Материал: Применение интегральных схем (1984)

5.2. Простое реле времени

Реле времени представляет собой устройство, которое сра­батывает по истечении заданного периода времени. На рис. 5.2 представлена принципиальная схема одного из вариантов ре­ле времени. В данной схеме период задержки по времени на­чинается с момента перевода переключателя Кл1 в положе­ние «Вкл». При этом включается светодиод «Отсчет», но, что важно, светодиод «Конец» остается выключенным по крайней мере до истечения времени задержки.

Величина задержки устанавливается с помощью регуля­тора задержки. При использовании указанных на схеме ве­личин R₂, Rs, С₂ время задержки будет составлять от 1 до ~ 100 с. Таким образом, если регулятор задержки будет ус­тановлен на время 30 с, то свотодиод Д₁ «Конец» включает­ся лишь через 30 с после перевода переключателя Кл1 в по­ложение «Вкл». По истечении 30 с светодиод «Конец» оста­ется включенным до перевода переключателя Кл1 в положе­ние «Выкл».

Повторный отсчет времени задержки происходит при пе­реводе переключателя 1Оц в положение «Вкл». В схеме на рис. 5.2 можно исключить светодиод Д₂ («Отсчет») и ограни­чительный резистор У?5. Путем замены конденсатора С₂ на конденсатор меньшей емкости можно сократить время за­держки. При повышении емкости этого конденсатора время задержки соответственно увеличивается, причем увеличение или уменьшение времени задержки происходит пропорцио­нально. Так, конденсатор, емкостью 10 мкФ дает диапазон времени задержки от 0,1 до ~ 10 с, а конденсатор емкостью 100 мкФ — от 0,1 до 100с.

Устройство на рис. 5.2 можно использовать с любым ис­точником питания напряжением 6-12 В, однако при этом со­противления ограничительных резисторов светодиодов должны выбираться в зависимости от напряжения питания. Практи­чески не возникнет каких-либо неприятностей, если исполь­зовать резисторы с сопротивлением 330 Ом для любых на­пряжений в пределах 6-12 В. При величине.сопротивлений R5 и R₉, равной 150 Ом, на светодиоды будет поступать не­сколько завышенный ток при более высоких напряжениях.

5.3. Комбинированное реле времени и времязадающее устройство

Устройство на рис. 5.3 представляет собой зуммер, рабо­тающий по истечении определенного периода времени в те­чение ~5 с. Величина временного периода в этом устройстве регулируется в пределах 1 — 10 мин.

Рис. 5.2. Регулируемое реле времени.

Д₁, Д₂ — светодиод с красным свечением; ИC₁ — двойной таймер типа 556; ИС₅ — двойной J — К-триггер типа 4027; Т₁ — n-р-n-транзистор; R₁, R₄ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; Я₂ — потенциометр 1 МОм; Я₃ — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R₆, R₉ — 510 или 330 Ом, 0,25 Вт; R₆ — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R₇ — резистор 100 кОм. 0,25 Вт; Д₈ — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С₁, С₃ — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; С₂ — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С₄, Cs — электролитический конденсатор 0,1 мкФ, 50 В.

Схема устройства фактически содержит два времязада-ющих устройства, включенных последовательно, Первое времязадающее устройство, являющееся регулируемым, построе­но на основе микросхемы HC₁__A с соответствующими конден­саторами и резисторами. Оно срабатывает при первоначаль­ной установке переключателя Кл1 в положение «Вкл», а длительность задержки регулируется с помощью резистора R₂. Пo истечении периода задержки в первом времязадаю-щем устройстве оно включает второе устройство, выполнен­ное на основе микросхемы ИC_1-Б. Время задержки во втором устройстве неизменно и составляет ~5 с, хотя его можно и регулировать путем изменения величин R₅ и С₄. Второе времязадающее устройство обеспечивает включение зуммера, имеющего напряжение питания 9 В. Как нетрудно догадать­ся, зуммер работает в течение 5 с, что определяется работой второго времязадающего устройства.

Рис. 5.3. Реле времени с задержкой.

ИС₁ — двойной таймер типа 556; R₁, R₄ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R₂ — потенцио­метр 1 МОм; R₃ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R₅ — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; Д, — маломощный выпрямитель-диод; С₁, Сз — электролитический конденсатор 0,01 мкФ, БО В; С₂ — электролитический конденсатор 470 мкФ, 35 В; С₄ — электролитический конденсатор 4,7 мкФ, 35 В,

Повторное срабатывание всего устройства происходит при его кратковременном выключении на несколько секунд и за­тем новом включении.

Не следует также забывать выключать устройство после истечения времени задержки, в противном случае интеграль­ные схемы даже после отработки времени задержки будут расходовать энергию батареи.

Для каких целей можно использовать подобное устройство? Оно годится, скажем, для шуточных сюрпризов, Например, на вечеринке можно установить в устройстве время задерж­ки 3 мин, включить его и положить на столе рядом с одним из гостей. И... вдруг неожиданно для всех и неизвестно поче­му невинное на первый взгляд устройство начинает издавать громкие звуки.

Можно придумать самому радиолюбителю и другое при­менение устройства. В частности, вместо зуммера можно под­соединить катушку реле с рабочим напряжением 9 В и ис­пользовать контакты реле для включения любого бытового электроприбора, в том числе и лампы или электродвигателя. Достоинством этого устройства по сравнению с устройством на рис. 5.2 является то, что оно автоматически включает при­бор, который к нему подсоединен, тогда как в устройстве на рис. 5.2 это надо делать вручную,

5.4. Ступенчатое реле времени

Один из недостатков времязадающего устройства с рези-сторным регулятором времени состоит в том, что радиолюби­тель не может совершенно точно определить положение регу­лятора для получения нужного времени задержки. Для обес­печения этого необходимо неоднократно проверять работу устройства при различных положениях регулятора и отмечать значения времени на некоем подобии шаклы. Однако прак­тическая точность выдерживания этих значений будет неве­лика. Решение такой задачи облегчается при использовании схемы, показанной на рис. 5.4.

Вместо переменного резистора для установки величин времени в этой схеме используется группа резисторов, вы­бор которых производится с помощью шестипозиционного селекторного переключателя. Таким образом, исключается подбор величин времени путем проб и появляется возмож­ность в любой момент достаточно точно устанавливать нуж­ное время задержки.

Величины времени задержки при указанных значениях сопротивлений времязадающих резисторов R_Z — R₈ приведены в табл. на рис. 5.4. Изменение времени задержки достигается заменой резисторов, при этом чем больше их сопротивление, тем больше время задержки.

Срабатывание схемы происходит при переводе переклю­чателя в положение «Вкл». При этом загорается светодиод «Отсчет» Дг и остается в этом состоянии на все время за­держки. Одновременно поступает tojk в обмотку реле на все время задержки. Контакты реле могут быть включены после­довательно между источником питания и любым электриче­ским прибором. При этом последний будет включаться на установленное время.

Дополнительно в схеме предусмотрена кнопка «Блоки­ровка», которая позволяет в любой момент выключать устройство. При нажатии этой кнопки временнйя задержка прекращается. Между прочим, такая блокировка может так­же вводиться в устройства на рис. 5.1 — 5.3.

Рис. 5.4. Ступенчатое реле времени.

Д₁ — светодиод с красным свечением; ИС] — таймер типа 555; Ri, R₂ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; К₃ — резистор 910 Ом. 0,25 Вт; R_t — резистор 9,1 кОм, 0,25 В; R₅ — резистор 27 кОм, 0,25 Вт; R₆ — резистор 51 кОм, 0,25 Вт; R₇ — резистор 270 кОм, 0,25 Вт; R_s — резистор 51Q, кОм, 0,25 Вт; R₉ — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; С₁ — конденсатор 0,01 мкФ; Сг — электролитический конденсатор, 1000 мкФ, 35 В; Кл₂ — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; К.лз — шеетипозиционный поворотный переключатель; Pi — двухпозиционное реле, (Н., 3, — контакт нормально замкну­тый, Н. Р, — контакт нормально разомкнутый.)

Время задержки

5.5. Сенсорное реле времени

Электронные реле и времязадающие устройства могут включаться самыми различными способами. Все описанные выше устройства включаются путем перевода переключателя в положение «Вкл», тогда как реле времени, показанное на рис. 5.5, включается простым прикосновением к металличе­ской пластине.

Рис. 5.5. Сенсорное реле времени.

Д₁ - светодиод с красным свечением; ИС₁ - четырехканальный усилитель типа LM3900 ИС₅-таймер типа 555; R₁, R₃-резистор 1 МОм. 0.25 Вт; R₂ - резистор 220 кОм 025 Вт; R₄-см. примечание; С₁, С₂ - конденсатор 0,1 мкФ; С₃ - электро­литический конденсатор 1 мкФ, 50 В.

Примечание. Сопротивление резистора R₄ составляет 150 Ом при напряжении пита-ния 5 — 7 В и 330 Ом при напряжении питания 7 — 9 В.

В момент прикосновения к пластине начинается отсчет установленного временного интервала. В случае кратковре­менного прикосновения этот интервал длится около 1 с. По истечении временного интервала можно возобновить отсчет повторным прикасанием к пластине. При этом нет необходи­мости в переводе схемы в исходное состояние.

Каким образом работает подобная сенсорная схема вклю­чения? Ее принцип действия основан на том, что тело чело­века представляет собой антенну, принимающую излучение от ближайших осветительных приборов и проводов электро­сети. Все, что вам необходимо сделать, — это сориентировать антенну (ваше тело) в пространстве таким образом, что­бы уровень сигнала был достаточен для переключения при­бора.

В схеме на рис. 5.5 необходимый уровень сигнала обеспе­чивается с помощью усилителя ИС₁. Выходной сигнал этого усилителя имеет достаточную амплитуду для включения времязадающей микросхемы ИС₂, которая работает так же, как и ранее рассмотренные устройства.

Номиналы R₃ и С₃, указанные на схеме, обеспечивают временной интервал около 1 с. Для увеличения этого интер­вала необходимо повысить емкость конденсатора С₃. Есте­ственно, что при снижении емкости этого конденсатора вре­менной интервал сокращается.

В течение выработанного временного интервала светодиод Д₁ остается включенным. При желании вместо еветодиода с резистором R₄ может быть включен зуммер (см. рис. 5.3) или реле (см. рис. 5.4), при этом необходимо лишь обеспе­чить для них соответствующее напряжение питания.

Единственным недостатком сенсорного реле времени яв­ляется возможность его случайного срабатывания от внешних электромагнитных помех. Некоторые бытовые электропри­боры, в частности электробритвы, могут создавать в помеще­нии значительные помехи, способные вызвать срабатывание такого реле времени. Это может происходить также от осве­тительных приборов, так что радиолюбителю не следует поль­зоваться реле, когда возможно возникновение подобного рода помех.

Получение максимальной пользы и удовлетворения от применения сенсорного реле времени зависит от фантазии радиолюбителя. Например, светодиод в реле может вклю­чаться от грозовых разрядов; так что, заменив сенсорную пластину отрезком провода длиной около 6 м, можно исполь­зовать реле для обнаружения грозы.

5.6. Реле времени с длительной задержкой

В описанных выше реле времени и времязадающих уст­ройствах используются времязадающие интегральные схе­мы — таймеры типов 555 и 556, которые гарантируют точ­ность, достигаемую в реальных условиях времени задержки не выше 5 %. Для большинства случаев конкретного приме­нения это является недостатком — для реле времени на 10 с вполне допустима точность ~G,5 с.

Однако при изготовлении реле с большим временем за­держки та.кая ошибка выливается в довольно значительную величину. К тому же следует учесть, что для получения дли­тельной задержки требуется использование конденсаторов большой емкости и резисторов с большим сопротивлением, В этом случае применение реле времени с таймером типа 555 обычным способом практически нецелесообразно.

Рис. 5.6. Реле времени с длительной задержкой.

Д₁, Д₂ — светодиод с красным свечением; ИС₁ — таймер типа 555; ИС₂ — 14-разрядный двоичный счетчик типа 4020; ИС₃ — двойной четырехвхо­довый логический вентиль И-НЕ типа 4012; ИС₄ — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЁ типа 4011; Т₁ — низкочастотный или пере­ключающий n-р-n — транзистор; R₁ — потенциометр 1- МОм; R₂, R₃ — резистор 100 КОм, 0,25 Вт; R₄, R₆ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R₅, R₉ — резистор 330 Ом, 0,25 Вт; R₇ — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; R_s — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; С₁ — танталовый конденсатор 1 или 4,7 мкФ; КЛ], — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.

Схема на рис. 5.6 позволяет получать значительные вре­менные задержки без использования больших номиналов конденсаторов и резисторов. В ней снова применяется интегральная схема таймера типа 555, но она используется другим способом. Вместо непосредственного определения ве­личины времени задержки она вырабатывает последователь­ность импульсов. Микросхема цифрового счетчика ИС₂ произ­водит подсчет этих импульсов, и, когда число импульсов достигает заданной величины, переключается микросхема ИС_3-А и простейший триггер, построенный на микросхемах ИС_4-А, ИС_4-Б. После этого дальнейший отсчет времени за­держки прекращается.

При использовании номиналов радиодеталей, показанных на рис. 5.6, время задержки может регулироваться в преде­лах от 15 мин до 1 ч или от 1 до 4 ч. Для сокращения време­ни задержки используется конденсатор С₁ емкостью 1 мкФ, а для увеличения его емкость повышается до 4,7 мкФ.

Включение задержки происходит при переводе переклю­чателя Кл₂ в положение «Вкл» и нажатии кнопки «Сброс». При этом светодиод Д₁ будет включаться-выключаться, что свидетельствует об идущем процессе отсчета времени задерж­ки. По истечении этого времени включается светодиод Д₂.

Светодиод Д₁ продолжает гореть и по истечении времени задержки. Для повторения задержки необходимо просто на­жать кнопку «Сброс», при этом светодиод Д₂ погаснет.

Прямоугольником с надписью «Нагрузка» на схеме обо­значен любой маломощный прибор с подходящим напряже­нием питания, который может быть подключен вместо свето-диода Д₂ и резистора Rэ.

Глава 6 счетчики

Счетные схемы являются одними из самых полезных и увлекательных устройств в современной электронике. При правильном проектировании они позволяют отсчитывать де­сятки миллионов событий в секунду, но в то же время их можно приспособить для счета событий, происходящих один или два раза в день.