شرح 2 أفضل دارات الموقت طويل المدة

في هذا المنشور ، نتعلم كيفية عمل دائرتين دقيقتين للوقت طويل الأمد تتراوح من 4 ساعات إلى 40 ساعة ، والتي يمكن ترقيتها بشكل أكبر للحصول على تأخيرات أطول. المفاهيم قابل للتعديل بالكامل .

الموقت في الإلكترونيات هو في الأساس جهاز يستخدم لإنتاج فترات تأخير زمنية لتبديل الحمل المتصل. يتم تحديد التأخير الزمني خارجيًا من قبل المستخدم وفقًا للمتطلبات.

مقدمة

يرجى تذكر أنه لا يمكنك أبدًا إنتاج تأخيرات دقيقة طويلة باستخدام 4060 IC واحد أو أي CMOS IC.

لقد أكدت عمليًا أنه بعد 4 ساعات يبدأ IC 4060 في الانحراف عن نطاق دقته.

يعتبر IC 555 كمؤقت تأخير أسوأ من ذلك ، يكاد يكون من المستحيل الحصول على تأخيرات دقيقة حتى لمدة ساعة من هذا IC.

يرجع هذا عدم الدقة في الغالب إلى تيار تسرب المكثف ، والتفريغ غير الفعال للمكثف.

تولد الدوائر المتكاملة مثل 4060 و IC 555 وما إلى ذلك بشكل أساسي تذبذبات قابلة للتعديل من بضعة هرتز إلى العديد من هرتز.

ما لم يتم دمج هذه IC مع جهاز عداد فاصل آخر مثل IC 4017 ، قد لا يكون الحصول على فترات زمنية عالية الدقة أمرًا ممكنًا. للحصول على 24 ساعة أو حتى أيام وأسبوع الفواصل الزمنية سيكون لديك مرحلة دمج فاصل / عداد كما هو موضح أدناه.

في الدائرة الأولى ، نرى كيف يمكن أن يقترن وضعان مختلفان من الدوائر المتكاملة معًا لتشكيل دائرة مؤقت طويلة الأمد فعالة.

1) وصف الدائرة

بالإشارة إلى مخطط الدائرة.

1. IC1 عبارة عن عداد مذبذب IC يتكون من مرحلة مذبذب مدمجة ويولد نبضات على مدار الساعة بفترات متفاوتة عبر مساميرها 1،2،3،4،5،6،7،9،13،14،15.
2. ينتج الإخراج من الدبوس 3 أطول فترة زمنية وبالتالي نختار هذا الإخراج لتغذية المرحلة التالية.
3. يمكن استخدام الوعاء P1 والمكثف C1 الخاص بـ IC1 لضبط الفترة الزمنية في الدبوس 3.
4. كلما زاد إعداد المكونات المذكورة أعلاه ، زادت الفترة عند الطرف رقم 3.
5. تتكون المرحلة التالية من عداد العقد IC 4017 الذي لا يفعل شيئًا سوى زيادة الفاصل الزمني الذي تم الحصول عليه من IC1 إلى عشرة أضعاف. هذا يعني أنه إذا كان الفاصل الزمني الذي تم إنشاؤه بواسطة IC1s pin # 3 هو 10 ساعات ، فإن الوقت الذي تم إنشاؤه في الطرف رقم 11 من IC2 سيكون 10 * 10 = 100 ساعة.
6. وبالمثل ، إذا كان الوقت الذي تم إنشاؤه في الطرف رقم 3 من IC1 هو 6 دقائق ، فهذا يعني إنتاجًا مرتفعًا من الطرف رقم 11 في IC1 بعد 60 دقيقة أو ساعة واحدة.
7. عند تشغيل الطاقة ، يتأكد المكثف C2 من إعادة تعيين دبابيس إعادة الضبط لكل من المرحلتين بشكل مناسب ، بحيث تبدأ الدوائر المتكاملة بالعد من الصفر بدلاً من بعض الأشكال الوسيطة غير ذات الصلة.
8. وطالما تقدم العد ، يظل الدبوس رقم 11 في IC2 منخفض المنطق ، بحيث يتم إيقاف تشغيل برنامج تشغيل الترحيل.
9. بعد انقضاء الوقت المحدد ، ينتقل الدبوس رقم 11 من IC2 إلى مستوى عالٍ لتنشيط مرحلة الترانزستور / الترحيل والحمل التالي المتصل بجهات اتصال الترحيل.
10. يضمن الصمام الثنائي D1 أن الإخراج من الدبوس رقم 11 في IC2 يقفل حساب IC1 من خلال توفير إشارة مزلاج التغذية الخلفية عند الطرف رقم 11.
    وبالتالي ، يتم إغلاق المؤقت بالكامل حتى يتم إيقاف تشغيل المؤقت وإعادة تشغيله مرة أخرى لتكرار العملية بأكملها.

قائمة الاجزاء

م 1 ، م 3 = 1 م
R2 ، R4 = 12 ك ،
C1 ، C2 = 1 فائق التوهج / 25 فولت ،
D1 ، D2 = 1N4007 ،
IC1 = 4060 ،
IC2 = 4017 ،
T1 = BC547,
القدر = 1 متر خطي
تتابع = 12 فولت SPDT

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

معادلة حساب إخراج التأخير لـ IC 4060

فترة التأخير = 2.2 رطل قطري 2 (ن -1)

التردد = 1 / 2.2 قيراط

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

إضافة مفتاح محدد ومصابيح LED

يمكن تحسين التصميم أعلاه بمفتاح محدد ومصابيح LED متسلسلة ، كما هو موضح في الرسم البياني التالي:

كيف تعمل

العنصر الرئيسي لدائرة التوقيت هو جهاز 4060 CMOS ، والذي يتكون من مذبذب مع مقسم من 14 مرحلة.

يمكن تعديل تردد المذبذب من خلال مقياس الجهد P1 بحيث يكون الناتج عند Q13 حوالي نبضة واحدة كل ساعة.

يمكن أن تكون فترة إيقاع هذه الساعة سريعة للغاية (حوالي 100 نانوثانية) ، حيث تقوم أيضًا بإعادة تعيين 4060 IC بالكامل عن طريق الصمام الثنائي D8.

يتم إعطاء نبض الساعة 'مرة كل ساعة' للعداد الثاني (القسمة على عشرة) ، 4017 IC. سيكون أحد المخرجات العديدة لهذا العداد منطقيًا مرتفعًا (منطق واحد) في أي لحظة معينة.

عند إعادة تعيين 4017 ، يرتفع الناتج Q0. مباشرة بعد ساعة واحدة ، سينخفض ​​الناتج Q0 وقد يصبح الناتج Q1 مرتفعًا ، وما إلى ذلك. يتيح التبديل S1 نتيجة لذلك للمستخدم اختيار فترة زمنية خلال ساعة إلى ست ساعات.

عندما يصبح الناتج المختار مرتفعًا ، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور ويتم إيقاف تشغيل المرحل (وبالتالي إيقاف تشغيل الحمل المتصل).

بمجرد توصيل مدخل التمكين الخاص بـ 4017 علاوة على ذلك بممسحة S1 ، يتبين أن أي نبضات ساعة لاحقة ليس لها أي تأثير على عداد ihe. وبالتالي ، سيستمر الجهاز في كونه في حالة إيقاف التشغيل حتى يتم ضبط مفتاح إعادة التعيين من قبل المستخدم.

تم دمج 4050 CMOS المؤقت IC جنبًا إلى جنب مع 7 مصابيح LED لتقديم إشارة إلى نطاق الساعات التي قد تكون قد انقضت بشكل أساسي. من الواضح أنه يمكن إزالة هذه الأجزاء في حالة عدم الحاجة إلى عرض الوقت المنقضي.

إن جهد المصدر لهذه الدائرة ليس بالغ الأهمية حقًا ويمكن أن يغطي أي شيء من 5 إلى 15 فولت ، وسيكون الاستخدام الحالي للدائرة ، باستثناء التتابع ، في حدود 15 مللي أمبير.

يُنصح باختيار مصدر جهد قد يكون مطابقًا لمواصفات المرحل ، لضمان تجنب أي مشاكل. يمكن للترانزستور BC 557 التعامل مع تيار 70 مللي أمبير ، لذا تأكد من تصنيف جهد ملف الترحيل مع هذا النطاق الحالي

2) باستخدام BJTs فقط

يشرح التصميم التالي دائرة توقيت طويلة جدًا تستخدم فقط ترانزستورات للعمليات المقصودة.

عادةً ما تشتمل دارات المؤقت طويل الأمد على دوائر متكاملة للمعالجة لأن تنفيذ التأخيرات الطويلة يتطلب دقة ودقة عالية وهو أمر ممكن فقط باستخدام الدوائر المتكاملة.

تحقيق تأخيرات عالية الدقة

حتى IC 555 الخاص بنا يصبح عاجزًا وغير دقيق عندما يُتوقع حدوث تأخير طويل الأمد منه.

واجه صعوبة الحفاظ على دقة عالية لمدة طويلة المدة الزمنية هي في الأساس مشكلة جهد التسرب ، والتفريغ غير المتسق للمكثفات مما يؤدي إلى عتبات بدء خاطئة للمؤقت مما ينتج عنه أخطاء في توقيت كل دورة.

تصبح مشاكل التسرب والتفريغ غير المتسق أكبر نسبيًا مع زيادة قيم المكثف وهو ما يصبح ضروريًا للحصول على فترات زمنية طويلة.

لذلك ، قد يكون من المستحيل تقريبًا جعل أجهزة ضبط الوقت طويلة الأمد باستخدام BJTs العادية لأن هذه الأجهزة وحدها قد تكون أساسية للغاية ولا يمكن توقعها لمثل هذه التطبيقات المعقدة.

إذن كيف يمكن لدائرة ترانزستور إنتاج فترات زمنية طويلة دقيقة؟

تتعامل دائرة الترانزستور التالية مع القضايا التي تمت مناقشتها أعلاه بمصداقية ويمكن استخدامها للحصول على توقيت طويل الأمد بدقة عالية معقولة (+/- 2٪).

إنه ببساطة بسبب التفريغ الفعال للمكثف في كل دورة جديدة ، وهذا يضمن أن الدائرة تبدأ من الصفر ، ويتيح فترات زمنية متطابقة دقيقة لشبكة RC المحددة.

مخطط الرسم البياني

يمكن فهم الدائرة بمساعدة المناقشة التالية:

كيف تعمل

يؤدي الضغط اللحظي على زر الضغط إلى شحن مكثف 1000 فائق التوهج بالكامل وتشغيل ترانزستور NPN BC547 ، مما يحافظ على الوضع حتى بعد تحرير المفتاح بسبب بطء تفريغ 1000 فائق التوهج عبر المقاوم 2M2 وباعث NPN.

يؤدي تشغيل BC547 أيضًا إلى تشغيل PNP BC557 والذي بدوره يقوم بتشغيل التتابع والحمل المتصل.

يستمر الوضع أعلاه طالما لم يتم تفريغ 1000 فائق التوهج أقل من المستويات المقطوعة للترانزستورين.

العمليات التي تمت مناقشتها أعلاه أساسية تمامًا وتشكل تكوين مؤقت عادي قد يكون غير دقيق للغاية مع أدائه.

كيف يعمل 1K و 1N4148

ومع ذلك ، فإن إضافة شبكة 1K / 1N4148 تؤدي على الفور إلى تحويل الدائرة إلى مؤقت طويل الأمد دقيق للغاية للأسباب التالية.

يضمن الرابط 1K و 1N4148 أنه في كل مرة تقوم فيها الترانزستورات بتفكيك المزلاج بسبب عدم كفاية الشحن في المكثف ، يتم إجبار الشحنة المتبقية داخل المكثف على التفريغ بالكامل من خلال رابط المقاوم / الصمام الثنائي أعلاه عبر ملف الترحيل.

تتأكد الميزة المذكورة أعلاه من أن المكثف قد تم تفريغه بالكامل وفارغه للدورة التالية ، وبالتالي يكون قادرًا على إنتاج بداية نظيفة من الصفر.

بدون الميزة المذكورة أعلاه ، لن يتمكن المكثف من التفريغ تمامًا وستؤدي الشحنة المتبقية بالداخل إلى إحداث نقاط بدء غير محددة مما يجعل الإجراءات غير دقيقة وغير متسقة.

يمكن تحسين الدائرة بشكل أكبر باستخدام زوج دارلينجتون لـ NPN مما يسمح باستخدام مقاومات ذات قيمة أعلى بكثير في قاعدتها والمكثفات ذات القيمة المنخفضة نسبيًا. تنتج المكثفات ذات القيمة المنخفضة تسريبات أقل وتساعد على تحسين دقة التوقيت أثناء فترات العد الطويلة.

كيفية حساب قيم المكونات للتأخيرات الطويلة المرغوبة:

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

أين:

1. يوهو الجهد عبر المكثف
2. ضدهو جهد العرض
3. رهو الوقت المنقضي منذ تطبيق جهد الإمداد
4. RCهل ثابت الزمن من دائرة الشحن RC

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

Long Duration Timer باستخدام Op Amps

إن عيب جميع أجهزة ضبط الوقت التناظرية (الدوائر أحادية الاستقرار) هو أنه في محاولة لتحقيق فترات زمنية طويلة إلى حد ما ، يجب أن يكون ثابت وقت RC كبيرًا في المقابل.

هذا يعني حتماً قيم المقاوم التي تزيد عن 1 م ، والتي قد تؤدي إلى أخطاء توقيت ناتجة عن مقاومة التسرب الضالة داخل الدائرة ، أو المكثفات الإلكتروليتية الكبيرة ، والتي يمكن أن تخلق بالمثل مشاكل توقيت بسبب مقاومة التسرب.

دائرة توقيت المرجع الموضحة أعلاه تحقق فترات زمنية تصل إلى 100 مرة أكثر مقارنة بتلك التي يمكن الوصول إليها باستخدام الدوائر العادية.

يحقق ذلك عن طريق خفض تيار شحن المكثف بمعامل 100 ، وبالتالي تحسين وقت الشحن بشكل كبير ، دون الحاجة إلى مكثفات شحن عالية القيمة. تعمل الدائرة بالطريقة التالية:

عند النقر على زر البدء / إعادة الضبط ، يتم تفريغ C1 وهذا يتسبب في إخراج op amp IC1 ، الذي تم تكوينه كمتابع للجهد ، ليصبح صفر فولت. يكون الإدخال المقلوب للمقارن IC2 عند مستوى جهد منخفض من المدخلات غير المحولة ، ومن ثم يتحرك ناتج IC2 عالياً.

يبلغ الجهد الكهربي حول R4 حوالي 120 مللي فولت ، مما يعني أن C1 يشحن عبر R2 بتيار يبلغ 120 nA تقريبًا ، والذي يكون أقل 100 مرة مما يمكن تحقيقه في حالة توصيل R2 مباشرة بمصدر موجب.

وغني عن القول ، إذا تم شحن C1 من خلال 120 مللي فولت ثابت ، فيمكنه تحقيق هذا الجهد بسرعة ، والتوقف عن الشحن أكثر.

ومع ذلك ، فإن الطرف السفلي من R4 الذي يتم إعادته إلى خرج IC1 يضمن أنه مع ارتفاع الجهد عبر C1 ، يرتفع جهد الخرج وبالتالي جهد الشحن المعطى لـ R2.

بمجرد أن يرتفع جهد الخرج إلى 7.5 فولت تقريبًا ، فإنه يتجاوز الجهد المعزز عند المدخلات غير المقلوبة لـ IC2 بواسطة R6 و R7 ، ويصبح ناتج IC2 منخفضًا.

كمية صغيرة من ردود الفعل الإيجابية التي يوفرها R8 تمنع أي نوع من الضوضاء الموجودة على خرج IC1 من التعزيز بواسطة IC2 أثناء تحركه من نقطة الزناد ، لأن هذا ينتج عادة نبضات خرج خاطئة. يمكن حساب طول التوقيت بالمعادلة:

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

قد يبدو هذا معقدًا إلى حد ما ، ولكن مع الإشارة إلى أرقام الأجزاء ، يمكن ضبط الفاصل الزمني على 100 C1. هنا C1 في microfarads ، دعنا نقول إذا تم تحديد C1 كـ 1 µ فإن الفاصل الزمني للإخراج سيكون 100 ثانية.

يتضح من المعادلة أنه من الممكن تغيير الفاصل الزمني خطيًا عن طريق استبدال R2 بمقياس جهد 1 M ، أو لوغاريتميًا باستخدام قدر 10 كيلو بدلاً من R6 و R7.