2 Penjelasan Sirkuit Timer Durasi Panjang Terbaik

Dalam posting ini kita belajar bagaimana membuat 2 rangkaian pengatur waktu durasi panjang yang akurat mulai dari 4 jam hingga 40 jam, yang dapat ditingkatkan lebih jauh untuk mendapatkan penundaan yang lebih lama. Konsepnya adalah dapat disesuaikan sepenuhnya .

Pengatur waktu dalam elektronik pada dasarnya adalah perangkat yang digunakan untuk menghasilkan interval waktu tunda untuk mengalihkan beban yang terhubung. Penundaan waktu ditetapkan secara eksternal oleh pengguna sesuai kebutuhan.

pengantar

Harap diingat bahwa Anda tidak akan pernah dapat menghasilkan penundaan akurat yang lama hanya dengan menggunakan satu IC 4060 atau IC CMOS apa pun.

Saya telah mengkonfirmasi secara praktis bahwa setelah 4 jam IC 4060 mulai menyimpang dari jangkauan akurasinya.

IC 555 sebagai timer tunda bahkan lebih buruk lagi, hampir tidak mungkin mendapatkan penundaan yang akurat bahkan untuk satu jam dari IC ini.

Ketidakakuratan ini sebagian besar disebabkan oleh arus bocor kapasitor, dan pemakaian kapasitor yang tidak efisien.

IC seperti 4060, IC 555, dll pada dasarnya menghasilkan osilasi yang dapat disesuaikan langsung dari beberapa Hz hingga banyak Hz.

Kecuali IC ini terintegrasi dengan perangkat penghitung pembagi lain seperti IC 4017 , mendapatkan interval waktu akurat yang sangat tinggi mungkin tidak dapat dilakukan. Untuk mendapatkan 24 jam, atau bahkan hari dan minggu interval Anda akan mengintegrasikan tahap pembagi / penghitung seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Di rangkaian pertama kita melihat bagaimana dua mode IC yang berbeda dapat digabungkan bersama untuk membentuk rangkaian pengatur waktu durasi panjang yang efektif.

1) Deskripsi Sirkuit

Mengacu pada diagram sirkuit.

1. IC1 adalah IC penghitung osilator yang terdiri dari tahap osilator bawaan dan menghasilkan pulsa clock dengan periode yang berbeda-beda di seluruh pinnya 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
2. Output dari pin 3 menghasilkan interval waktu terpanjang dan oleh karena itu kami memilih output ini untuk memberi makan tahap berikutnya.
3. Pot P1 dan kapasitor C1 dari IC1 dapat digunakan untuk mengatur rentang waktu pada pin 3.
4. Semakin tinggi pengaturan komponen di atas semakin lama periode pada pin # 3.
5. Tahap selanjutnya terdiri dari penghitung dekade IC 4017 yang tidak melakukan apa-apa selain meningkatkan interval waktu yang diperoleh dari IC1 menjadi sepuluh kali lipat. Artinya jika interval waktu yang dihasilkan oleh IC1s pin # 3 adalah 10 jam, maka waktu yang dihasilkan pada pin # 11 dari IC2 adalah 10 * 10 = 100 jam.
6. Demikian pula jika waktu yang dihasilkan pada pin # 3 dari IC1 adalah 6 menit, berarti output tinggi dari pin # 11 IC1 setelah 60 menit atau 1 jam.
7. Ketika daya DIAKTIFKAN, kapasitor C2 memastikan bahwa pin reset dari kedua IC diatur ulang dengan benar, sehingga IC mulai menghitung dari nol daripada dari beberapa angka perantara yang tidak relevan.
8. Selama penghitungan berlangsung, pin # 11 dari IC2 tetap pada logika rendah, sehingga driver relai ditahan dalam keadaan OFF.
9. Setelah pengaturan waktu berlalu, pin # 11 dari IC2 menjadi tinggi mengaktifkan transistor / tahap relai dan beban berikutnya terhubung dengan kontak relai.
10. Dioda D1 memastikan bahwa output dari pin # 11 dari IC2 mengunci penghitungan IC1 dengan memberikan sinyal kait umpan balik pada pin # 11.
    Dengan demikian, seluruh pengatur waktu akan terkunci hingga pengatur waktu dimatikan dan diulangi lagi untuk mengulangi seluruh proses.

Daftar Bagian

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

Tata Letak PCB

Rumus untuk Menghitung keluaran Delay untuk IC 4060

Periode Tunda = 2.2 Rt.Ct.2 (N -1)

Frekuensi = 1 / 2.2 Rt.Ct

Rt = P1 + R2

Ct = C1

R1 = 10 (P1 + R2)

Menambahkan Sakelar Selektor dan LED

Desain di atas dapat lebih ditingkatkan dengan sakelar pemilih dan LED sekuensial, seperti yang ditunjukkan pada diagram berikut:

Bagaimana itu bekerja

Elemen utama rangkaian pengaturan waktu adalah perangkat CMOS 4060, yang terdiri dari osilator bersama dengan pembagi 14 tahap.

Frekuensi osilator dapat diubah melalui potensiometer P1 agar output pada Q13 sekitar satu pulsa setiap jam.

Jangka waktu detak jam ini bisa sangat cepat (sekitar 100 ns), karena juga mengatur ulang seluruh IC 4060 melalui dioda D8.

Denyut jam 'sekali setiap jam' diberikan ke penghitung ke-2 (bagi-dengan-sepuluh), IC 4017. Salah satu dari beberapa output penghitung ini akan menjadi logika tinggi (logika satu) pada saat tertentu.

Saat 4017 di-reset, output Q0 menjadi tinggi. Tepat setelah satu jam, output Q0 akan rendah dan output Q1 mungkin tinggi, dll. Alihkan S1 sebagai hasilnya memungkinkan pengguna untuk memilih interval waktu melalui satu hingga enam jam.

Ketika output yang dipilih menjadi tinggi, transistor mati dan relai dimatikan (sehingga mematikan beban yang terhubung).

Setelah input pengaktifan 4017 selanjutnya dipasang ke wiper S1, pulsa clock berikutnya ternyata tidak berdampak pada pencacah. Akibatnya, perangkat akan terus berada dalam kondisi OFF hingga tombol reset dilakukan oleh pengguna.

IC penyangga 4050 CMOS bersama dengan 7 LED digabungkan untuk menawarkan indikasi rentang jam yang mungkin telah berlalu. Bagian-bagian ini jelas dapat dilepas jika tampilan waktu yang telah lewat tidak diperlukan.

Sumber tegangan untuk rangkaian ini tidak terlalu penting dan dapat mencakup apa saja dari 5 dan 15 V, Penggunaan rangkaian saat ini, tidak termasuk relai, akan berada dalam kisaran 15 mA.

Dianjurkan untuk memilih tegangan sumber yang mungkin cocok dengan spesifikasi relai, untuk memastikan bahwa setiap masalah dapat dihindari. Transistor BC 557 dapat menangani arus sebesar 70 mA, jadi pastikan tegangan koil relai diberi nilai dalam rentang arus ini.

2) Hanya Menggunakan BJT

Desain selanjutnya menjelaskan rangkaian timer durasi sangat lama yang hanya menggunakan beberapa transistor untuk operasi yang dimaksudkan.

Rangkaian pengatur waktu durasi lama biasanya melibatkan IC untuk pemrosesan karena menjalankan penundaan durasi lama membutuhkan presisi dan akurasi tinggi yang hanya mungkin dilakukan dengan menggunakan IC.

Mencapai Penundaan Akurasi Tinggi

Bahkan IC 555 kami sendiri menjadi tidak berdaya dan tidak akurat ketika penundaan durasi yang lama diharapkan darinya.

Yang ditemui kesulitan untuk mempertahankan akurasi tinggi dengan lama durasi pada dasarnya adalah masalah tegangan bocor, dan pemakaian kapasitor yang tidak konsisten yang mengarah ke ambang awal yang salah untuk pengatur waktu yang menghasilkan kesalahan dalam waktu untuk setiap siklus.

Masalah kebocoran dan pelepasan yang tidak konsisten menjadi lebih besar secara proporsional karena nilai kapasitor semakin besar yang menjadi keharusan untuk mendapatkan interval yang lama.

Oleh karena itu, membuat pengatur waktu durasi yang lama dengan BJT biasa hampir tidak mungkin karena perangkat ini saja bisa terlalu mendasar dan tidak dapat diharapkan untuk implementasi yang begitu rumit.

Jadi Bagaimana Rangkaian Transistor Menghasilkan Interval Waktu Durasi Akurat Yang Panjang?

Rangkaian transistor berikut menangani masalah yang dibahas di atas secara kredibel dan dapat digunakan untuk memperoleh waktu durasi yang lama dengan akurasi yang cukup tinggi (+/- 2%).

Ini hanya karena pemakaian kapasitor yang efektif pada setiap siklus baru, ini memastikan bahwa rangkaian dimulai dari nol, dan memungkinkan periode waktu identik yang akurat untuk jaringan RC yang dipilih.

Diagram Sirkuit

Sirkuit tersebut dapat dipahami dengan bantuan pembahasan berikut:

Bagaimana itu bekerja

Menekan tombol push sesaat mengisi kapasitor 1000uF sepenuhnya dan memicu transistor NPN BC547, mempertahankan posisi bahkan setelah sakelar dilepaskan karena pelepasan daya 1000uF yang lambat melalui resistor 2M2 dan pemancar NPN.

Memicu BC547 juga mengaktifkan PNP BC557 yang pada gilirannya mengaktifkan relai dan beban yang terhubung.

Situasi di atas berlaku selama 1000uF tidak dilepaskan di bawah level cut off dari kedua transistor.

Operasi yang dibahas di atas cukup mendasar dan membuat konfigurasi pengatur waktu biasa yang mungkin terlalu tidak akurat dengan kinerjanya.

Bagaimana 1K dan 1N4148 Bekerja

Namun penambahan jaringan 1K / 1N4148 secara instan mengubah rangkaian menjadi pengatur waktu durasi panjang yang sangat akurat karena alasan berikut.

Tautan 1K dan 1N4148 memastikan bahwa setiap kali transistor memecah kait karena muatan yang tidak mencukupi di kapasitor, muatan sisa di dalam kapasitor dipaksa untuk dilepaskan sepenuhnya melalui tautan resistor / dioda di atas melalui koil relai.

Fitur di atas memastikan bahwa kapasitor benar-benar terkuras dan kosong untuk siklus berikutnya dan dengan demikian dapat menghasilkan awal yang bersih dari nol.

Tanpa fitur di atas, kapasitor tidak akan dapat melepaskan sepenuhnya dan muatan sisa di dalamnya akan menyebabkan titik awal yang tidak ditentukan sehingga prosedur tidak akurat dan tidak konsisten.

Sirkuit ini dapat lebih ditingkatkan lagi dengan menggunakan pasangan Darlington untuk NPN yang memungkinkan penggunaan resistor bernilai jauh lebih tinggi pada dasarnya dan kapasitor bernilai rendah secara proporsional. Kapasitor dengan nilai lebih rendah akan menghasilkan kebocoran yang lebih rendah dan membantu meningkatkan keakuratan waktu selama periode penghitungan durasi yang lama.

Cara Menghitung Nilai Komponen untuk Penundaan Lama yang Diinginkan:

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

Dimana:

1. Uadalah tegangan kapasitor
2. Vsadalah tegangan suplai
3. tadalah waktu yang telah berlalu sejak penerapan tegangan suplai
4. RCadalah waktu konstan dari sirkuit pengisian RC

Desain PCB

Timer Durasi Panjang menggunakan Op Amps

Kerugian dari semua pengatur waktu analog (sirkuit monostabil) adalah bahwa, dalam upaya untuk mencapai periode waktu yang cukup lama, konstanta waktu RC harus substansial.

Ini pasti menyiratkan nilai resistor lebih besar dari 1 M, yang dapat mengakibatkan kesalahan waktu yang disebabkan oleh resistansi kebocoran yang menyimpang di dalam rangkaian, atau kapasitor elektrolitik substansial, yang juga dapat menimbulkan masalah waktu karena resistansi kebocorannya.

Rangkaian pengatur waktu op amp yang ditunjukkan di atas menyelesaikan periode waktu sebanyak 100 kali lebih banyak dibandingkan dengan yang dapat diakses menggunakan rangkaian biasa.

Ini mencapai ini dengan menurunkan arus pengisian kapasitor melalui faktor 100, akibatnya meningkatkan waktu pengisian secara drastis, tanpa memerlukan kapasitor pengisian nilai tinggi. Sirkuit bekerja dengan cara berikut:

Ketika tombol start / reset diklik C1 akan terkuras dan hal ini menyebabkan keluaran op amp IC1 yang dikonfigurasi sebagai pengikut tegangan menjadi nol volt. Input pembalik dari komparator IC2 berada pada level tegangan yang berkurang daripada input non-pembalik, oleh karena itu output IC2 bergerak tinggi.

Tegangan di sekitar R4 adalah sekitar 120 mV, yang berarti bahwa C1 mengisi melalui R2 dengan arus sekitar 120 nA, yang kira-kira 100 kali lebih kecil dari yang dapat dicapai jika R2 telah dipasang langsung ke suplai positif.

Tak perlu dikatakan, jika C1 telah diisi melalui 120 mV yang konsisten, ia dapat dengan cepat mencapai voltase ini, dan berhenti mengisi daya lebih jauh.

Namun, terminal R4 yang lebih rendah diumpankan kembali ke output IC1 memastikan bahwa ketika tegangan di C1 naik, begitu juga tegangan output dan oleh karena itu tegangan pengisian diberikan ke R2.

Setelah tegangan keluaran naik menjadi sekitar 7,5 volt, ia melampaui tegangan yang dirujuk pada masukan non-pembalik dari IC2 oleh R6 dan R7, dan keluaran dari IC2 menjadi rendah.

Sejumlah kecil umpan balik positif yang dipasok oleh R8 menghambat segala jenis kebisingan yang ada pada output IC1 agar tidak didorong oleh IC2 saat bergerak dari titik pemicu, karena ini biasanya menghasilkan pulsa keluaran palsu. Panjang waktu dapat dihitung dengan persamaan:

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

Ini mungkin tampak agak rumit, tetapi dengan nomor bagian yang ditunjukkan, interval waktu dapat diatur selama 100 C1. Di sini C1 dalam mikrofarad, katakanlah jika C1 dipilih sebagai 1 µ maka interval waktu keluaran adalah 100 detik.

Sangat jelas dari persamaan tersebut bahwa dimungkinkan untuk memvariasikan interval waktu secara linier dengan mengganti R2 dengan potensiometer 1 M, atau secara logaritmik dengan menggunakan pot 10 k sebagai pengganti R6 dan R7.