Таймер с регулировкой периода и скважности импульсов (4020, 4093)

Принципиальная схема самодельного таймера с регулировкой периода и скважности импульсов. В различных схемах и конструкциях на логических микросхемах широкоиспользуются мультивибраторы с частотозадающими RC-цепями. На полевой КМОП-логике, реально, можно сделать мультивибратор, вырабатывающий импульсы частотой не ниже 0,1 Hz.

Дальнейшее снижение частоты требует значительного увеличения емкости конденсатора и сопротивления резистора. Приходится выбирать электролитические конденсаторы с минимальными токами утечки и принимать меры к тому, чтобы исключить влияние влажности на детали. Все это делает создание типового мультивибратора на частоту ниже 0,1 Hz практически не возможным.

Но, в некоторых схемах требуется устройство, вырабатывающее импульсы с периодом колебаний не несколько секунд, а несколько минут или часов. Причем, желательно чтобы можно было устанавливать скважность импульсов в широких пределах, например, так, например, - продолжительность нуля 45 минут, а продолжительность единицы 5 минут. И так, чтобы это можно было регулировать в широких пределах.

Принципиальная схема

Достигнуть таких колебаний простой схемой мультивибратора невозможно, но можно удлинить полупериоды мультивибратора при помощи двоичных многоразрядных счетчиков. Например, используя счетчик 4020 (К561ИЕ16) можно в 16384 раз увеличить период колебаний, по сравнению с типовым мультивибратором.

Принципиальная схема циклического таймера с отдельной независимой регулировкой протяженности нулевой и единичной полуволн в пределах от 10 минут до 1 часа, показана на рисунке. Данный диапазон регулировки не является окончательным, и его всегда можно изменить, изменив емкость конденсаторов С1 и С2.

Принципиальная схема самодельного таймера

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного таймера.

Регулировка протяженности логического нуля на выходе производится переменным резистором R4. Регулировка протяженности логической единицы на выходе производится переменным резистором R2. Рассмотрим работу схемы.

Схема состоит из таймера на основе счетчика D2 и мультивибратора. Но мультивибратора два, - на D1.1 и на D1.2, и их счетчик переключает в зависимости от логического уровня на его старшем выходе.

Выключатель S1 служит для обнуления и запуска схемы. Пока он включен, счетчик зафиксирован в нулевом состоянии. После выключения S1 начинается отсчет времени нулевой полуволны на выходе. При этом, на выводе 3 D2 присутствует логический ноль, который поступает на вывод 1 D1.1 и блокирует этот мультивибратор.

А на вывод 5 D1.2 уровень поступает через инвертор D1.3, поэтому на выводе 5 D1.2 присутствует единица, что позволяет мультивибратору на D1.2 работать. Импульсы выхода D1.2 через сумматор на D1.4 поступают на счетный вход счетчика D2. Он их считает.

Как только на его вход приходит 8192-й импульс с момента запуска, на его выводе 3 возникает логическая единица.

Время нулевой полуволны на выходе завершается и начинается время единичной полуволны. При этом, на выводе 3 D2 присутствует логическая единица, которая поступает на вывод 1 D1.1 и запускает этот мультивибратор. А на вывод 5 D1.2 уровень поступает через инвертор D1.3, поэтому на выводе 5 D1.2 присутствует ноль, не дающий мультивибратору на D1.2 работать.

Импульсы выхода D1.1 через сумматор на D1.4 поступают на счетный вход счетчика D2. Он их считает. Как только на его вход приходит 16384-й импульс с момента запуска, на его выводе 3 возникает логический ноль.

Время единичной полуволны на выходе завершается и начинается время нулевой полуволны. Так повторяется периодически. Таким образом, во время нулевой полуволны на выходе работает мультивибратор на D1.2 и это время зависит от его частоты. А во время единичной полуволны на выходе работает мультивибратор на D 1.1 и от его частоты зависит продолжительность единицы на выходе.

Цепь R6-C4 служит для устранения сбоев в работе схемы, в случае возникновения на выходе счетчика D2 коротких паразитных импульсов, так называемых, «волос», которые могут иметь место, если попадется микросхема D2 не очень хорошего качества.

Налаживание

Налаживание сводится к градуировке шкал нанесенных вокруг ручек переменных резисторов. Резисторы желательно выбрать с линейной зависимостью регулировки сопротивления, в противном случае, шкалы получатся логарифмические, а это не очень удобно. Может потребоваться более точный подбор сопротивлений резисторов R1 и R3, и емкостей конденсаторов С1 и С2.

Микросхему 4020 (CD4020) можно заменить отечественной К561ИЕ16, либо зарубежной 4060 (CD4060). Если будет микросхема 4060, нужно учесть что вход «С» у неё на выводе 11, а вход «R» на выводе 12. Микросхему 4093 (CD4093) можно заменить отечественной К561ТЛ1.

Для чего может пригодиться такая схема? Например, для замены неисправного термостата холодильника. Подключить на выходе схемы достаточной мощный ключ с реле или симистором на выходе и управлять с его помощью питанием компрессора. Задав резистором R4 время отдыха, а резистором R2 время работы.

Или для управления питанием насоса, подающего воздух в аквариум с рыбками. Резистором R4 устанавливаем периодичность подач воздуха, а резистором R2 - продолжительность подачи воздуха. Да, в любом другом случае, когда нужно установить периодичность работы чего-либо.

Существенным недостатком устройства можно считать то, что временные интервалы все же задаются RC-цепями, а это значит, что очень уж большой точности здесь получить не удастся. С другой стороны, не всегда большая точность требуется, например, в случае с насосом для аквариума, или компрессора холодильника. Напряжение питание должно быть в допустимых пределах для используемых микросхем, то есть, от 4 до 15V.

Иванов А. РК-2016-09.

1 42 Таймеры и реле времени
таймер
cashback