Устройства выдержки больших интервалов времени

Автор предлагает вниманию читателей несколько простых устройств выдержки времени из доступных деталей. Эти уст­ройства — аналоговые с времязадающими RC-цепями. В них применены схемные решения, позволяющие увеличить длитель­ность формируемых интервалов времени.

На рис. 1 представлена схема про­стого реле времени, собранного на микросхеме параллельного стабилиза­тора напряжения TL431ACLP (DA1) При нажатии на кнопку SB1 на управляющий вход стабилизатора DA1 через резисторы R1 и R3 поступает напряжение, близкое к напряжению питания, вслед­ствие него стабилизатор замыкает цепь обмотки реле К1. Контакты К1.1 сработавшего реле блокируют кнопку, кото­рую теперь можно отпустить. Они же отключают резистор R1 от времязадающего конденсатора С1. который начи­нает заряжаться током, текущим через времязадающий резистор R2. Контакты реле К1.2 включают исполнительное устройство или выключают его.

Рис. 1

По мере зарядки конденсатора на­пряжение на управляющем входе мик­росхемы DA1 относительно её анода уменьшается. Как только оно опустится ниже 2,5 В, ток через обмотку реле К1 уменьшится настолько, что реле отпу­стит якорь, возвратив исполнительное устройство в исходное состояние. Резистор R1 вновь будет подключён параллельно конденсатору С1 и разря­дит его. Теперь можно ещё раз нажи­мать на кнопку SB1.

С элементами, типы и номиналы которых указаны на рис. 1, получена выдержка около 45 мин. Её можно из­менить, подбирая конденсатор С1 и резистор R2. Но увеличивать сопротив­ление этого резистора не рекоменду­ется, так как при этом возрастает доля нестабильного тока управляющего вхо­да микросхемы DA1 в токе зарядки кон­денсатора С1. Соответственно растёт нестабильность выдержки.

Можно увеличить сопротивление резистора R2, одновременно повысив напряжение питания устройства ВПЛОТЬ до 30 В — максимального для микро­схемы серии TL431, При этом и конден­сатор С1 следует выбирать С номи­нальным напряжением, не меньшим напряжения питания. В качестве К1 нужно применить реле с рабочим на­пряжением обмотки, равным напряже­нию питания, либо включить последо­вательно с обмоткой реле, рассчитан­ной на меньшее напряжение, гасящий избыток напряжения стабилитрон. Ток обмотки реле не должен превышать 100 мА, допустимых для микросхемы серии TL431.

На рис. 2 показана ещё одна схема реле задержки включения или выключения исполнительного устройства, по­строенная на той же микросхеме. После перевода выключателя SA1 в положе­ние «Включено» (верхняя по схеме груп­па его контактов замкнута, а нижняя разомкнута) начинается зарядка кон­денсатора С1 через резистор R2. Когда напряжение на конденсаторе превысит сумму напряжения стабилизации стаби­литрона VD2 (5,6 В), порогового на­пряжения стабилизатора DA1 (2,5 В) и падения напряжения на резисторе R3 и диоде VD1, микросхема DA1 замкнёт цепь обмотки реле К1. Сработавшее реле изменит состояние исполнитель­ного устройства. В этом состоянии устройство останется до тех пор, пока выключатель SA1 не будет возвращён в исходное выключенное состояние. При показанных на рис. 2 типах и номиналах элементов получена выдержка около одного часа.

Рис. 2

В качестве пороговых элементов в подобных устройствах можно использо­вать не микросхему серии TL431, а по­левой транзистор с изолированным затвором. Такие транзисторы имеют, как известно, предельно малый ток за­твора. Это позволяет значительно уве­личить выдержку, применяя времязадающие резисторы сопротивлением до нескольких мегаом и даже их десятков.

К тому же применение, например, полевого транзистора 2N7000 позво­ляет повысить напряжение питания до 60 В и использовать при необходимос­ти электромагнитное реле с рабочим током обмотки до 250 мА. Но следует принять меры, чтобы напряжение меж­ду затвором и истоком транзистора не выходило из допустимого интервала от -20 В до +20 В.

Пример схемы реле задержки вклю­чения на полевом транзисторе 2М7000 показан на рис. 3. Реле К1 — импорт­ное серии BT с обмоткой сопротивлени­ем 62,5 Ом. При указанных на схеме номиналах элементов получена вы­держка около шести часов. Большую часть интервала выдержки устройство практически не потребляет ток от источ­ника питания. Но в последней трети это­го интервала ток плавно нарастает до тока срабатывания реле K1. В этом про­межутке времени транзистор VT1 нахо­дится в активном режиме и на нём рас­сеивается довольно значительная мощ­ность, достигающая максимума (в рас­сматриваемом случае около 150 мВт) примерно в середине промежутка, а затем спадающая.

Рис. 3

После срабатывания реле К1 ток продолжает нарастать до значения.

равного разности напряжения питания устройства и напряжения стабилизации стабилитрона, делённой на сопротивле­ние обмотки реле. Достигнув его, он остаётся таким до выключения реле времени выключателем SA1.

В устройстве, схема которого изоб­ражена на рис. 4, использована та же идея, что и в предыдущем, но для уменьшения тока, потребляемого пос­ле срабатывания, применено поляри­зованное реле с двумя устойчивыми состояниями РПС20 исполнения РС4.521.751. Оно имеет две группы контактов на переключение.

Рис. 4

После нажатия на кнопку SB1 напря­жение, поступающее через резистор R1 и делитель напряжения R2R3 на затвор полевого транзистора VT1, открывает этот транзистор. Напряжение, подан­ное на левую по схеме обмотку реле К1, переводит его подвижные контакты н нижнее по схеме положение, чем блоки­рует кнопку SB1 и разрешает зарядку конденсаторов С1 и С2.

Спустя некоторое время, требую­щееся для зарядки конденсатора С1. транзистор VT1 будет закрыт, а ток че­рез левую обмотку реле прекратится, что не изменит состояние его контак­тов. После зарядки конденсатора С2 и достижения током стока транзистора VT2 значения, достаточного для перево­да правой обмоткой реле его контактов в исходное (верхнее по схеме) положе­ние, к времязадающим конденсаторам будут подключены разрядные резисто­ры R1 и R5, а питание от устройства будет отключено. Теперь оно не потреб­ляет тока и после разрядки конденсато­ров готово к следующему нажатию на кнопку SB1.

Очевидно, предельная выдержка времени устройствами, собранными по схемам, изображённым на рис. 3 и рис. 4, одинакова. Резисторы R2 и R3 в последнем выбирают такими, чтобы напряжение затвор—исток транзистора VT1 не превысило допустимого. По­скольку большая выдержка от узла на этом транзисторе не требуется, он может быть и биполярным. В этом слу­чае резисторы R2 и R3 должны обеспе­чить, чтобы от зарядного тока конденса­тора С1 транзистор VT1 находился в режиме насыщения.

На рис. 5 представлена схема гене­ратора импульсов большой длительно­сти, который можно использовать для периодического включения и выключе­ния каких-либо приборов. По существу, это два устройства по рассмотренной ранее схеме рис. 3, образующие благо­даря использованию поляризованного реле с двумя устойчивыми состояниями своеобразный мультивибратор. Дли­тельность каждого из двух повторяю­щихся интервалов времени можно уста­навливать независимо, подбирая эле­менты цепей R2С1 и R3С2.

Рис. 5

Следует отметить, что все описан­ные устройства для получения стабильной выдержки следует питать стабили­зированным напряжением. Установка в них оксидных конденсаторов равных номиналов, но выпущенных в разное время разными производителями, дает значительный разброс значений вы­держки. Заметно влияют на выдержку токи утечки времязадающих конденса­торов и изменения температуры окру­жающей среды. Поэтому все указанные на схемах номиналы времязадающих элементов — ориентировочные. Их при­дётся подбирать при налаживании устройства.

Чтобы при проверке работы описан­ных устройств не ждать часами их срабатывания, рекомендуется временно заменить в них времязадающие рези­сторы друг ими, имеющими сопротивле­ние в 100… 1000 раз меньше указанного на схеме или расчётного. Лишь убедив­шись в работе устройства и замерив даваемую им выдержку, замените вре­менные резисторы постоянными, уве­личив их сопротивление во столько раз, во сколько требуемая выдержка больше измеренной. Но учтите, что при боль­шом сопротивлении время задающего резистора пропорциональность вы­держки его сопротивлению может быть нарушена. Причина этого — влияние тока утечки конденсатора и входного тока микросхемы или биполярного транзистора.

Чтобы не пропустить момент оконча­ния выдержки, в процессе налаживания удобно подключить к выходу реле вре­мени пьезоизлучатель звука со встро­енным генератором. В этом случае до его сигнала можно спокойно занимать­ся другими делами.

Автор: М. МУРАТОВ, г. Уфа
Источник: Радио №3/2017