この投稿では、4時間から40時間の範囲の2つの正確な長時間タイマー回路を作成する方法を学習します。これをさらにアップグレードして、さらに長い遅延を得ることができます。コンセプトは 完全に調整可能 。
電子機器のタイマーは、本質的に、接続された負荷を切り替えるための時間遅延間隔を生成するために使用されるデバイスです。時間遅延は、要件に従ってユーザーが外部で設定します。
前書き
単一の4060ICまたは任意のCMOSICだけを使用して、長く正確な遅延を生成することは決してできないことを覚えておいてください。
IC 4060が4時間を超えると、精度範囲から外れ始めることを実際に確認しました。
遅延タイマーとしてのIC555はさらに悪いので、このICから1時間でも正確な遅延を得るのはほとんど不可能です。
この不正確さは、主にコンデンサの漏れ電流とコンデンサの非効率的な放電が原因です。
4060、IC 555などのICは基本的に、数Hzから数Hzまで調整可能な発振を生成します。
これらのICが次のような別の分周器カウンタデバイスと統合されていない限り IC 4017 、非常に高い正確な時間間隔を取得することは現実的ではない場合があります。 24時間、さらには 日と週 以下に示すように、ディバイダー/カウンターステージを統合する間隔があります。
最初の回路では、2つの異なるモードのICを結合して、効果的な長時間タイマー回路を形成する方法を説明します。
1）回路の説明
回路図を参照してください。
- IC1は、内蔵の発振器ステージで構成される発振器カウンタICであり、ピン1、2、3、4、5、6、7、9、13、14、15の両端にさまざまな周期のクロックパルスを生成します。
- ピン3からの出力は最も長い時間間隔を生成するため、次のステージに供給するためにこの出力を選択します。
- IC1のポットP1とコンデンサC1は、ピン3のタイムスパンを調整するために使用できます。
- 上記のコンポーネントの設定が高いほど、ピン＃3の周期が長くなります。
- 次のステージは、IC1から取得した時間間隔を10倍に増やすだけのディケードカウンターIC4017で構成されます。これは、IC1のピン＃3によって生成される時間間隔が10時間である場合、IC2のピン＃11で生成される時間は10 * 10 = 100時間になることを意味します。
- 同様に、IC1のピン＃3で生成された時間が6分である場合、60分または1時間後にIC1のピン＃11からの高出力を意味します。
- 電源がオンになると、コンデンサC2は、両方のICのリセットピンが適切にリセットされることを確認します。これにより、ICは、無関係な中間値からではなく、ゼロからカウントを開始します。
- カウントが進行している限り、IC2のピン＃11はロジックローのままであるため、リレードライバはオフになります。
- 設定されたタイミングが経過すると、IC2のピン＃11がハイになり、トランジスタ/リレーステージとそれに続くリレー接点に接続された負荷がアクティブになります。
- ダイオードD1は、IC2のピン＃11からの出力が、ピン＃11にフィードバックラッチ信号を提供することにより、IC1のカウントをロックすることを保証します。
したがって、タイマー全体がラッチされ、タイマーがオフになり、プロセス全体を繰り返すために再起動されます。
パーツリスト
R1、R3 = 1M
R2、R4 = 12K、
C1、C2 = 1uF / 25V、
D1、D2 = 1N4007、
IC1 = 4060、
IC2 = 4017、
T1 = BC547、
POT = 1M線形
リレー= 12V SPDT
PCBレイアウト
IC4060の遅延出力を計算するための式
遅延期間= 2.2 Rt.Ct.2（N -1）
周波数= 1 / 2.2 Rt.Ct
Rt = P1 + R2
Ct = C1
R1 = 10（P1 + R2）
セレクタースイッチとLEDの追加
上記の設計は、次の図に示すように、セレクタスイッチとシーケンシャルLEDを使用してさらに強化できます。
使い方
タイミング回路の主な要素は4060CMOSデバイスで、これは発振器と14段の分周器で構成されています。
発振器の周波数は、Q13での出力が毎時約1パルスになるように、ポテンショメータP1を介して調整できます。
このクロックビートの周期は、ダイオードD8を介して4060 IC全体をさらにリセットするため、非常に高速（約100 ns）になる可能性があります。
「1時間に1回」のクロックパルスは、2番目の（10で割る）カウンタである4017ICに与えられます。このカウンタのいくつかの出力の1つは、任意の時点でロジックハイ（ロジック1）になります。
4017がリセットされると、出力Q0がハイになります。 1時間後、出力Q0がローになり、出力Q1がハイになるなどの可能性があります。その結果、スイッチS1により、ユーザーは1〜6時間の時間間隔を選択できます。
選択した出力がハイになると、トランジスタがオフになり、リレーがオフになります（したがって、接続された負荷がオフになります）。
4017のイネーブル入力がS1のワイパーにさらに接続されると、後続のクロックパルスはカウンターに影響を与えないことがわかります。その結果、ユーザーがリセットスイッチを押すまで、デバイスはスイッチオフ状態のままになります。
4050 CMOSバッファICと7つのLEDが組み込まれており、本質的に経過した可能性のある時間範囲を示します。経過時間の表示が不要な場合は、明らかにこれらの部品を取り外すことができます。
この回路の電源電圧はそれほど重要ではなく、5〜15 Vの範囲でカバーできます。リレーを除く回路の現在の使用量は、15mAの範囲になります。
問題を回避するために、リレーの仕様に一致する可能性のある電源電圧を選択することをお勧めします。 BC557トランジスタは70mAの電流を処理できるため、リレーコイルの電圧がこの電流範囲内で定格されていることを確認してください
2）BJTのみを使用する
次の設計では、目的の動作に2、3個のトランジスタのみを使用する非常に長時間のタイマー回路について説明します。
長時間の遅延を実行するには、ICを使用した場合にのみ可能な高精度と精度が必要になるため、長時間のタイマー回路には通常、処理にICが含まれます。
高精度の遅延を実現
私たち自身のIC555でさえ、長時間の遅延が予想される場合、無力で不正確になります。
遭遇した 高精度を長く維持することの難しさ デュレーション これは基本的にリーク電圧の問題であり、コンデンサの放電に一貫性がないため、タイマーの開始しきい値が正しくなくなり、各サイクルのタイミングにエラーが発生します。
コンデンサの値が大きくなると、漏れと一貫性のない放電の問題が比例して大きくなり、長い間隔を取得するために不可欠になります。
したがって、通常のBJTで長時間のタイマーを作成することは、これらのデバイスだけでは基本的すぎて、そのような複雑な実装では期待できないため、ほとんど不可能です。
では、トランジスタ回路はどのようにして長い正確な持続時間間隔を生成できるのでしょうか？
次のトランジスタ回路は、上記の問題を確実に処理し、適度に高い精度（+/- 2％）で長時間のタイミングを取得するために使用できます。
これは単に、新しいサイクルごとにコンデンサが効果的に放電されるためです。これにより、回路がゼロから開始し、選択したRCネットワークで正確に同じ期間が可能になります。
回路図
回路は、次の説明の助けを借りて理解することができます。
使い方
押しボタンを瞬間的に押すと、1000uFコンデンサが完全に充電され、NPN BC547トランジスタがトリガーされ、2M2抵抗とNPNのエミッタを介した1000uFの放電が遅いため、スイッチが解放された後もその位置が維持されます。
BC547をトリガーすると、PNP BC557もオンになり、PNPBC557がリレーと接続された負荷をオンにします。
上記の状況は、1000uFが2つのトランジスタのカットオフレベルを下回って放電されない限り続きます。
上記の操作は非常に基本的なものであり、通常のタイマー構成を作成するため、パフォーマンスが不正確になる可能性があります。
1Kおよび1N4148のしくみ
ただし、1K / 1N4148ネットワークを追加すると、次の理由により、回路が非常に正確な長時間タイマーに即座に変換されます。
1Kおよび1N4148リンクは、コンデンサの電荷が不十分なためにトランジスタがラッチを破壊するたびに、コンデンサ内部の残留電荷がリレーコイルを介して上記の抵抗/ダイオードリンクを介して完全に放電されることを保証します。
上記の機能により、コンデンサが完全に排出され、次のサイクルで空になり、ゼロからクリーンなスタートを切ることができます。
上記の機能がないと、コンデンサは完全に放電できず、内部の残留電荷によって開始点が定義されないため、手順が不正確で一貫性がなくなります。
NPNにダーリントンペアを使用することで回路をさらに強化でき、ベースにはるかに高い値の抵抗とそれに比例して低い値のコンデンサを使用できます。コンデンサの値を小さくすると、リークが少なくなり、長時間のカウント期間中のタイミング精度が向上します。
必要な長い遅延のコンポーネント値を計算する方法：
Vc = Vs（1-e-t/RC）
どこ：
- Uはコンデンサ両端の電圧です
- 対は供給電圧です
- tは供給電圧を印加してからの経過時間です
- RCそれは 時定数 RC充電回路の
PCB設計
オペアンプを使用した長時間タイマー
すべてのアナログタイマー（単安定回路）の欠点は、かなり長い期間を達成するために、RC時定数がそれに応じて実質的である必要があることです。
これは必然的に1Mを超える抵抗値を意味し、回路内の浮遊漏れ抵抗によってタイミングミスが発生する可能性があります。または、実質的な電解コンデンサも同様に漏れ抵抗のためにタイミングの問題を引き起こす可能性があります。
上に示したオペアンプのタイマー回路は、通常の回路を使用してアクセスできるものと比較して、100倍ものタイミング期間を達成します。
これは、コンデンサの充電電流を100分の1に下げることで実現され、その結果、高い値の充電コンデンサを必要とせずに、充電時間が大幅に改善されます。回路は次のように機能します。
スタート/リセットボタンをクリックすると、C1が放電され、電圧フォロワとして構成されたオペアンプIC1の出力がゼロボルトになります。コンパレータIC2の反転入力は、非反転入力よりも電圧レベルが低いため、IC2の出力はハイになります。
R4周辺の電圧は約120mVです。これは、C1がR2を介して約120 nAの電流で充電されることを意味します。これは、R2が正の電源に直接接続されている場合の100分の1になります。
言うまでもなく、C1が一貫して120 mVで充電されていれば、この電圧を急速に達成し、それ以上の充電を停止することができます。
ただし、IC1の出力にフィードバックされるR4の下部端子は、C1の両端の電圧が上昇すると、出力電圧、したがってR2に与えられる充電電圧も上昇することを保証します。
出力電圧が約7.5ボルトに上昇すると、IC2の非反転入力でR6とR7によって参照される電圧を超え、IC2の出力は低くなります。
R8によって供給される少量の正のフィードバックは、IC1の出力に存在するあらゆる種類のノイズがトリガーポイントから移動するときにIC2によってブーストされるのを防ぎます。これは、通常、誤った出力パルスを生成するためです。タイミングの長さは、次の式で計算できます。
T = R2 C1（1 + R5 / R4 + R5 / R2）x C2 x（1 + R7 / R6）
これはやや複雑に見えるかもしれませんが、部品番号が示されているので、時間間隔は100C1まで設定できます。ここで、C1はマイクロファラッド単位です。たとえば、C1が1 µとして選択されている場合、出力時間間隔は100秒になります。
式から、R2を1 Mポテンショメータに置き換えることでタイミング間隔を線形に、またはR6とR7の代わりに10kポットを使用して対数的に変化させることが可能であることが非常に明らかです。
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