résiduelle à l'intérieur du condensateur est forcée de se décharger complètement à travers la liaison résistance / diode ci-dessus via la bobine de relais.

La fonction ci-dessus garantit que le condensateur est complètement vidé et vide pour le cycle suivant et est ainsi capable de produire un démarrage propre à partir de zéro.

Sans la caractéristique ci-dessus, le condensateur serait incapable de se décharger complètement et la charge résiduelle à l'intérieur induirait des points de départ indéfinis, rendant les procédures inexactes et incohérentes.

Le circuit pourrait être encore amélioré en utilisant une paire Darlington pour le NPN permettant l'utilisation de résistances de valeur beaucoup plus élevée à sa base et de condensateurs de valeur proportionnellement faible. Des condensateurs de valeur inférieure produiraient des fuites plus faibles et aideraient à améliorer la précision de synchronisation pendant les périodes de comptage de longue durée.

Comment calculer les valeurs des composants pour les longs délais souhaités:

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

Où:

1. Uest la tension aux bornes du condensateur
2. Contreest la tension d'alimentation
3. test le temps écoulé depuis l'application de la tension d'alimentation
4. RCest le la constante de temps du circuit de charge RC

Conception de PCB

Minuterie longue durée utilisant des amplificateurs opérationnels

L'inconvénient de tous les temporisateurs analogiques (circuits monostables) est que, dans un effort pour atteindre des périodes de temps assez longues, la constante de temps RC doit être proportionnellement substantielle.

Cela implique inévitablement des valeurs de résistance supérieures à 1 M, qui peuvent entraîner des erreurs de synchronisation causées par une résistance de fuite parasite dans le circuit, ou des condensateurs électrolytiques importants, qui peuvent également créer des problèmes de synchronisation en raison de leur résistance de fuite.

Le circuit de minuterie d'ampli opérationnel illustré ci-dessus accomplit des périodes de chronométrage jusqu'à 100 fois plus de temps que ceux accessibles en utilisant des circuits réguliers.

Il y parvient en abaissant le courant de charge du condensateur d'un facteur 100, améliorant ainsi considérablement le temps de charge, sans nécessiter de condensateurs de charge de grande valeur. Le circuit fonctionne de la manière suivante:

Lorsque le bouton de démarrage / réinitialisation est cliqué, C1 se décharge, ce qui fait que la sortie de l'ampli opérationnel IC1, qui est configuré comme suiveur de tension, devient zéro volt. L'entrée inverseuse du comparateur IC2 est à un niveau de tension réduit par rapport à l'entrée non inverseuse, par conséquent la sortie de IC2 se déplace vers le haut.

La tension autour de R4 est d'environ 120 mV, ce qui signifie que C1 se charge via R2 avec un courant d'environ 120 nA, ce qui devrait être 100 fois inférieur à ce qui pourrait être atteint dans le cas où R2 aurait été connecté directement à une alimentation positive.

Inutile de dire que si C1 avait été chargé via une tension constante de 120 mV, il pourrait rapidement atteindre cette tension et arrêter de charger davantage.

Cependant, la borne inférieure de R4 étant renvoyée à la sortie de IC1 garantit que lorsque la tension aux bornes de C1 augmente, la tension de sortie et donc la tension de charge donnée à R2 augmentent également.

Une fois que la tension de sortie atteint environ 7,5 volts, elle dépasse la tension renvoyée à l'entrée non inverseuse de IC2 par R6 et R7, et la sortie de IC2 devient faible.

Une petite quantité de rétroaction positive fournie par R8 empêche tout type de bruit existant sur la sortie de IC1 d'être amplifié par IC2 lorsqu'il se déplace à partir du point de déclenchement, car cela produit normalement de fausses impulsions de sortie. La longueur de synchronisation peut être calculée par l'équation:

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

Cela peut sembler quelque peu complexe, mais avec les numéros de pièces indiqués, l'intervalle de temps peut être réglé aussi longtemps que 100 C1. Ici C1 est en microfarads, disons que si C1 est sélectionné comme 1 µ alors l'intervalle de temps de sortie sera de 100 secondes.

Il est très clair d'après l'équation qu'il est possible de faire varier l'intervalle de temps de manière linéaire en remplaçant R2 par un potentiomètre 1 M, ou de manière logarithmique en utilisant un pot de 10 k à la place de R6 et R7.