En esta publicación, aprendemos cómo hacer 2 circuitos de temporizador precisos de larga duración que van desde 4 horas a 40 horas, que se pueden actualizar aún más para obtener retrasos aún más largos. Los conceptos son totalmente ajustable .
Un temporizador en electrónica es esencialmente un dispositivo que se utiliza para producir intervalos de retardo de tiempo para conmutar una carga conectada. El tiempo de retardo lo establece externamente el usuario según el requisito.
Introducción
Recuerde que nunca puede producir retrasos largos y precisos utilizando solo un solo 4060 IC o cualquier CMOS IC.
He confirmado prácticamente que más allá de las 4 horas, IC 4060 comienza a desviarse de su rango de precisión.
IC 555 como temporizador de retardo es aún peor, es casi imposible obtener retardos precisos incluso durante una hora desde este IC.
Esta inexactitud se debe principalmente a la corriente de fuga del capacitor y a la descarga ineficiente del capacitor.
Los circuitos integrados como 4060, IC 555, etc., básicamente generan oscilaciones que se pueden ajustar desde unos pocos Hz hasta muchos Hz.
A menos que estos IC estén integrados con otro dispositivo contador de divisores como IC 4017 , puede que no sea factible obtener intervalos de tiempo muy precisos. Por conseguir 24 horas, o incluso días y semana intervalos habrá integrado una etapa de divisor / contador como se muestra a continuación.
En el primer circuito vemos cómo dos modos diferentes de circuitos integrados se pueden acoplar para formar un circuito temporizador de larga duración efectivo.
1) Descripción del circuito
Refiriéndose al diagrama del circuito.
- IC1 es un contador de oscilador IC que consta de una etapa de oscilador incorporada y genera pulsos de reloj con períodos variables en sus pines 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 13, 14, 15.
- La salida del pin 3 produce el intervalo de tiempo más largo y, por lo tanto, seleccionamos esta salida para alimentar la siguiente etapa.
- El potenciómetro P1 y el condensador C1 de IC1 se pueden usar para ajustar el intervalo de tiempo en su pin 3.
- Cuanto mayor sea el ajuste de los componentes anteriores, mayor será el período en el pin # 3.
- La siguiente etapa consiste en el contador de décadas IC 4017 que no hace más que aumentar el intervalo de tiempo obtenido de IC1 a diez veces. Significa que si el intervalo de tiempo generado por el pin n. ° 3 de IC1 es de 10 horas, el tiempo generado en el pin n. ° 11 de IC2 sería 10 * 10 = 100 horas.
- De manera similar, si el tiempo generado en el pin n. ° 3 de IC1 es de 6 minutos, significaría una salida alta desde el pin n. ° 11 de IC1 después de 60 minutos o 1 hora.
- Cuando se enciende la alimentación, el condensador C2 se asegura de que los pines de reinicio de ambos circuitos integrados se reinicien correctamente, de modo que los circuitos integrados comiencen a contar desde cero en lugar de desde alguna cifra intermedia irrelevante.
- Mientras progresa el conteo, el pin # 11 de IC2 permanece en lógica baja, de modo que el controlador de relé se mantiene apagado.
- Después de que transcurre el tiempo establecido, el pin # 11 de IC2 se pone alto activando la etapa de transistor / relé y la carga subsiguiente conectada con los contactos del relé.
- El diodo D1 asegura que la salida del pin # 11 de IC2 bloquee el conteo de IC1 al proporcionar una señal de retroalimentación en su pin # 11.
Por lo tanto, todo el temporizador se bloquea hasta que se apaga y se reinicia de nuevo para repetir todo el proceso.
Lista de partes
R1, R3 = 1 M
R2, R4 = 12K,
C1, C2 = 1uF / 25V,
D1, D2 = 1N4007,
IC1 = 4060,
IC2 = 4017,
T1 = BC547,
POT = 1M lineal
RELÉ = 12V SPDT
Diseño de PCB
Fórmula para calcular la salida de retardo para IC 4060
Periodo de retraso = 2,2 Rt.Ct.2 (N -1)
Frecuencia = 1 / 2,2 Rt.Ct
Rt = P1 + R2
Ct = C1
R1 = 10 (P1 + R2)
Agregar interruptor selector y LED
El diseño anterior podría mejorarse aún más con un interruptor selector y LED secuenciales, como se indica en el siguiente diagrama:
Cómo funciona
El elemento principal del circuito de temporización es un dispositivo CMOS 4060, que se compone de un oscilador junto con un divisor de 14 etapas.
La frecuencia del oscilador podría ajustarse a través del potenciómetro P1 para que la salida en Q13 sea de alrededor de un solo pulso cada hora.
El período de este latido del reloj podría ser extremadamente rápido (alrededor de 100 ns), ya que también restablece todo el 4060 IC mediante el diodo D8.
El pulso del reloj 'una vez por hora' se envía al segundo contador (dividido por diez), el 4017 IC. Una de las varias salidas de este contador será lógica alta (una lógica) en cualquier instante dado.
Cuando se restablece el 4017, la salida Q0 aumenta. Inmediatamente después de una hora, la salida Q0 se volverá baja y la salida Q1 puede llegar a ser alta, etc. Como resultado, el interruptor S1 permite al usuario elegir un intervalo de tiempo de una a seis horas.
Cuando la salida elegida se vuelve alta, el transistor se apaga y el relé se apaga (apagando así la carga conectada).
Una vez que la entrada de habilitación del 4017 se conecta además al limpiador de S1, cualquier pulso de reloj subsiguiente resulta no tener impacto en el contador. En consecuencia, el dispositivo continuará en la condición de APAGADO hasta que el usuario presione el interruptor de reinicio.
El CI de búfer 4050 CMOS junto con los 7 LED se incorporan para ofrecer una indicación del rango de horas que pueden haber transcurrido esencialmente. Obviamente, estas partes podrían eliminarse en caso de que no se necesite una visualización del tiempo transcurrido.
El voltaje de la fuente para este circuito no es realmente crucial y podría cubrir entre 5 y 15 V. El uso actual del circuito, excluyendo el relé, estará en el rango de 15 mA.
Es aconsejable elegir una fuente de voltaje que pueda coincidir con las especificaciones del relé, para garantizar que se eviten problemas. El transistor BC 557 puede manejar una corriente de 70 mA, así que asegúrese de que el voltaje de la bobina del relé esté clasificado dentro de este rango de corriente
2) Usando solo BJT
El siguiente diseño explica un circuito temporizador de muy larga duración que usa solo un par de transistores para las operaciones previstas.
Los circuitos de temporizador de larga duración normalmente involucran circuitos integrados para el procesamiento porque la ejecución de retrasos de larga duración requiere una alta precisión y exactitud que solo es posible utilizando circuitos integrados.
Conseguir retrasos de alta precisión
Incluso nuestro propio IC 555 se vuelve indefenso e inexacto cuando se esperan retrasos de larga duración.
El encontrado dificultad para mantener una alta precisión con largos duración Es básicamente el problema del voltaje de fuga y la descarga inconsistente de los capacitores lo que conduce a umbrales de arranque incorrectos para el temporizador, lo que produce errores en la sincronización de cada ciclo.
Las fugas y los problemas de descarga inconsistentes se vuelven proporcionalmente mayores a medida que aumentan los valores del condensador, lo que se vuelve imperativo para obtener intervalos largos.
Por lo tanto, hacer temporizadores de larga duración con BJT ordinarios podría ser casi imposible, ya que estos dispositivos por sí solos podrían ser demasiado básicos y no se pueden esperar para implementaciones tan complejas.
Entonces, ¿cómo puede un circuito de transistor producir intervalos de tiempo de duración larga y precisa?
El siguiente circuito de transistores maneja los problemas discutidos anteriormente de manera creíble y puede usarse para adquirir tiempos de larga duración con una precisión razonablemente alta (+/- 2%).
Es simplemente debido a la descarga efectiva del capacitor en cada nuevo ciclo, esto asegura que el circuito comience desde cero y permite períodos de tiempo idénticos exactos para la red RC seleccionada.
Diagrama de circuito
El circuito se puede entender con la ayuda de la siguiente discusión:
Cómo funciona
Una pulsación momentánea del botón carga el condensador de 1000uF por completo y activa el transistor NPN BC547, manteniendo la posición incluso después de que se suelta el interruptor debido a la descarga lenta de 1000uF a través de la resistencia de 2M2 y el emisor de la NPN.
La activación del BC547 también enciende el PNP BC557, que a su vez enciende el relé y la carga conectada.
La situación anterior se mantiene mientras el 1000uF no se descargue por debajo de los niveles de corte de los dos transistores.
Las operaciones discutidas anteriormente son bastante básicas y hacen una configuración de temporizador ordinaria que puede ser demasiado inexacta con su rendimiento.
Cómo funcionan el 1K y el 1N4148
Sin embargo, la adición de la red 1K / 1N4148 transforma instantáneamente el circuito en un temporizador de larga duración enormemente preciso por las siguientes razones.
El enlace 1K y 1N4148 asegura que cada vez que los transistores rompen el pestillo debido a una carga insuficiente en el condensador, la carga residual dentro del condensador se ve obligada a descargarse completamente a través del enlace de resistencia / diodo anterior a través de la bobina del relé.
La característica anterior asegura que el capacitor esté completamente drenado y vacío para el siguiente ciclo y, por lo tanto, pueda producir un inicio limpio desde cero.
Sin la característica anterior, el condensador no podría descargarse completamente y la carga residual en el interior induciría puntos de inicio indefinidos, lo que haría que los procedimientos fueran imprecisos e inconsistentes.
El circuito podría mejorarse aún más mediante el uso de un par Darlington para el NPN, lo que permite el uso de resistencias de valor mucho más alto en su base y condensadores de valor proporcionalmente bajo. Los condensadores de valor más bajo producirían menos fugas y ayudarían a mejorar la precisión de la sincronización durante los períodos de conteo de larga duración.
Cómo calcular los valores de los componentes para los retrasos largos deseados:
Vc = Vs (1 - e-t / RC)
Dónde:
- Ues el voltaje en el condensador
- Vses la tensión de alimentación
- tes el tiempo transcurrido desde la aplicación de la tensión de alimentación
- RCes el tiempo constante del circuito de carga RC
Diseño de PCB
Temporizador de larga duración con amplificadores operacionales
La desventaja de todos los temporizadores analógicos (circuitos monoestables) es que, en un esfuerzo por lograr períodos de tiempo bastante largos, la constante de tiempo RC debe ser correspondientemente sustancial.
Esto inevitablemente implica valores de resistencia de más de 1 M, que pueden resultar en errores de sincronización causados por resistencia de fuga parásita dentro del circuito, o condensadores electrolíticos sustanciales, que de manera similar pueden crear problemas de sincronización debido a su resistencia de fuga.
El circuito temporizador del amplificador operacional que se muestra arriba logra períodos de tiempo hasta 100 veces más en comparación con los accesibles mediante circuitos regulares.
Esto se logra reduciendo la corriente de carga del condensador en un factor de 100, mejorando en consecuencia el tiempo de carga drásticamente, sin requerir condensadores de carga de alto valor. El circuito funciona de la siguiente manera:
Cuando se hace clic en el botón de inicio / reinicio, C1 se descarga y esto hace que la salida del amplificador operacional IC1, que está configurado como seguidor de voltaje, se convierta en cero voltios. La entrada inversora del comparador IC2 está en un nivel de voltaje reducido que la entrada no inversora, por lo tanto, la salida de IC2 se mueve hacia arriba.
El voltaje alrededor de R4 es de alrededor de 120 mV, lo que significa que C1 se carga a través de R2 con una corriente de aproximadamente 120 nA, lo que parece ser 100 veces menor que lo que se podría lograr en caso de que R2 se hubiera conectado directamente a un suministro positivo.
No hace falta decir que si C1 se hubiera cargado a través de 120 mV consistentes, podría alcanzar rápidamente este voltaje y dejar de cargar más.
Sin embargo, el terminal inferior de R4 que se retroalimenta a la salida de IC1 asegura que a medida que aumenta el voltaje en C1, también lo hace el voltaje de salida y, por lo tanto, el voltaje de carga dado a R2.
Una vez que el voltaje de salida sube a aproximadamente 7.5 voltios, supera el voltaje referido en la entrada no inversora de IC2 por R6 y R7, y la salida de IC2 se vuelve baja.
Una pequeña cantidad de retroalimentación positiva suministrada por R8 impide que cualquier tipo de ruido existente en la salida de IC1 sea impulsado por IC2 a medida que se mueve desde el punto de activación, porque esto normalmente produce pulsos de salida falsos. La duración del tiempo se puede calcular mediante la ecuación:
T = R2 C1 (1 + R5 / R4 + R5 / R2) x C2 x (1 + R7 / R6)
Esto puede parecer algo complejo, pero con los números de pieza indicados, el intervalo de tiempo se puede configurar hasta 100 C1. Aquí C1 está en microfaradios, digamos que si C1 se selecciona como 1 µ, entonces el intervalo de tiempo de salida será de 100 segundos.
De la ecuación está muy claro que es posible variar el intervalo de tiempo linealmente sustituyendo R2 con un potenciómetro de 1 M, o logarítmicamente utilizando un potenciómetro de 10 k en lugar de R6 y R7.
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