2 Melhores Circuitos Temporizadores de Longa Duração explicados

Nesta postagem, aprendemos como fazer 2 circuitos precisos de cronômetro de longa duração variando de 4 a 40 horas, que podem ser atualizados para obter atrasos ainda maiores. Os conceitos são totalmente ajustável .

Um temporizador em eletrônica é essencialmente um dispositivo que é usado para produzir intervalos de atraso de tempo para comutar uma carga conectada. O atraso de tempo é definido externamente pelo usuário de acordo com o requisito.

Introdução

Lembre-se de que você nunca pode produzir atrasos longos e precisos usando apenas um único 4060 IC ou qualquer CMOS IC.

Confirmei praticamente que após 4 horas o IC 4060 começa a se desviar de sua faixa de precisão.

O IC 555 como um temporizador de atraso é ainda pior, é quase impossível obter atrasos precisos mesmo por uma hora com este IC.

Essa imprecisão se deve principalmente à corrente de fuga do capacitor e à descarga ineficiente do capacitor.

ICs como 4060, IC 555, etc basicamente geram oscilações que são ajustáveis ​​de alguns Hz a muitos Hz.

A menos que esses IC estejam integrados com outro dispositivo de contador divisor, como IC 4017 , obter intervalos de tempo precisos muito altos pode não ser viável. Para obter 24 horas, ou mesmo dias e semana intervalos você terá que integrar um estágio divisor / contador como mostrado abaixo.

No primeiro circuito, vemos como dois modos diferentes de CIs podem ser acoplados para formar um circuito temporizador de longa duração eficaz.

1) Descrição do circuito

Referindo-se ao diagrama de circuito.

1. IC1 é um contador de oscilador IC que consiste em um estágio oscilador embutido e gera pulsos de relógio com períodos variáveis ​​em seus pinos 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. A saída do pino 3 produz o intervalo de tempo mais longo e, portanto, selecionamos essa saída para alimentar o próximo estágio.
3. O potenciômetro P1 e o capacitor C1 de IC1 podem ser usados ​​para ajustar o intervalo de tempo no pino 3.
4. Quanto mais alto for o ajuste dos componentes acima, maior será o período no pino # 3.
5. A próxima etapa consiste no contador de décadas IC 4017 que não faz nada além de aumentar o intervalo de tempo obtido de IC1 para dez vezes. Isso significa que se o intervalo de tempo gerado pelo pino nº 3 do IC1 for de 10 horas, o tempo gerado no pino nº 11 do IC2 seria 10 * 10 = 100 horas.
6. Da mesma forma, se o tempo gerado no pino nº 3 do IC1 for de 6 minutos, significaria uma alta saída do pino nº 11 do IC1 após 60 minutos ou 1 hora.
7. Quando a energia é LIGADA, o capacitor C2 garante que os pinos de reset de ambos os ICs sejam redefinidos apropriadamente, de modo que os ICs comecem a contar do zero ao invés de alguma figura intermediária irrelevante.
8. Enquanto a contagem progride, o pino nº 11 do IC2 permanece em nível lógico baixo, de forma que o driver do relé é mantido desligado.
9. Após o tempo definido expirar, o pino # 11 do IC2 fica alto, ativando o estágio do transistor / relé e a carga subsequente conectada com os contatos do relé.
10. O diodo D1 garante que a saída do pino nº 11 de IC2 bloqueie a contagem de IC1, fornecendo um sinal de retorno de trava em seu pino nº 11.
    Assim, todo o cronômetro trava até que seja desligado e reiniciado novamente para repetir todo o processo.

Lista de Peças

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

Layout PCB

Fórmula para cálculo de saída de atraso para IC 4060

Período de atraso = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frequência = 1 / 2,2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Adicionando chave seletora e LEDs

O design acima pode ser aprimorado com uma chave seletora e LEDs sequenciais, conforme indicado no diagrama a seguir:

Como funciona

O elemento principal do circuito de temporização é um dispositivo CMOS 4060, que é composto de um oscilador junto com um divisor de 14 estágios.

A frequência do oscilador pode ser ajustada através do potenciômetro P1 para que a saída em Q13 seja em torno de um único pulso a cada hora.

O período desta batida do relógio pode ser extremamente rápido (cerca de 100 ns), pois ele adicionalmente redefine todo o IC 4060 por meio do diodo D8.

O pulso do relógio 'uma vez a cada hora' é dado ao segundo contador (dividido por dez), o 4017 IC. Uma das várias saídas deste contador será lógico alto (lógico um) em qualquer instante.

Quando o 4017 é reinicializado, a saída Q0 fica alta. Logo após uma hora, a saída Q0 ficará baixa e a saída Q1 pode ficar alta, etc. Como resultado, a chave S1 permite que o usuário escolha um intervalo de tempo de uma a seis horas.

Quando a saída escolhida torna-se alta, o transistor desliga e o relé é desligado (desligando a carga conectada).

Uma vez que a entrada de habilitação do 4017 está, além disso, ligada ao limpador de S1, quaisquer pulsos de relógio subsequentes acabam não tendo impacto no contador. Consequentemente, o dispositivo continuará na condição DESLIGADO até que o botão de reinicialização seja pressionado pelo usuário.

O IC do buffer CMOS 4050 juntamente com os 7 LEDs são incorporados para oferecer indicação do intervalo de horas que pode ter decorrido essencialmente. Essas peças podem, obviamente, ser removidas caso uma exibição do tempo decorrido não seja necessária.

A tensão da fonte para este circuito não é realmente crucial e pode cobrir qualquer coisa entre 5 e 15 V. O uso de corrente do circuito, excluindo o relé, estará na faixa de 15 mA.

É aconselhável escolher uma tensão de fonte que possa corresponder às especificações do relé, para garantir que quaisquer problemas sejam evitados. O transistor BC 557 pode lidar com uma corrente de 70 mA, portanto, certifique-se de que a tensão da bobina do relé seja avaliada dentro desta faixa de corrente

2) Usando apenas BJTs

O próximo projeto explica um circuito temporizador de longa duração que usa apenas alguns transistores para as operações pretendidas.

Os circuitos de temporizador de longa duração normalmente envolvem ICs para o processamento porque a execução de atrasos de longa duração requer alta precisão e exatidão que só é possível usando ICs.

Atingindo Atrasos de Alta Precisão

Até mesmo nosso próprio IC 555 se torna indefeso e impreciso quando atrasos de longa duração são esperados.

O encontrado dificuldade para manter alta precisão com longa duração é basicamente o problema de tensão de fuga e a descarga inconsistente dos capacitores que leva a limites de partida errados para o temporizador, produzindo erros na temporização de cada ciclo.

Os vazamentos e problemas de descarga inconsistentes tornam-se proporcionalmente maiores à medida que os valores do capacitor aumentam, o que se torna obrigatório para a obtenção de intervalos longos.

Portanto, fazer temporizadores de longa duração com BJTs comuns pode ser quase impossível, pois esses dispositivos sozinhos podem ser muito básicos e não podem ser esperados para tais implementações complexas.

Então, como um circuito de transistor pode produzir intervalos de tempo longos e precisos?

O circuito de transistor a seguir lida com os problemas discutidos acima de maneira confiável e pode ser usado para adquirir temporização de longa duração com precisão razoavelmente alta (+/- 2%).

É simplesmente devido à descarga efetiva do capacitor em cada novo ciclo, isso garante que o circuito comece do zero e permite períodos de tempo idênticos precisos para a rede RC selecionada.

Diagrama de circuito

O circuito pode ser entendido com a ajuda da seguinte discussão:

Como funciona

Um toque momentâneo do botão carrega o capacitor 1000uF totalmente e dispara o transistor NPN BC547, sustentando a posição mesmo após a chave ser liberada devido à descarga lenta do 1000uF através do resistor 2M2 e do emissor do NPN.

O disparo do BC547 também liga o PNP BC557, que liga o relé e a carga conectada.

A situação acima se mantém enquanto o 1000uF não for descarregado abaixo dos níveis de corte dos dois transistores.

As operações discutidas acima são bastante básicas e fazem uma configuração de cronômetro comum que pode ser muito imprecisa com seu desempenho.

Como funcionam o 1K e o 1N4148

No entanto, a adição da rede 1K / 1N4148 instantaneamente transforma o circuito em um temporizador de longa duração extremamente preciso pelas seguintes razões.

Os enlaces 1K e 1N4148 garantem que cada vez que os transistores rompam a trava devido à carga insuficiente no capacitor, a carga residual dentro do capacitor é forçada a descarregar totalmente através do elo resistor / diodo acima através da bobina do relé.

O recurso acima garante que o capacitor seja completamente drenado e vazio para o próximo ciclo e, portanto, seja capaz de produzir um início limpo do zero.

Sem o recurso acima, o capacitor não seria capaz de descarregar completamente e a carga residual interna induziria a pontos de início indefinidos, tornando os procedimentos imprecisos e inconsistentes.

O circuito poderia ser ainda mais aprimorado usando um par Darlington para o NPN, permitindo o uso de resistores de valor muito maior em sua base e capacitores de valor proporcionalmente baixo. Capacitores de menor valor produziriam menores vazamentos e ajudariam a melhorar a precisão do tempo durante os períodos de contagem de longa duração.

Como calcular os valores dos componentes para os longos atrasos desejados:

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

Onde:

1. Vcé a voltagem através do capacitor
2. Vsé a tensão de alimentação
3. té o tempo decorrido desde a aplicação da tensão de alimentação
4. RCé o tempo constante do circuito de carregamento RC

Design PCB

Temporizador de longa duração usando amplificadores operacionais

A desvantagem de todos os temporizadores analógicos (circuitos monoestáveis) é que, em um esforço para alcançar períodos de tempo razoavelmente longos, a constante de tempo RC precisa ser correspondentemente substancial.

Isso inevitavelmente implica valores de resistor maiores que 1 M, que podem resultar em erros de temporização causados ​​por resistência de vazamento parasita dentro do circuito, ou capacitores eletrolíticos substanciais, que da mesma forma podem criar problemas de temporização por causa de sua resistência de vazamento.

O circuito temporizador do amplificador operacional mostrado acima realiza períodos de temporização até 100 vezes mais tempo em comparação com aqueles acessíveis usando circuitos regulares.

Ele consegue isso reduzindo a corrente de carga do capacitor por um fator de 100, conseqüentemente melhorando o tempo de carga drasticamente, sem exigir capacitores de carga de alto valor. O circuito funciona da seguinte maneira:

Quando o botão start / reset é clicado, C1 é descarregado e isso faz com que a saída do amplificador operacional IC1, que é configurado como um seguidor de tensão, torne-se zero volts. A entrada inversora do comparador IC2 está em um nível de tensão reduzido do que a entrada não inversora, portanto, a saída de IC2 se move para alto.

A tensão em torno de R4 está em torno de 120 mV, o que significa que C1 carrega via R2 com uma corrente de aproximadamente 120 nA, o que parece ser 100 vezes menor do que o que poderia ser alcançado caso R2 tivesse sido conectado diretamente à alimentação positiva.

Desnecessário dizer que, se C1 tivesse sido carregado com 120 mV consistentes, poderia atingir rapidamente essa tensão e parar de carregar mais.

No entanto, o terminal inferior de R4 sendo realimentado para a saída de IC1 garante que conforme a tensão em C1 aumenta, também aumenta a tensão de saída e, portanto, a tensão de carga fornecida a R2.

Uma vez que a tensão de saída sobe para aproximadamente 7,5 volts, ela ultrapassa a tensão referenciada na entrada não inversora de IC2 por R6 e R7, e a saída de IC2 torna-se baixa.

Uma pequena quantidade de feedback positivo fornecido pelo R8 impede que qualquer tipo de ruído existente na saída do IC1 seja aumentado pelo IC2 conforme ele se move do ponto de disparo, porque isso normalmente produz pulsos de saída falsos. A duração do tempo pode ser calculada pela equação:

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

Isso pode parecer um tanto complexo, mas com os números de peça indicados, o intervalo de tempo pode ser definido até 100 C1. Aqui C1 está em microfarads, digamos que se C1 for selecionado como 1 µ, o intervalo de tempo de saída será de 100 segundos.

É muito claro a partir da equação que é possível variar o intervalo de tempo linearmente substituindo R2 por um potenciômetro de 1 M, ou logaritmicamente usando um potenciômetro de 10 k no lugar de R6 e R7.