Реле выдержки времени применяют для включения на какое-то определенное время нагрузки, например лампы фотоувеличителя, электроплитки и др.
Простое реле времени, рассчитанное на включение нагрузки на несколько десятков секунд, можно собрать по схеме рис. 49.
В реле времени использован однопереходный транзистор VT1. Что он представляет собой?
(изображена схема только одного канала, остальные-аналогичные). Сопротивления резисторов R21-R24 (см. рис. 42) в этом случае необходимо увеличить до 1...3 кОм. Транзисторы КТ605А можно заменить на КТ605Б, КТ940А, диодные мосты VD6 могут быть КЦ402, КЦ405 с буквами А, Б, Ж, И.
Второй вариант симисторного узла коммутации представлен на рис. 46. Его отличие от предыдущего в том, что транзисторные ключи VT2-VT5 с резисторами R21-R24 (см. рис. 42) заменены инвертирующими логическими элементами микросхемы DD7 (резисторы R17-R20 в схеме рис. 42 при этом сохраняются). Такое схемное решение несколько упрощает конструкцию.
Узел управления симисторами можно сделать еще более простым, если использовать электромагнитные реле (рис. 47). Обмотки реле, как видно из схемы, включены вместо резисторов R21-R24. В переключателе могут работать любые реле, срабатывающие от напряжения 8...12 В при токе до 100 мА, например РЭС-10 (паспорта РС4.524.303, РС4.524.312), РЭС-15 (паспорта РС4.591.003, РС4.591.004, РС4.591.006), РЭС-47 (паспорта РФ4.500.049, РФ4.500.419), РЭС-49 (паспорт РС4.569.424). Кроме простого схемного решения имеется еще одно преимущество - гальваническая развязка низковольтной части устройства от сети питания, что увеличивает безопасность пользования переключателем. Недостатком же является меньший срок службы, вызванный износом контактов реле.
И в заключение еще одна рекомендация. При выключении напряжения сети питания (даже кратковременном - несколько
Однопереходный транзистор имеет три вывода: две базы и один эмиттер. Вывод, соединенный с реле К2, называют выводом первой базы, а вывод, соединенный с резистором R5, - выводом второй базы. Эмиттер и база Б1 образуют единственный в транзисторе р-п переход, отсюда и название прибора.
Участок между базами образован кремниевой пластиной n-типа и имеет линейную вольт-амперную характеристику, т. е. ток через этот участок прямо пропорционален приложенному межбазовому напряжению. При отсутствии напряжения на эмиттере (измеренного относительно базы Б1) р-п переход находится в закрытом состоянии. При подаче определенного положительного напряжения на эмиттер переход включается в прямом направлении. Соответствующее напряжение эмиттера называют напряжением включения. Сопротивление р-п перехода при включении уменьшается в сотни раз, а ток становится достаточным для включения, например, в нашем случае электромагнитного реле К2. При уменьшении эмиттерного напряжения переход возвращается в закрытое состояние. Процесс переключения однопереходного транзистора носит лавинообразный характер (т. е. сопротивление перехода изменяется скачком), что и позволяет широко использовать однопереходный транзистор в различных устройствах.
Итак, познакомившись с принципом работы однопереходного транзистора, рассмотрим работу реле времени (см. рис. 49). В исходном состоянии все элементы устройства, кроме элементов, генератора и выпрямителя, обесточены. Напряжение сети выпрямляется однополупериодным выпрямителем (диод VD1), стабилизируется параметрическим стабилизатором напряжения R1VD2VD3VD4, пульсации сглаживаются конденсатором С1. Гене-
ратор, собранный на однопереходном транзисторе VT2, вырабатывает колебания звуковой частоты, которые излучаются капсюлем НА1. При нажатии на кнопку SB1 "Пуск" срабатывает электромагнитное реле К1. Контактами К 1.1 оно самоблокируется и размыкает конденсатор С2; контактами К 1.2 подает напряжение па элементы устройства; контактами К1.3 отключает узел подачи звукового сигнала. Через резисторы R3 и R4 начинается зарядка конденсатора С2. Через некоторое время (определяемое значениями R3, R4 и С2) переход транзистора VT1 откроется и конденсатор С2 разрядится на обмотку реле К2 - оно кратковременно сработает. Контактами К2.1 реле разорвет цепь питания реле К1, и устройство примет первоначальное состояние.
Однопереходные транзисторы могут быть типов КТ117А, КТ117Б. При отсутствии однопереходного транзистора его можно
заменить комбинацией из двух биполярных транзисторов (рис. 50). Реле К1 (в схеме рис. 49) применено типа МКУ-48 (паспорт РА4.509.145); реле К2 - типа РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) или РЭС-10 (паспорт РС4.524.302). Конденсатор С2 желательно применить с малым током утечки (типов К53-1, К53-4, К53-14). Звуковой излучатель НА1 - микрофонный капсюль ДЭМШ-1А или любой другой телефон с обмоткой сопротивлением постоянному току 100...200 Ом. Выбор остальных деталей не вызовет затруднений. Заканчивая описание реле
времени на однопереходном транзисторе, заметим, что на выдержках времени более 1 мин стабильность выдержки уменьшается.
Действие цифрового реле времени (первый вариант), схема которого приведена на рис. 51, основано на заполнении двоичного счетчика импульсами, следующими с периодом 1 с или 1 мин. После того как на вход счетчика поступает определенное число импульсов, появляется сигнал на выходе узла совпадения и срабатывает исполнительное реле.
Прибор имеет два поддиапазона выдержек времени. В первом поддиапазоне длительность выдержки можно устанавливать в пределах 1...255 с с интервалом 1 с, во втором - в пределах 1...255 мин с интервалом 1 мин. Установка того или иного поддиапазона осуществляется переключателем SA1.
С обмотки II трансформатора Т1 напряжение сети, пониженное до 10 В, выпрямляется диодным мостом VD1 и через резистивный
делитель R2R3 поступает на вход триггера Шмитта (выводы 1, 2, 4, 5 микросхемы DD1).
Триггером Шмитта называют пороговое электронное устройство, выходное напряжение которого может принимать одно из двух значений (высокий или низкий уровень) под воздействием аналогового или цифрового входного сигнала. Триггер Шмитта представляет собой усилитель, охваченный положительной обратной связью. Графическое изображение взаимосвязи между входным и выходным сигналами триггера Шмитта называют его передаточной характеристикой (рис. 52,а). Если входное напряжение триггера Uвx = 0 (точка А), то выходное напряжения Uвых > 2,4 В (напряжение высокого уровня ТТЛ). При повышении Uвx до 1,7 В выходное напряжение скачкообразно уменьшается (переходит от точки Б к В, где Uвых<=0.4В, т. е. напряжение низкого уровня). Такое входное напряжение называют напряжением срабатывания Ucpaб. Если входное напряжение теперь постепенно уменьшать (от точки Г к В и ниже), то при Uвx=0,9 В выходное напряжение скачкообразно изменится от низкого уровня к высокому (линия Д-Е). Это входное напряжение называют напряжением отпускания Uотп. Разницу между напряжениями срабатывания и отпускания называют гистерезисом триггера; Uг=0,8 В. Рассмотренный триггер Шмитта, входящий в состав микросхемы К155ТЛ1, инвертирует входной сигнал. Временная диаграмма работы при воздействии входного синусоидального сигнала показана на рис. 52,6. Таким образом, триггер Шмитта формирует из входного сигнала произвольной формы прямоугольные импульсы с крутыми фронтами.
С выхода триггера Шмитта прямоугольные импульсы частотой 100 Гц подаются на два последовательно соединенных десятичных счетчика DD2, DD3. В результате на выходе микросхемы DD3
(вывод 5) импульсы следуют с периодом 1 с. Они поступают на входы &С десятичного счетчика DD4, а от него - на микросхему DD5, которая делит частоту поступающих импульсов на шесть (микросхемы DD2-DD5 работают в режиме счета импульсов лишь в том случае, если на их входах &RO имеется напряжение низкого уровня). На выходе микросхемы DD5 (вывод 8) импульсы следуют с периодом 1 мин.
С подвижного контакта переключателя SA1 "Мин-с" импульсы поступают на вход четырехразрядного двоично-десятичного счетчика DD6, а с выхода последнего - на вход такого же счетчика DD7. Напомним, что общая емкость N-разрядного счетчика составляет 2^N-1, следовательно, в данном случае в счетчик может быть записано максимальное десятичное число 255. Это и определяет максимальную продолжительность выдержки реле времени - 255 мин.
Триггеры, входящие в состав микросхемы К155ИЕ5, переключаются спадом импульса.
Выходы счетчиков DD6, DD7 через замыкающие контакты кнопочных выключателей SB1-SB8 соединены со входами микросхемы DD8, выполняющей логическую операцию 8И-НЕ. Когда восьмиразрядный счетчик достигнет определенного состояния, заданного выключателями SB1-SB8, на выходе микросхемы DD8 появится напряжение низкого уровня. При этом RS-триггер, выполненный на логических элементах DD9.1 и DD9.2, установится в состояние, при котором на выходе логического элемента DD9.2 напряжение низкого уровня (а в течение отсчета времени было напряжение высокого уровня), отпустит электромагнитное реле К1, а его контакты К1.1 отключат (или включат) цепь нагрузки.
Пользоваться этим реле времени несложно. После включения питания выключателем Q1 RS-триггер установится в состояние, соответствующее напряжению низкого уровня на выходе элемента DD9.2 (для установки триггера в такое состояние служит конденсатор С5). Реле К1 при этом обесточено. На входах &RO микросхем DD2-DD7 будет напряжение высокого уровня, запрещающее счет импульсов. Затем переключателем SA1 устанавливают поддиапазон выдержек - "Секунды" или "Минуты", а кнопочными выключателями SB1-SB8 - нужную длительность выдержки времени. Например, при нажатии кнопок SB5 и SB7 и установке переключателя SA1 в положение "Минуты" выдержка времени составит 16+64=80 мин.
Затем нажимают кнопку SB 10 "Пуск". При этом на выходе элемента DD9.2 установится напряжение высокого уровня и сработает реле К1, на выходе элемента DD9.3 - напряжение низкого уровня, которое будет подано на входы &RO микросхем DD2-DD7 начнется подсчет поступающих импульсов. Через 80 мин RS-триггер
DD9.1DD9.2 переключится в противоположное состояние, и реле К1 отпустит.
Микросхемы DD1-DD10 можно заменить на аналогичные им микросхемы из серий К 133, КР531, К555. При отсутствии интегрального стабилизатора КР142ЕН5А (DA1) стабилизатор может быть выполнен по любой известной схеме (например, параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем); он должен обеспечивать выходное напряжение 5 В при токе не менее 200 мА. Транзистор VT1 - типов КТ312, КТ315, КТ503, КТ603, КТ608, КТ3117 с любым буквенным индексом. Мостовой выпрямитель VD1 может быть из серий КЦ402, КЦ405, КЦ407 с любыми буквами; диод VD2 - Д226, Д310, КД105, КД106 с любыми буквами, VD3 - КД503, КД509, КД510, Д220, Д223 с любыми буквами. Оксидные конденсаторы -типов К50-6, К50-16; остальные - КМ-6, КЛС, К10-7в. Резисторы -типа МЛТ-0,25; реле К1 - типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.129). Выключатель Q1 и переключатель SA1 - типов ТВ2-1-2 или ТП1-2, переключатели SB1-SB8 - П2К с фиксацией положения, SB9 и SB 10 -П2К без фиксации положения. Трансформатор Т1 - любого типа, обеспечивающий напряжение на вторичной обмотке 8...12 В при токе не менее 0,3 А. Данные самодельного трансформатора: магнитопровод ШЛ 16х25; обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭВ-2 0,1 мм, обмотка II -120 витков провода ПЭВ-2 0,33 мм.
Реле времени смонтировано в пластмассовом корпусе размерами 250х210х90 мм (использован корпус от неисправного ампервольтомметра АВО-5М) (рис. 53). Верхняя съемная крышка изготовлена из текстолита толщиной Змм. Надписи выполнены на бумаге и закрыты сверху пластинами прозрачного органического стекла. На боковой
стенке находится соединитель, к которому подведены провода, идущие от контактов К 1.1 реле К1.
Большая часть деталей смонтирована на плате № 2 (см. рис. 16,6). Монтаж - проволочный. Микросхема DA1 установлена на дюралюминиевом уголке 20 х 20 мм, служащем радиатором.
Чтобы исключить возможные сбои из-за помех, не следует объединять в один жгут провода, идущие к микросхемам, с проводами, несущими
переменный или пульсирующий ток (от сетевого трансформатора Т1 и выпрямителя VD1).
Правильно собранное из заведомо исправных деталей реле времени не требует налаживания. Оценить его точности можно путем сравнения длительностей выдержек с показаниями электронных часов. В одном из испытанных экземпляров устройства максимальное отклонение выдержки на пределе 30 мин составило не более 20 с, что соответствует точности 1%.
Для уменьшения обгорания контакты К 1.1 образованы четырьмя параллельно соединенными группами контактов, имеющимися в реле. Желательно также параллельно контактам подключать искрогасящие цепи (последовательно соединенные резистор сопротивлением 100...200 Ом, мощностью 2 Вт и конденсатор емкостью 0,25...0,5 мкФ на номинальное напряжение 400 В). Такой вариант реле выдержки времени, можно применять при выполнении фоторабот, для включения и запрограммированного выключения различных бытовых приборов (например, электроплитки). Если увеличить диапазоны выдержек включением в счетчик импульсов дополнительных триггеров и ввести звуковую сигнализацию, то реле времени можно будет использовать и как электронный будильник.
Схема второго варианта цифрового реле времени представлена на рис. 54. Действие этого устройства, как и предыдущего варианта реле времени, основано на заполнении двоичных счетчиков импульсами, следующими с периодом 1, 10 с, 1 или 10 мин. Реле времени обеспечивает выдержку времени от 1 с до 990 мин в четырех поддиапазонах (1...99 с с интервалом 1 с; 10...990с с интервалом 10с; 1...99 мин с интервалом 1 мин; 10...990 мин с интервалом 10 мин). Отличительной особенностью такого реле времени является малый ток потребления (в режиме выдержки времени он составляет около 1 мА), что позволило питать реле времени от гальванической батареи и потому использовать его в тех местах, где нет электросети. Реле времени может включать и выключать бытовые электроприборы мощностью до 1000 Вт, а также подает звуковой сигнал.
В реле времени использован кварцевый резонатор, что обеспечивает высокую стабильность временных интервалов (не хуже 0,001%). Наличие всех перечисленных факторов позволяет широко использовать это устройство в быту.
Устройство выполнено на шести микросхемах серии К176. Эта серия по сравнению с серией К 155 обладает не только тем преимуществом, что ее микросхемы потребляют малую мощность, но и тем, что они имеют и более высокую степень интеграции.
Микросхема К176ИЕ12 (DD1), разработанная для использования в электронных часах, имеет очень широкие функциональные возможности. В ее состав входят генератор, рассчитанный на работу с внешним кварцевым резонатором на частоту 32 768 Гц (выводы 12 и 13), и два делителя частоты с коэффициентами деления 2^15= 32768 и 60 (выводы 4, 7, 10). Следовательно, на выходах микросхемы формируются секундные и минутные импульсы. Микросхема позволяет реализовывать и некоторые другие функции, связанные с ее применением в электронных часах. В исходное состояние микросхему устанавливают подачей напряжения высокого уровня на входы R (выводы 5, 9).
Эпюры напряжений на некоторых выводах микросхемы К176ИЕ12 представлены на рис. 55. Особенность микросхемы
К176ИЕ12 в том, что первый спад на выходе минутных импульсов М появляется спустя 59 с после подачи напряжения низкого уровня на вход сброса R. Это следует учитывать при эксплуатации устройств, собранных на микросхеме. .
Микросхема К176ИЕ8 (DD4-DD6) - это двоичный счетчик, совмещенный с десятичным дешифратором. Имеет вход R для установки в исходное состояние и входы для подачи счетных импульсов отрицательной (CN) и положительной (СР) полярностей. При работе счетчика на его выходах 0-9 (выводы 1-7, 9-11) последовательно появляется напряжение высокого уровня.
Рассмотрим работу реле времени (контакты выключателя питания SA5 замкнуты). Выбор нужной выдержки времени осуществляют переклю
чателями SA1 ("Минуты" - "Секунды"), SA2 ("х1" - "х10"), SA3, SA4 ("Единицы", "Десятки"). После этого замыкают контакты выключателя SA6 "Пуск". При этом на выводах 10, 4, 11 микросхемы DD1 появляются импульсы с частотами соответственно 1/60,
1 и 1024 Гц. В зависимости от положения переключателя SA1 на выводы 2, 8 логического элемента DD3.2 поступают минутные или секундные импульсы. На выводе 1 этого же элемента - напряжение высокого уровня, поданное с выхода логического элемента DD3.3 (поскольку на его входах - выводах 11, 12, 13 - напряжение низкого уровня). Следовательно, импульсы поступают на вход СР микросхемы DD4, и если контакты переключателя SA2 находятся в показанном на схеме положении - то и на аналогичный вход микросхемы DD5.
Логический элемент DD2.1 инвертирует секундные импульсы, поступающие на нормально замкнутый контакт переключателя SA1. Это сделано для того, чтобы на выводы 2, 8 логического элемента DD3.2 поступали или секундные, или минутные импульсы, у которых период относительно исходного состояния входа R определяется спадом импульса (или, что то же самое, срезом импульса). На вход СР микросхемы DD4 импульсы поступают в противофазе благодаря применению логического элемента DD3.2, т.е. секундный или минутный интервал определяется положительным перепадом напряжения на входе СР, переключающим триггеры микросхемы.
Через некоторое время, определяемое положением подвижных контактов переключателей SA3 и SA4, на этих контактах появятся одновременно напряжения высокого уровня. Напряжение низкого уровня, появившееся на выходе логического элемента DD3.3, запретит дальнейшее поступление импульсов на входы микросхем DD4, DD5 и откроет транзистор VT2. На вывод 5 логического элемента DD3.1 поступит напряжение высокого уровня. На базу транзистора VT1 начнут поступать импульсы с интервалом 1 с, модулированные частотой 1024 Гц (роль модулятора, или суммирующего устройства, выполняет логический элемент DD3.1). В излучателе НА1 будет слышен прерывистый звуковой сигнал, свидетельствующий об окончании выдержки времени.
Микросхему К176ЛА7 (DD2) можно заменить на К561ЛА7, К176ЛА9 (DD3) - на К561ЛА9, К176ИЕ8 (DD4-DD6) - на К561ИЕ8. Транзисторы VT1, VT2 - любые из серий КТ203, КТ361, КТ501, КТ502. Кварцевый резонатор Z1 - малогабаритный на частоту 32768 Гц, предназначенный для использования в электронных часах. Конденсаторы Cl, C2 - типов КЛС, КМ, КТ, К10-7в. К10-23. Резисторы - МЛТ-0,25. Звуковой излучатель - микрофонный капсюль ДЭМШ-1А или телефонный капсюль любого типа с сопротивлением катушки постоянному току не менее 65 Ом (например, ТА-4, ТК-47, ТК-67). Переключатели SA1, SA2, SA5, SA6 - типа П1Т; SA3, SA4 - МПН-1. В качестве батареи питания GB1 использованы четыре дисковых аккумулятора Д-0,06.
Реле времени собрано в пластмассовом корпусе размерами 120х70х20 мм (рис. 56). Корпус изготовлен из коробки для рыболовных принадлежностей. Расположение элементов в корпусе реле времени показано на рис. 57. Монтаж на плате выполнен проводами.
Такое реле времени, свободно умещающееся в кармане, удобно использовать в качестве таймера или будильника. Несложная приставка к реле времени (рис. 58) позволяет с его помощью управлять нагрузкой. Переключателем SA1 выбирают режим коммутации нагрузки. В положении 1 управление нагрузкой не осуществляется, и цепи узла управления нагрузкой (оптроны Ul, U2) отключены от коллектора транзистора VT1; это сделано для того, чтобы не расходовать напрасно энергию батареи GB1 на питание
узла управления, если нагрузка отключена, а реле времени используется только в качестве будильника. По истечении заданного времени в положении 2 переключателя SA1 реле времени включает нагрузку, а в положении 3 - выключает нагрузку (в течение заданного времени она включена).
Коммутация нагрузки осуществляется тиристором VS1, включенным в диагональ диодного моста VD1-VD4. Тиристор включается с помощью двух оптронов U1 и U2. Оптрон работает следующим образом. При протекании тока через светодиод оптрона освещается его динистор, и он начинает пропускать ток. Достоинством оптрона является отсутствие гальванической связи между его входными и выходными цепями, что создает безопасные условия работы с устройствами, имеющими питание от сети (сопротивление между входными и выходными цепями оптрона достигает сотен мегаом).
Допустим, что переключатель SA1 установлен в положение 2. При появлении напряжения низкого уровня на выходе логического элемента DD3.3 транзистор VT2 реле времени (рис. 54) откроется, также откроется и транзистор VT1 узла управления, и через светодиоды оптронов U1 и U2 потечет ток, ограничиваемый резистором R2. Динисторы оптронов откроются, поэтому в начале каждого полупериода напряжения сети будет открываться тринистор VS1 и оставаться открытым до конца, полупериода. Использование двух оптронов объясняется тем, что допустимое прямое напряжение динистора оптрона этого типа составляет лишь 200 В. Резисторы R3 и R4 предназначены для выравнивания напряжений на динисторах. когда они находятся в закрытом состоянии.
Если переключатель SA1 находится в положении 3, то входные цепи оптронов будут подключены к плюсу питания и транзистору VT1, который по истечении выдержки времени закроется и выключит оптроны и нагрузку. Поскольку ток, протекающий через входные цепи оптрона, довольно значителен (10...20 мА), при установке больших выдержек времени батарея GB1 может сильно разрядиться. Это необходимо учитывать при работе с устройством.
По истечении выдержки времени контакты переключателя SA5 следует возвратить в исходное положение, при этом устройство примет первоначальное состояние.
Нагрузка, которую может коммутировать реле времени, питается переменным током. Это может быть холодильник, телевизор. радиоприемник, вентилятор и пр. Если же питание нагрузки допускается осуществлять постоянным током (фотоувеличитель. утюг, электроплитка), то узел управления можно упростить и избежать применения оптронов (рис. 59). Этот узел будет производить отключение нагрузки по истечении заданного времени. Мощ
ность, рассеиваемая на транзисторе VT2, очень мала, поскольку ток через него протекает лишь в момент открывания. Однако в этом случае элементы реле времени будут иметь гальваническую связь с сетью и необходимо соблюдать меры безопасности при работе с устройством.
Конструкция узла управления нагрузкой, его размеры определяются тем, какие нагрузки предполагается коммутировать. Если их мощность не превышает 300 Вт, то выпрямительные диоды и тринистор не нужно устанавливать на радиатор. Если же мощность нагрузки может достигать 1000 Вт, то тринистор следует устанавливать на радиатор с поверхностью теплоотдачи не менее 200 см^2, а каждый из диодов - на радиатор с поверхностью 50 см^2.
Напоминаем: микросхемы потребляют от батареи ток около 1 мА; устройство подачи звукового сигнала - не более 10 мА;
оптроны, когда они включены, - 10...20 мА. Исходя из этих данных и зная емкость батареи питания, следует рассчитать продолжительность работы реле времени в том или ином режиме.
Большие возможности для построения времязадающих устройств открывает использование интегрального таймера КР1006ВИ1. Эта микросхема специально разработана для применения в устройствах подобного типа.
Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1 представлена на рис. 60. В состав таймера входят два прецизионных компаратора высокого (DA1) и низкого (DA2) уровней, асинхронный RS-триггер DD1, мощный выходной каскад на транзисторах VT1 и VT2, разрядный транзистор VT3, прецизионный делитель напряжения R1R2R3. Сопротивления резисторов R1-R3 равны между собой.
Таймер содержит два основных входа: вход запуска (вывод 2) и пороговый вход (вывод 6). На этих входах происходит сравнение внешних напряжений с эталонными значениями, составляющими для указанных входов соответственно l/3Uпит и 2/3Uпит. Если на входе Unop действует напряжение меньше 2/3Uпит, то уменьшение напряжения на входе Uзап до значения, меньшего 1/3Uпит, приведет к установке таймера в состояние, когда на выходе (вывод 3) имеется
напряжение высокого уровня. При этом последующее повышение напряжения на входе Uзап до значения 1/3Uпит и выше не изменит состояния таймера. Если затем повысить напряжение на выходе Uпop до значения больше 2/3 Uпит, то сработает триггер DD1 и на выходе таймера установится напряжение низкого уровня, которое будет сохраняться при любых последующих изменениях напряжения на входе Uпop. Этот режим работы таймера обычно используют при построении реле времени, ждущих мультивибраторов. При этом вход Unop подключают к одной из обкладок конденсатора времязадающей цепи, а по входу Uзап производят запуск таймера подачей короткого импульса отрицательной полярности. Если необходимо создать автоколебательный мультивибратор, то оба входа объединяют. Транзистор VT3 служит для разрядки времязадающего конденсатора. При появлении напряжения высокого уровня на выводе 3 таймера этот транзистор открывается и соединяет обкладку конденсатора с общим проводом.
Если на запускающем входе напряжение не превышает l/3Uпит, то повышение напряжения на входе Unop выше 2/ЗUпит приведет к появлению низкого напряжения на выходе таймера, а понижение напряжения на этом входе ниже 2/ЗUпит установит высокое напряжение на выходе. Таким образом, в данном случае таймер работает как обычный компаратор и может быть использован в устройствах регулирования температуры, автоматического включения освещения и др.
Если на входе Unop напряжение превышает 2/3Uпит, то на выходе таймера будет низкое напряжение независимо от значения напряжения на входе Uзап. В заключение следует отметить, что напряжение питания таймера может находиться в пределах 5...15 В. Максималь
ный выходной ток таймера равен 100 мА. Это позволяет использовать в качестве нагрузки электромагнитное реле. Вывод 5 служит для контроля значения образцового напряжения, а также для возможного изменения его значения путем подключения внешних резисторов. Для уменьшения возможного действия помех этот вход обычно соединяют с общим проводом через конденсатор емкостью 0,01...0,1 мкФ. Вход Uc6p (вывод 4) позволяет устанавливать на выходе низкое напряжение независимо от сигналов на остальных входах. Для этого на вывод 4 следует подать напряжение низкого уровня. Последующее повышение напряжения на этом входе до напряжения высокого уровня приводит к установлению на выходе таймера состояния, которое было до подачи низкого напряжения на вход 4 (имеется в виду, что времязадающая цепь не подключена). Если этот вход не используется, его следует соединить с выводом 8. В схемах реле времени вход Uсбр часто используют для установки таймера в исходное состояние, соответствующее закрытому транзистору VT3.
На рис. 61 представлена схема реле времени с использованием интегрального таймера. После подачи питания на устройство на выводе 2 установится высокое напряжение, а на выводе 6 - низкое (поскольку конденсатор С2 разряжен). На выходе таймера (вывод 3) при этом будет также низкое напряжение, через обмотку реле К1 течет ток, и разрядный транзистор таймера открыт - конденсатор С2 не может заряжаться. В таком состоянии таймер может находиться сколь угодно долго. Отсчет времени начинается с момента нажатия кнопки SB1 "Пуск". Поступающий при этом на вывод 2 отрицательный перепад напряжения переключает внутренний триггер таймера в противоположное состояние, на выводе 3 появляется напряжение
высокого уровня, реле К1 отпускает, а разрядный транзистор таймера закрывается. Начинается зарядка конденсатора С2 через резистор R3. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога переключения компаратора высокого уровня (в данном случае оно равно 2/3 х 15 В = 10 В), на выводе 3 опять установится напряжение низкого уровня, реле К1 сработает, а конденсатор С2 разрядится через внутренний транзистор таймера. Длительность выдержки времени Т можно определить из соотношения T=1,1R3C2, при этом время выражено в секундах, емкость - в микрофарадах, сопротивление - в мегаомах. Сопротивление времязадающего резистора не должно превышать 10 МОм. Емкость ограничивается лишь сопротивлением утечки, значение которого должно превышать значение сопротивления времязадающего резистора по крайней мере на порядок (т.е. в 10 раз). Желательно применять конденсаторы типов К73-17, К76-П2,, К53-1, ЭТО, обладающие малыми потерями.
Стабильность выдержки времени определяется в основном стабильностью конденсатора и резистора времязадающей цепи. Стабильность же собственно таймера весьма высокая. Это связано с тем, что изменение температуры в одинаковой степени влияет на сопротивление всех трех резисторов делителя напряжения, которые выполнены на одном кристалле. Изменение напряжения питания также не влияет на время выдержки, поскольку одновременно изменяются и порог срабатывания компаратора, и зарядный ток через конденсатор.
Реле К1 следует выбирать исходя из напряжения питания таймера и тока срабатывания не более 100 мА. Подойдут реле РЭС-10 (паспорт РС4.524.302), РЭС-9 (паспорт РС4.524.200).
В данном реле времени не предусмотрена регулировка выдержки времени". Казалось бы, сделать это несложно - достаточно резистор R3 заменить переменным. Однако промышленность выпускает переменные резисторы с номиналом не более 5 МОм. Выход из этого положения можно найти, если регулировать напряжение питания времязадающей цепи. Фрагмент схемы, обеспечивающей такую возможность, показан на рис. 62. Отношение сопротивлений резисторов R4 и R5 выбрано таким образом, чтобы напряжение на движке переменного резистора изменялось от значения, немного большего 2/3Uпит, до Uпит. Для расширения диапазона выдержек можно изменять емкость времязадающего конденсатора использованием галетного переключателя и батареи конденсаторов.
Стабильность формируемых выдержек данным реле времени достаточно высокая. В экспериментальном экземпляре на диапазоне 5 мин она составляла около ±0,5°/о, на диапазоне 30 мин - около
±2%. Дальнейшее увеличение выдержки времени приводит к значительному ухудшению ее стабильности и, следовательно, нежелательно. Поэтому для обеспечения больших выдержек времени (более 30 мин) следует идти по пути использования цифровых делителей частоты, а таймер использовать в качестве задающего генератора.
Принципиальная схема такого реле времени показана на рис. 63. На микросхеме DA1 выполнен мультивибратор, вырабатывающий задающие импульсы стабильной частоты 1 Гц или 1/60 Гц; на микросхеме DD1 - двоичный счетчик с коэффициентом деления 128;
на микросхеме DD2 - генератор звуковой частоты.
Выбор диапазона выдержки времени (секунды или минуты) производится переключателем SB2, установка времени выдержки-выключателями SA1-SA8. С их помощью можно набрать любое число от 1 до 255. Таким образом, наибольшая выдержка составляет 255 мин.
Прежде чем рассмотреть работу реле времени, познакомимся с особенностями микросхемы К561ИЕ10. Она состоит из двух одинаковых четырехразрядных счетчиков-делителей, связанных только общим питанием. Каждый счетчик имеет два счетных входа СР и CN, вход R принудительной установки нулей на выходах и выходы от каждого из четырех разрядов (рис. 64,а).
Когда на входе CN имеется напряжение низкого уровня либо на входе СР напряжение высокого уровня, входные импульсы, поданные на второй вход, не изменяют состояния счетчика. Для обеспечения режима счета необходимо на вход CN подать разрешающее напряжение высокого уровня (при этом входные импульсы поступают на вход СР) либо поддерживать напряжение низкого уровня на входе СР, а входные импульсы подавать на вход CN. Когда счет импульсов производится по входу СР, переключение первого триггера счетчика происходит по фронту счетных импульсов, при счете по входу CN - по спаду счетных импульсов (рис. 64,6). Остальные разряды счетчика переключаются по спаду импульсов выходных сигналов предыдущих разрядов. Максимальная частота счета 20 МГц.
Рассмотрим работу реле времени (рис. 63). Для запуска устройства нажимают кнопочный выключатель с фиксацией положения SB1. Начинает работать мультивибратор, на входы R подается
сигнал разрешения счета и счетчики DD1.1, DD1.2 заполняются импульсами. Допустим, что установлена выдержка времени 22 с. Это достигается замыканием контактов выключателей SA2, SA3, SA5 (2+4+ 16=22). Поскольку в исходном состоянии счетчиков на всех их выходах низкое напряжение, диоды VD1-VD8 открыты, а транзисторы VT1, VT2 закрыты, реле К1 обесточено. Диоды VD1-VD8 реализуют операцию логического сложения, т. е. транзистор VT1 откроется тогда, и только тогда, когда на выводах 4, 5, 11 микросхемы DD1 установится напряжение высокого уровня. При этом сработает реле К1, контактами К 1.1 самоблокируется и одновременно отключит базу транзистора VT2 от общего провода. В звуковом излучателе НА1 будет слышен сигнал, свидетельствующий об окончании выдержки времени. Громкость сигнала регулируется переменным резистором R7.
Следует заметить, что в счетчике DD1.1 счетные импульсы подаются на вход СР, а в счетчике DD1.2 - на вход CN.
В исходное состояние устройство возвращают переключением контактов SB1 в первоначальное положение.
Несколько слов о назначении делителя напряжения R1R2. Как следует из логики работы интегрального таймера КР1006ВИ1, в процессе работы мультивибратора напряжение на времязадающем конденсаторе С2 изменяется в пределах 1/3... 2/3 напряжения питания, т.е. от 5 до 10 В. Поэтому в исходном состоянии конденсатор С2 должен быть заряжен до одного из этих напряжений, чтобы длительность первого сформированного мультивибратором импульса не отличалась от длительности последующих. В данном случае конденсатор заряжается до напряжения 5 В, которое подается на конденсатор С2 с делителя R1R2 через замкнутые контакты переключателя SB 1.1.
В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ-0,25. Переменный резистор R7 - СП-0,4, СП-1 или любой другой. Конденсатор С2 - типа К53-1, К53-4, ЭТО; главное требование -чтобы он обладал малым током утечки и высокой стабильностью емкости при изменении температуры. Конденсаторы С1, СЗ - типа КМ-66, КЛС. Транзисторы VT1, VT2 - любые из серий КТ312, КТ315, КТ503, КТ603, КТ608, КТ3117. Диоды VD1-VD8 - любые из серий Д9, Д311. Они обязательно должны быть германиевыми, поскольку только германиевый переход характеризуется малым прямым падением напряжения: 0,3...0,5 В. Это обеспечивает надежное закрывание кремниевого транзистора VT1. Использование кремниевых диодов недопустимо из-за большого прямого падения напряжения на них (1...1,5 В). Диод VD9 может быть типов Д220, Д223, КД503, КД509. Реле К1 - РЭС-10 (паспорт РС4.524.302) или
РЭС-15 (паспорт РС4.591.004). Звуковой излучатель НА1 - любого типа с сопротивлением обмотки постоянному току 100...200 Ом, например ВП-1, ДЭМШ-1А, ТК-67. Переключатели SB1, SB2 - типа П2К с фиксацией положения; SA1-SA8 - типа П1Т-1.
Налаживание реле времени состоит в подборе напряжения 5 В в точке соединения резисторов R1 и R2 с помощью резистора R1, а также в установлении периода следования импульсов мультивибратора равным 1 с или 1 мин резисторами R3 и R4 соответственно. В макетном экземпляре реле времени максимальная погрешность выдержки времени на пределе 255 мин составила 0,2...0,3%.
Для расширения пределов выдержки времени следует или увеличить период колебаний мультивибратора, или применить дополнительные делители частоты.
