Neste post, aprendemos como fazer 2 circuitos temporizadores precisos de longa duração, variando de 4 horas a 40 horas, que podem ser atualizados ainda mais 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 comutação de uma carga conectada. O atraso de tempo é definido externamente pelo usuário conforme a necessidade.
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 além de 4 horas o IC 4060 começa a se desviar de sua faixa de precisão.
O IC 555 como temporizador de atraso é ainda pior, é quase impossível obter atrasos precisos mesmo por uma hora deste IC.
Essa imprecisão é principalmente devido à corrente de fuga do capacitor e à descarga ineficiente do capacitor.
CIs como 4060, IC 555, etc basicamente geram oscilações que são ajustáveis desde alguns Hz até muitos Hz.
A menos que esses IC sejam integrados a outro dispositivo contador divisor, como o IC 4017, pode não ser viável obter intervalos de tempo muito precisos. Para obter intervalos de 24 horas, ou mesmo dias e semanas, você terá que integrar um estágio divisor/contador conforme mostrado abaixo.
No primeiro circuito, vemos como dois modos diferentes de CIs podem ser acoplados para formar um circuito temporizador efetivo de longa duração.
1) Descrição do Circuito
Consultando o diagrama do circuito.
- IC1 é um contador de oscilador IC que consiste em um estágio oscilador embutido e gera pulsos de clock com períodos variados em seus pinos 1,2,3,4,5,6,7,9,13,14,15.
- A saída do pino 3 produz o maior intervalo de tempo e, portanto, selecionamos essa saída para alimentar o próximo estágio.
- O potenciômetro P1 e o capacitor C1 de IC1 podem ser usados para ajustar o intervalo de tempo no pino 3.
- Quanto maior a configuração dos componentes acima, maior o período no pino #3.
- 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 10 horas, o tempo gerado no pino nº 11 do IC2 seria 10*10 = 100 horas.
- Da mesma forma, se o tempo gerado no pino 3 do IC1 for 6 minutos, significaria uma saída alta do pino 11 do IC1 após 60 minutos ou 1 hora.
- Quando a energia é ligada, o capacitor C2 garante que os pinos de reinicialização de ambos os CIs sejam redefinidos adequadamente, de modo que os CIs comecem a contar a partir de zero, em vez de alguma figura intermediária irrelevante.
- Enquanto a contagem progride, o pino #11 do IC2 permanece no nível lógico baixo, de modo que o driver do relé é mantido desligado.
- Após o intervalo de tempo definido, o pino 11 do IC2 fica alto ativando o estágio do transistor/relé e a carga subsequente conectada aos contatos do relé.
- O diodo D1 garante que a saída do pino 11 do IC2 bloqueie a contagem do IC1 fornecendo um sinal de trava de realimentação em seu pino 11.
Assim, todo o temporizador trava até que o temporizador 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
RELÉ = 12V SPDT
Esquema de PCB
Fórmula para calcular a 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 ainda mais 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 por 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 dessa batida do relógio pode ser extremamente rápido (cerca de 100 ns), pois também redefine todo o 4060 IC por meio do diodo D8.
O pulso do relógio ‘uma vez a cada hora’ é dado ao 2º contador (dividir por dez), o 4017 IC. Uma das várias saídas deste contador será lógica alta (lógica 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 poderá ficar alta, etc. Como resultado, o interruptor S1 permite que o usuário escolha um intervalo de tempo de uma a seis horas.
Quando a saída escolhida fica alta, o transistor desliga e o relé é desligado (desligando assim a carga conectada).
Uma vez que a entrada de habilitação do 4017 é adicionalmente conectada ao limpador de S1, quaisquer pulsos de clock sucessivos acabam não tendo impacto no contador. Consequentemente, o dispositivo continuará na condição DESLIGADO até que o botão de reinicialização seja pressionado pelo usuário.
O buffer IC 4050 CMOS junto com os 7 LEDs são incorporados para oferecer indicação do intervalo de horas que podem ter decorrido essencialmente. Essas peças podem, obviamente, ser removidas caso não seja necessária uma exibição de tempo decorrido.
A tensão da fonte para este circuito não é realmente crucial e pode cobrir qualquer coisa de 5 e 15 V. O uso atual do circuito, excluindo o relé, estará na faixa de 15 mA.
É aconselhável escolher uma tensão de fonte que possa estar de acordo com as 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 esteja classificada dentro dessa 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.
Circuitos temporizadores 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.
Obtenção de atrasos de alta precisão
Mesmo o nosso próprio IC 555 torna-se indefeso e impreciso quando se espera dele atrasos de longa duração.
O encontrado dificuldade para sustentar alta precisão com longos duração é basicamente o problema da tensão de fuga e a descarga inconsistente dos capacitores que leva a limites de partida errados para o temporizador, produzindo erros no tempo de cada ciclo.
Os problemas de vazamentos e descargas inconsistentes tornam-se proporcionalmente maiores à medida que os valores dos capacitores aumentam, o que se torna imperativo para a obtenção de longos intervalos.
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 implementações tão complexas.
Então, como um circuito de transistor pode produzir intervalos de tempo de duração longos e precisos?
O circuito de transistor a seguir lida com os problemas discutidos acima de forma crível 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 permita períodos de tempo idênticos e 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 de 1000uF totalmente e aciona o transistor NPN BC547, mantendo a posição mesmo depois que o interruptor é liberado devido à descarga lenta do 1000uF através do resistor de 2M2 e do emissor do NPN.
O acionamento do BC547 também liga o PNP BC557 que, por sua vez, 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 temporizador comum que pode ser muito imprecisa com seu desempenho.
Como funcionam o 1K e o 1N4148
No entanto, a adição da rede 1K/1N4148 transforma instantaneamente o circuito em um temporizador de longa duração extremamente preciso pelas seguintes razões.
O link 1K e 1N4148 garante que cada vez que os transistores rompem a trava devido à carga insuficiente no capacitor, a carga residual dentro do capacitor é forçada a descarregar completamente através do link 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 uma partida limpa do zero.
Sem o recurso acima, o capacitor seria incapaz de descarregar completamente e a carga residual no interior induziria pontos de partida indefinidos, tornando os procedimentos imprecisos e inconsistentes.
O circuito pode ser ainda mais aprimorado usando um par Darlington para o NPN, permitindo o uso de resistores de valor muito mais alto em sua base e capacitores de valor proporcionalmente baixo. Capacitores de valor mais baixo produziriam vazamentos menores e ajudariam a melhorar a precisão do tempo durante os períodos de contagem de longa duração.
Como calcular os valores dos componentes para os atrasos longos desejados:
Vc = Vs(1 – e-t/RC)
Onde:
- Vc é a tensão no capacitor
- Vs é a tensão de alimentação
- t é o tempo decorrido desde a aplicação da tensão de alimentação
- RC é o tempo constante do circuito de carregamento RC
Projeto 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 bastante longos, a constante de tempo RC precisa ser correspondentemente substancial.
Isso inevitavelmente implica em valores de resistor superiores a 1 M, que podem resultar em erros de temporização causados por resistência de fuga perdida dentro do circuito, ou capacitores eletrolíticos substanciais, que da mesma forma podem criar problemas de tempo por causa de sua resistência de fuga.
O circuito temporizador do amplificador operacional mostrado acima realiza períodos de tempo até 100 vezes mais tempo em comparação com aqueles acessíveis usando circuitos regulares.
Ele consegue isso diminuindo a corrente de carga do capacitor em um fator de 100, consequentemente melhorando drasticamente o tempo de carga, sem exigir capacitores de carga de alto valor. O circuito funciona da seguinte forma:
Quando o botão de partida/reinicialização é clicado, C1 é descarregado e isso faz com que a saída do amplificador operacional IC1, que está configurado como um seguidor de tensão, se torne zero volt. A entrada inversora do comparador IC2 está em um nível de tensão reduzido do que a entrada não inversora, portanto, a saída do IC2 se move para cima.
A tensão em torno de R4 é de cerca de 120 mV, o que significa que C1 carrega via R2 com uma corrente de aproximadamente 120 nA, 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 o C1 tivesse sido carregado através de 120 mV consistentes, ele 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, à medida que 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 inibe qualquer tipo de ruído existente na saída do IC1 de ser impulsionado pelo IC2 à medida que se move do ponto de disparo, porque isso normalmente produz pulsos de saída falsos. O comprimento de tempo pode ser calculado pela equação:
T = R2 C1(1 + R5/R4 + R5/R2) x C2 x (1 + R7/R6)
Isso pode parecer um pouco 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 então 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 pote de 10 k no lugar de R6 e R7.
Temporizador de longa duração usando LDR para detecção diurna e noturna
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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