Реле времени на полевом транзисторе.

Простое реле времени (или простое реле времени для начинающих 2) на биполярном транзисторе не сложно в изготовлении но на таком реле нельзя получить большие задержки. Длительность задержки определяет RC-цепь состоящая (для реле времени да биполярном транзисторе) из конденсатора, резистора в цепи базы и перехода база-эмиттер транзистора. Чем больше ёмкость конденсатора тем больше задержка. Чем больше суммарное сопротивление резистора в цепи базы и перехода база-эмиттер тем больше задержка. Увеличить сопротивление перехода база-эмиттер, для получения большой задержки, нельзя т.к. это неизменный параметр используемого транзистора. Сопротивление резистора в цепи базы нельзя увеличивать до бесконечности т.к. транзистору для открытия требуется ток, как минимум, в h31э меньший чем ток для необходимый для включения реле. Если например для включения реле требуется 100мА, h31э=100 то для открытия транзистора требуется ток базы Iб=1мА. Для открытия полевого транзистора с изолированным затвором большой ток не требуется, в данном случае можно даже пренебречь этим током и считать что ток для открытия такого транзистора не требуется. Полевой транзистор с изолированным затвором управляется напряжением поэтому можно использовать RC цепь с любым сопротивлением и следовательно делать любые задержки. Рассмотрим схему:

Рисунок 1 — Реле времени на полевом транзисторе

Эта схема похожа на схему с биполярным транзистором из предыдущей стати только здесь вместо биполярного транзистора n-MOSFET (n канальный полевой транзистор с изолированным затвором (и индуцированным каналом)) и добавлен резистор (R1) для разряда конденсатора C1. Резистор R3 не обязателен:

Рисунок 2 — Реле времени на полевом транзисторе без R3

Полевые транзисторы с изолированным затвором могут быть испорчены статическим электричеством поэтому с ними нужно обращаться аккуратно: стараться не касаться вывода затвора руками и заряженными предметами, по возможности заземлять вывод затвора и т.д. 

Процесс проверки транзистора и готового устройства показан на видео:

Т.к. на параметры RC цепи пренебрежимо мало влияют параметры транзистора то расчёт длительности задержки осуществить достаточно несложно. В данной схеме на длительность задержки по прежнему влияет длительность удерживания кнопки и чем меньше сопротивление резистора R2 тем слабее это влияние, но не стоит забывать о том что этот резистор нужен для ограничения тока в момент замыкания контактов кнопки, если его сопротивление сделать слишком низким или заменить перемычкой то при нажатии на кнопку может выйти из строя блок питания или сработать его защита от к.з. (если она есть), контакты кнопки могут приплавиться друг к другу, к тому же данный резистор ограничивает ток при установке резистором R1 минимального сопротивления. Резистор R2 также понижает напряжение (UCmax) до которого заряжается конденсатор C1, при нажатой кнопке SB1, что приводит к уменьшению длительности задержки. Если сопротивление резистора R2 низкое то на длительность задержки оно влияет незначительно. На длительность задержки влияет напряжение на затворе относительно истока при котором транзистор закрывается (далее напряжение закрытия). Для расчёта длительности задержки можно воспользоваться программой: 

КАРТА БЛОГА (содержание)

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

 

Простая схема автоматического выключения нагрузки через определенное время на полевом транзисторе. Реле времени на полевике с задержкой отключения питания.

 

 

 

 

Порой возникает необходимость в выключении тех или иных электронных устройств через определенный промежуток времени в автоматическом режиме. К примеру, всем известный электронный мультиметр типа DT830 (самая простая модель тестера) не имеет внутри себя автоматического выключения. И когда забываешь после измерений его выключать, то к следующему измерению его батарейка уже успевает полностью разрядится. Естественно, это нуждается в доработке. В более дорогостоящих мультиметрах такая функция имеется, и если тестером не пользуешься несколько минут, то он автоматически выключается. Вот эту схему, что я предлагаю на Ваше рассмотрение, как раз и можно использовать для подобных случаев. И как видно сама схема автоматического выключения электрической нагрузки через заданное время очень проста.

 

 

Ну, а для новичков поясню сам принцип действия этой схемы. Итак, по сути эта схема является схемой самого обычного реле времени, только роль реле тут выполняет полевой транзистор n-типа, с индуцируемым каналом. Как известно, полевые транзисторы подобного типа имеют три вывода – затвор, исток и сток. Канал сток-исток является силовым, через который протекает основной ток относительно большой величины. И в изначальном состоянии, когда между управляющим каналом затвор-исток нет нужного напряжения, этот полевой транзистор закрыт. В таком состоянии его силовой переход имеет бесконечно большое сопротивление. Но как только мы подадим на управляющий канал затвор-исток нужное напряжение, то силовой канал откроется. Именно у этого транзистора (BS170), что стоит в схеме, сопротивление канала сток-исток в полностью открытом состоянии равно 5 Ом. Что для небольших нагрузок является крайне незначительным сопротивлением.

 

 

 

 

Основные характеристики полевого транзистора BS170:

 

» тип проводимости – n-канальный;
» максимальный ток сток-исток – до 0,5 А;
» максимальная рассеиваемая мощность – 0,83 Вт;
» пороговое напряжение открытия транзистора – 3 В;
» максимальное напряжение между сток-исток – до 60 В;
» максимальное напряжение между затвор-исток – до 20 В;
» сопротивление канало сток-исток в открытом состоянии – 5 Ом;
» максимальная температура канала – 150 °C;

 

Итак, на вход схемы автоматического отключения нагрузки подается постоянное напряжение от источника питания (к примеру 9 вольтовой батарейки). Плюс с входа сразу идет на выход схемы. А вот минус входа проходит через силовой переход сток-исток полевого транзистора, который в изначально состоянии полностью закрыт и не проводит через себя ток. То есть, изначально на выходе схемы отсутствует напряжение для питания нагрузки. Чтобы транзистор открылся, мы должны на его затвор подать положительный потенциал, а на исток отрицательный. Минус сразу подается на исток от источника питания, а вот плюс проходит через нормально разомкнутый выключатель B1. Параллельно управляющему переходу транзистора стоят электролитический конденсатор и подстроечный (или можно взять переменный) резистор.

 

Когда мы кратковременно нажимаем  переключатель B1, то полюс от источника питания поступает на затвор полевика и открывает его. При этом также происходит быстрая зарядка емкости конденсатора C1. И когда уже кнопка B1 отпущена, и через нее плюс не подается на затвор, то транзистор остается открытым из-за наличия электрического заряда на конденсаторе. Ну, а чтобы был эффект реле времени в данной схеме, то есть произошло закрытие полевого транзистора через определенное время, параллельно конденсатору стоит сопротивление, которое с некоторой скоростью разряжает его. И чем меньше будет сопротивление R1, тем быстрее разрядится конденсатор и закроется полевой транзистор.

 

В итоге работа схемы такова. Изначально на выходе схемы напряжения питания нагрузки отсутствует. Мы кратковременно нажимает переключатель B1. Конденсатор заряжается, а транзистор открывается, на выходе схемы появляется напряжение питания нагрузки. Поскольку резистор разряжает конденсатор, то спустя определенное время, когда величина напряжения на конденсаторе достигнет порогового уровня закрытия полевого транзистора VT1 (а это 3 вольта), то транзистор закроется и на выходе схемы пропадет напряжение питания нагрузки. Вот такая простая работа у данной схемы. Причем стоит заметить, что время ожидания схемы перед закрытием полевика зависит как от резистора, так и от емкости конденсатора. Чем больше будет емкость у конденсатора C1, и чем меньше сопротивление резистора R1, тем это время будет больше. Само же время может быть от нуля до очень много (часы, а то и больше).

 

Эта схема реле времени на полевом транзисторе может работать с нагрузками, у которых ток потребления до пол ампера (0,5 А). Поскольку такой максимальный ток имеет силовой переход полевого транзистора. Если этого тока Вам будет мало, то просто стоит в схему поставить другой полевой транзистор подобного типа с нужной величиной максимального тока силового перехода полевика. Естественно, при выборе обращайте внимание на сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии. По возможности его сопротивление должно быть как можно меньше. Это положительно повлияет на экономию электроэнергии и уменьшит нагрев транзистора при его работе.

 

Помимо этого учтите, что обычно у полевых транзисторов подобного типа максимальное напряжение перехода затвор-исток около 20 вольт. Это значит, что напряжение питания на входе схемы не должно превышать этого значения, поскольку в противном случае полевик попросту выйдет из строя. Если все же имеется такая необходимость в напряжении более 20 вольт, то параллельно переходу затвор-исток нужно поставить стабилитрон, который будет ограничивать напряжение на данном переходе полевика, что защитит его от выхода из строя. Ну, и конденсатор C1 должен быть рассчитан на напряжение чуть более, чем напряжение на входе схемы. Иначе, он также может испортится.

 

Видео по этой теме:

 

 

P.S. Естественно, данную схему автоматического выключения электронной нагрузки через заданное время можно использовать не только для мультиметров. Как я сказал вначале, это аналого схемы обычного реле времени, только вместо реле тут стоит полевой транзистор. Так что схема может работать с любыми электрическими, электронными нагрузками постоянного тока, которые нуждаются в автоматическом отключении через нужный интервал времени.

⚡️Таймеры на микросхеме полевом транзисторе с реле |

Как известно, таймер  служит для автоматического подключения какого-либо устройства к источнику    питания спустя некоторое время, либо его отключения от источника питания, так же, спустя некоторое время.

Таймеры бывают с разными способами задания временного интервала. Есть как механические, на основе часового механизма, так и электронные, сложные – на основе схемы аналогичной электронным часам, либо на простой схеме, где время задается длительностью зарядки конденсатора через резистор. Это именно такая схема, здесь временной интервал задается RC-цепью непосредственно, без каких-то счетчиков-делителей частоты.

Конечно, такой способ совсем не отличается высокой точностью, но он прост, и позволяет весьма простым способом обеспечить включение или выключение нагрузки спустя некоторое время. На сайте радиочипи показана схема, способная управлять нагрузкой постоянного тока, питающей постоянным током до 30 А и напряжением от 7 до 30V. Основу схемы составляет микросхема К561ТЛ1. Эта микросхема содержит четыре логических элемента «2И-НЕ» с эффектом триггера Шмитта. Данный эффект триггера Шмитта здесь очень полезен. Потому что логический элемент имеет разные пороги логической единицы и логического нуля.

Как только напряжение на его входе достигает соответствующего порога, его состояние резко меняется. И даже, если при этом происходят какие-то дестабилизирующие факторы, такие как незначительное изменение напряжения на входе, это не приводит к обратному переключению, логического элемента, потому что пороги логического нуля и единицы значительно различаются.

Это очень важно, когда время задается RC-цепью, и напряжение на входе логического элемента изменяется очень медленно. Не будь эффекта триггера Шмитта, такая схема может на каком-то этапе порогового значения начать работать нестабильно, с многократным переключением логического уровня.

Здесь же это невозможно, RC-цепью, задающей временной интервал является цепь C1-R1-R2. Для запуска таймера конденсатор С1 разряжают кнопкой пуска S1. – при её нажатии конденсатор закорачивается. При этом напряжение на нем становится равным нулю, а напряжение на входах элемента D1.1 становится равным напряжению питания микросхемы, то есть, логической единице.

После отпускания кнопки S1 начинается медленный заряд конденсатора С1 через резисторы R1 и R2. Быстрота этого заряда зависит от суммарного сопротивления данных резисторов. В процессе заряда напряжение на конденсаторе растет, а напряжение на входе элемента D1.1 уменьшается. Спустя некоторое время напряжение на входе D1.1 достигает порога логического нуля, после чего происходит переключение логического элемента.

Остальные элементы включены последовательно этому. Переключатель S2 служит для выбора режима работы таймера, при котором спустя заданное время нагрузка включается («Вкл.») либо выключается («Выкл.»). На схеме он показан в положении выключения нагрузки. В момент нажатия кнопки S1 нагрузка включается, а выключается спустя заданное время после отпускания кнопки.

На выходе включен мощный полевой транзистор VT1 с очень низким сопротивлением открытого канала и допустимым током через него ЗОА. При токе нагрузки менее 5А радиатор транзистору не нужен. При токе в ЗОА нужен радиатор площадью охлаждающей поверхности 100-150см2. Таймер питается от того же источника питания, что и нагрузка. Но максимальное напряжение питания микросхемы значительно ниже 30V, поэтому микросхема питается через интегральный стабилизатор А1.

На рисунке 2 приводится схема аналогичного таймера, работающего с нагрузкой питающейся переменным током напряжением 220V. Разница в выходном каскаде и в схеме источника питания микросхемы. Выходной каскад сделан на двух транзисторах VT1 и VT2, каждый из которых работает на одной из полуволн переменного тока. Питание на микросхему поступает через выпрямитель на диоде VD4 и параметрический стабилизатор на резисторе R4 и стабилитроне VD1. Пульсации сглаживает конденсатор СЗ.

Максимальная мощность нагрузки в схеме на рис.2 до 3000W. При мощности нагрузки менее 200W радиатор транзисторам не нужен. При мощности в 3000W нужен радиатор площадью охлаждающей поверхности 100-150см2. На рисунке 3 показана схема таймера с релейным выходным каскадом.

Достоинство релейного выходного каскада в том, что это обычные механические контакты, изолированные от остальной части схемы. Их можно подключить куда угодно и, как угодно. Важно только, чтобы не были превышены ток и напряжение, допустимые для контактов реле. Микросхема питается от отдельного источника напряжение 5-6V, в качестве которого можно использовать зарядное устройство для сотового телефона.

Автор

10 маломощных коммутирующих устройств (таймеры на тиристорах, КМОП)

Десять схем таймеров и коммутирующих устройств на тиристорах и транзисторах, подойдут для управления включением и выключением различных нагрузок.

Таймер на тиристоре

Тиристорные коммутаторы нагрузки могут быть с успехом использованы для дозированного по времени включения нагрузки. Такие схемы называют таймерами.

Схема одного из них представлена на рис. 1. В исходном состоянии тиристор VS1 заперт, как и остальные активные элементы устройства (транзисторы). Устройство не потребляет ток от источника питания.

Рис. 1. Принципиальная схема таймера на тиристоре 2У104.

При нажатии на кнопку SB1 («Пуск») конденсатор С1, если он до этого имел заряд, разряжается через диод VD1; на управляющий электрод тиристора через резистор R1 подается отпирающее напряжение. Тиристор VS1 начинает проводить, и через сопротивление нагрузки протекает ток.

Одновременно разряженный времязадающий конденсатор С1 заряжается через резистор R3 и потенциометр R4. Скорость заряда конденсатора зависит от сопротивления потенциометра R4.

Когда напряжение на конденсаторе превысит напряжение пробоя стабилитрона VD2, ток через него открывает переход эмиттер — база транзистора VT2.

Соответственно, открывается (включается) транзистор VT1, который шунтирует цепочку из тиристора VS1 и диода VD3. Поскольку падение напряжения на транзисторе ниже падения напряжения на цепочке из тиристора и диода, такое шунтирование равнозначно прерыванию тока через тиристор.

Следовательно, тиристор запирается. Процесс заряда прекращается (потенциометр R4 отключен от зарядной цепи), напряжение на С1 понижается настолько, что стабилитрон VD2 перестает проводить ток. Это приводит к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Схема переходит в исходное состояние и готова к очередному включению.

Задержка таймера определяется постоянной времени C1(R3+R4) и составляет 1…20 сек для указанных на схеме номиналов. В силу непродолжительности переходных процессов в качестве транзистора VT1 можно использовать маломощные транзисторы типа КТ315, желательно с высоким коэффициентом передачи тока.

Реле времени на тиристоре

Второй таймер (рис. 2) работает по принципу разряда предварительно заряженного конденсатора. В исходном состоянии тиристор и транзистор закрыты.

Рис. 2. Второй вариант реле времени на тиристоре.

При нажатии на пусковую кнопку управляющее напряжение поступает на тиристор и отпирает его. Одновременно заряжается конденсатор С1.

Отрицательная (левая по схеме) обкладка этого конденсатора через открытый тиристор VS1 соединяется с общей шиной, положительная обкладка — через диод VD1, резистор R1 и кнопку SB1 с шиной питания. Напряжение, снимаемое с конденсатора С1, запирает транзистор VT1.

После того как конденсатор С1 разрядится через включенный ему параллельно участок потенциометра R3, транзистор VT1 откроется и зашунтирует цепочку последовательно включенных полупроводниковых приборов: тиристора VS1, светодиода HL1 и диода VD2. Тиристор отключается, размыкая цепь питания нагрузки и цепь управления транзистора VT1. Схема возвращается в исходное состояние.

Интересной особенностью схемы является возможность установления времени включения нагрузки от 0 (при полностью введенной ручке потенциометра R3) до 40 секунд. В качестве нагрузки может быть использовано герконовое реле типа РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.

Включенное состояние устройства индицирует светодиод HL1, поэтому максимальный ток нагрузки не должен превышать 20 мА.

Реле времени с однопереходным транзистором

Тиристорные реле времени периодического включения и отключения нагрузки конструкции Г. Коротаева можно собрать по схемам, показанным на рис. 3 и 4 [ВРЛ 61/72]. Нагрузка, например, обмотка электродвигателя, управляющего работой щеток стеклоочистителя автомобиля, включается последовательно с реле времени.

Рис. 3. Схема реле времени для включения электродвигателей и другой нагрузки.

При подаче питания на устройство конденсатор С1 начинает заряжаться через резисторы R2 и R3. Постоянная времени цепочки R2, R3, С1 определяет время паузы.

Когда напряжение на конденсаторе С1 достигнет величины напряжения срабатывания однопереходного транзистора VT1 типа КТ117А (через время паузы), импульс с этого транзистора через резистор R5 поступит на управляющий электрод тиристора VS1 и переведет его в проводящее состояние.

На электродвигатель поступит напряжение, ротор его начнет вращаться, перемещая щетку стеклоочистителя. Параллельно реле времени подключены контакты концевого выключателя, управляемого электродвигателем.

В исходном состоянии эти контакты разомкнуты и замыкаются, шунтируя цепь питания реле времени, в крайнем положении щетки стеклоочистителя.

Во время рабочего хода электродвигателя, до момента возврата щеток в исходное состояние, контакты концевого выключателя остаются замкнутыми.

За этот период времени конденсатор С1 разряжается через резистор R1 и диод VD1. При возврате щеток в исходное положение контакты концевого выключателя размыкаются, электродвигатель останавливается, и весь цикл повторяется снова. Конденсатор С2 служит для повышения помехоустойчивости реле времени.

Для указанных на схеме номиналов время паузы может меняться от 1…2 до 5…7 сек.

Реле времени на транзисторах КТ315, КТ361

На рис. 4 показана схема, иллюстрирующая возможность замены однопереходного транзистора его дискретным аналогом [ВРЯ 61/72].

Рис. 4. Схема реле времени на двух транзисторах и тиристоре.

Реле времени на КМОП коммутаторе

Помимо транзисторов и тиристоров для управления нагрузкой довольно широко используют КМОП-коммутаторы. Такого рода коммутаторы выполнены в микросхемном исполнении на полевых транзисторах.

Их положительное качество — высокое быстродействие, малые габариты, высокая надежность. К недостаткам следует отнести низкую нагрузочную способность (ток нагрузки канала коммутации обычно не должен превышать 10 мА), а также высокую чувствительность к помехам.

Ключевой элемент КМОП-коммутатора включается при подаче на управляющий электрод напряжения «высокого» уровня и отключается при подаче «низкого». Сопротивление ключа во включенном состоянии состовляет несколько десятков Ом; в разомкнутом — превышает сотни МОм.

КМОП-коммутаторы могут быть использованы в качестве промежуточных элементов управления других коммутирующих устройств (транзисторов, реле, оптоэлектронных приборов и т.п.).

Рис. 5. Схема реле времени на КМОП-коммутаторе К561КТ3.

На рис. 5 показана схема КМОП-коммутатора на одном из четырех равнозначных элементов микросхемы К561КТЗ [EW 4/01-297].

В схеме использована кнопка без фиксации положения. В исходном состоянии на управляющем электроде микросхемы (вывод 13) присутствует напряжение низкого уровня.

Коммутирующий элемент (выводы 1, 2) разомкнут, ток через сопротивление нагрузки не протекает. Конденсатор С1 через нормально замкнутый контакт кнопки SB1 заряжен до напряжения питания устройства.

Если кратковременно нажать на кнопку SB1, конденсатор С1 оказывается подключенным к управляющему электроду (вывод 13) микросхемы. Канал коммутатора включается.

Через резистор R3 напряжение высокого уровня поступает на управляющий электрод, фиксируя и поддерживая включенное состояние коммутатора.

Если кнопку SB1 оставить нажатой более продолжительное время, то конденсатор С1 разрядится через резистор R1. Напряжение на управляющем электроде микросхемы снизится до «низкого» уровня, произойдет самовыключение коммутатора.

Динамику процесса включения — выключения КМОП-коммутатора иллюстрируют диаграммы, приведенные на рис. 6. Устройство (рис. 5) можно использовать и для формирования импульсов заданной длительности.

Рис. 6. Динамику процесса включения — выключения КМОП-коммутатора.

Примечание. Для подачи питания на микросхему ее вывод 14 (см. Приложение) соединяют с плюсовой шиной питания, вывод 7 — с общей шиной. Незадействованные выводы входов управления рекомендуется соединить с шиной питания или общей шиной напрямую либо через резистор сопротивлением 1 МОм.

Рис. 7. Схема замены переключателя КМОП-коммутаторами.

Напряжение, снимаемое с сопротивления нагрузки (рис. 5), может быть использовано для управления другими цепями, например, переключателем (рис. 7).

Этот переключатель является аналогом тумблера, позволяющего, например, изменять полярность питающего напряжения. В то же время число коммутируемых цепей может быть увеличено включением дополнительных КМОП-коммутаторов.

В устройстве (рис. 7) управление коммутацией сигналов можно производить переключателем SA1, либо КМОП- или транзисторным коммутатором (рис. 8, 9).

Рис. 8. Схема для получения управляющего сигнала, выполненная на транзисторе.

Рис. 9. Схема для получения управляющего сигнала, выполненная на К561КТ3.

Управляющие сигналы «0/1» и »1/0» подаются со схем (рис. 8, 9) на соответствующие цепи управления, обозначенные на схеме рис. 7 крестиками.

КМОП-коммутаторы с однокнопочным управлением

Рис. 10. Схема КМОП-коммутатора с однокнопочным управлением.

КМОП-коммутатор с однокнопочным управлением показан на рис. 10 [EW 4/01-297]. Принцип его работы аналогичен тиристорному аналогу (рис. 5). Включение и выключение устройства определяется временем нажатия управляющей кнопки.

Коммутатор аналогичного принципа действия, но использующий нормально разомкнутую кнопку управления, изображен на рис. 111 [EW 4/01-297].

Рис. 11. Схема КМОП-коммутатора с однокнопочным управлением и разомкнутой кнопкой.

 

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003.

Схема простого реле времени на транзисторе КТ814

September 16, 2012 by admin Комментировать »

   

   Реле времени, схема которого изображена на рис. 11.1, собрано на одном мощном кремниевом транзисторе типа КТ814А. Вместо указанного на схеме типа транзистора VT1 можно использовать КТ818 с любой буквой, а также старого типа, например, П202 или П213. Установку выдержки времени производят с помощью резисторов R1 и R2, при этом выдержки времени получаются от 1 до 60 секунд. Устройство работает следующим образом. После нажатия кнопки SA1 происходит заряд конденсатора С1 до величины напряжения источника питания. Отжатие кнопки приводит к разряду конденсатора С1 на цепь, состоящую из резисторов R1…R4, участка транзистора база-эмиттер и резистора R5.

   

   Рис. 11.1. Принципиальная схема реле времени

   И как видно из схемы время разряда определяется указанными элементами. Разрядный ток конденсатора, протекающий через транзистор, вызывает увеличение тока коллектора и приводит к срабатыванию реле К1, контакты которого включают сигнал, извещающий о начале установленного интервала времени. По прошествии установленного интервала времени ток разряда конденсатора уменьшается, что приводит к уменьшению коллекторного тока транзистора и возвращению реле в исходное состояние. В схеме резистор R2 обеспечивает выдержку 1…10 с, R1 — свыше 60 с. Если подобрать сопротивления, входящих в схему резисторов, то можно получить другие необходимые интервалы времени. Реле К1 типа РЭС-10 (паспорт РС4.524.302) с током срабатывания 22 мА и рабочее напряжение 24…36 В. Кнопка SA1 может быть любого типа, лишь бы устройство замыкания контактов отвечало схеме реле. Налаживание устройства заключается в установке тока срабатывания реле изменением резисторов, входящих в схему. Перед наладкой реле делают круглые шкалы для переменных резисторов R1 и R2, на которых в процессе налаживания наносят времена выдержек.

   

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

12 схем автоматического реле (температура, звук, свет, влажность)

Релейные схемы используются в системах авторегулирования: для поддержания заданной температуры, освещенности, влажности и т.д. Подобные схемы, как правило, похожи и в качестве обязательных узлов содержат датчик, пороговую схему и исполнительное или индикаторное устройство (см. список литературы).

Релейные схемы реагируют на превышение контролируемого параметра над заданным (установленным) уровнем и включают исполнительное устройство (реле, электродвигатель, тот или иной прибор).

Также возможно оповещение звуковым или световым сигналом о факте выхода контролируемого параметра за пределы допустимого уровня.

Термореле на транзисторах

Термореле (рис. 1) выполнено на основе триггера Шмитта. В качестве датчика температуры используется терморезистор (резистор, сопротивление которого зависит от температуры).

Потенциометр R1 устанавливает начальное смещение на терморезисторе R2 и потенциометре R3. Его регулировкой добиваются срабатывания исполнительного устройства (реле К1) при изменении сопротивления терморезистора.

Рис. 1. Схема простого термореле на транзисторах.

В качестве нагрузки в этой и других схемах этой главы может быть использовано не только реле, но и слаботочная лампа накаливания.

Можно включить светодиод с последовательным токоограничивающим резистором величиной 330…620 Ом, генератор звуковых колебаний, электронную сирену и т.д.

При использовании реле контакты последнего могут включать любую электрически изолированную от цепи датчика нагрузку: нагревательный элемент либо, напротив, вентилятор.

Для защиты выходного транзистора от импульсов напряжения, возникающих при коммутации обмотки реле (индуктивной нагрузки), необходимо включать параллельно обмотке реле полупроводниковый диод.

Так, на рис. 1 анод диода должен быть соединен с нижним по схеме выводом обмотки реле, катод — с шиной питания. Вместо диода с тем же результатом может быть подключен стабилитрон или конденсатор.

Термореле на тиристоре

Термореле [МК 6/82-3] (рис. 2) имеет выходной каскад с самоблокировкой на тиристоре.

Рис. 2. принципиальная схема термореле на транзисторе и тиристоре.

Это приводит к тому, что после срабатывания схемы выключить сигнализацию можно только после кратковременного отключения питания устройства.

Простой термоиндикатор

Термореле (рис. 3), или, говоря точнее, термоиндикатор, выполнен по мостовой схеме [ВРЛ 83-24]. Когда мост сбалансирован, ни один из светодиодов не светится. Стоит температуре повыситься, включится один из светодиодов.

Рис. 3. Принципиальная схема простого термо-индикатора на одном транзисторе и светодиодах.

Если температура, напротив, понизится, загорится другой светодиод. Чтобы различать, в какую сторону изменяется температура, для индикации ее повышения можно использовать светодиод красного свечения, а для индикации понижения — светодиод желтого (или зеленого) свечения. Для балансировки схемы вместо резистора R2 лучше включить потенциометр.

Фотореле на транзисторах

Фотореле (рис. 4) отличается от термореле (рис. 16.1) тем, что вместо терморезистора использован фоточувствительный прибор (фотодиод или фотосопротивление).

Рис. 4. Принципиальная схема простого фото-реле на транзисторах.

Фотореле с двухкаскадным усилителем

Схема фотореле, показанная на рис. 5, содержит двухкаскадный усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторах разного типа проводимости.

Рис. 5. Принципиальная схема фотореле с двухкаскадным усилителем.

При изменении электрического сопротивления фотодиода и, соответственно, смещения на базе транзистора VT1, увеличится коллекторный ток выходного транзистора усилителя VT2, и напряжение на резисторе R2 возрастет.

Как только это напряжение превысит напряжение пробоя порогового элемента — полупроводникового стабилитрона VD2, включится оконечный каскад на транзисторе VT3, управляющий работой исполнительного механизма (реле).

Использование в схеме порогового элемента (полупроводникового стабилитрона) повышает четкость срабатывания фотореле.

Фотореле со звуковой сигнализацией

Фотореле (рис. 6) является таковым не в полной мере, поскольку реагирует на изменение освещенности плавным изменением частоты генерируемых колебаний [B.C. Иванов].

Рис. 6. Принципиальная схема фотореле со звуковой сигнализацией.

В то же время это устройство может работать совместно с измеряющими частоту приборами, частотно-избирательными реле, сигнализировать высотой звукового сигнала об изменении освещенности, что может быть весьма актуально для слабовидящих.

Схема реле влажности, реле уровня жидкости

Реле влажности или реле уровня жидкости (рис. 7) так же, как и некоторые из вышеприведенных схем выполнено на основе триггера Шмитта [МК 2/86-22].

Рис. 7. Принципиальная схема реле влажности,  реле уровня жидкости.

Порог срабатывания устройства устанавливают регулировкой потенциометра R3. Контакты датчика влажности выполнены в виде медного (Си) и железного (Fe) стержней, погруженных в землю.

При изменении содержания влаги в земле электропроводность среды и сопротивление между электродами меняются. С увеличением смещения на базе транзистора VT1 он открывается.

Коллекторный и эмиттерный токи транзистора возрастают, что приводит к росту напряжения на потенциометре R3 и, соответственно, к переключению триггера.

Реле срабатывает. Устройство может быть настроено на уменьшение электропроводности земли ниже заданной нормы. Тогда, при срабатывании исполнительного устройства, включается система автоматического полива земли (растений).

Реле времени

Реле времени (рис. 8) описано в книге П. Величкова и В. Христова (Болгария). Кратковременное нажатие на кнопку SA1 разряжает времязадающий конденсатор С1 и устройство начинает «отсчет времени».

Рис. 8. Принципиальная схема реле времени на транзисторах.

В процессе заряда конденсатора напряжение на его обкладках плавно увеличивается. В итоге, через некоторое время реле сработает, и включится исполнительное устройство.

Скорость заряда конденсатора, а, следовательно, и время выдержки (время экспозиции) можно изменять потенциометром R1. Реле обеспечивает максимальное время экспозиции до 10 сек при указанных на схеме параметрах элементов. Это время может быть увеличено за счет увеличения емкости конденсатора С1, либо сопротивления потенциометра R1.

Стоит отметить, что для столь простых схем «аналоговых» таймеров стабильность временного интервала невелика. Кроме того, нельзя до бесконечности наращивать емкость времязадаю-щего конденсатора, поскольку заметно возрастает его ток утечки.

Такой конденсатор неприемлем в схемах «аналоговых» таймеров. Существенно увеличить время экспозиции за счет сопротивления потенциометра R1 также нельзя, поскольку входное сопротивление последующих каскадов, если только они не выполнены на полевых транзисторах, невелико.

Аналоговые таймеры (реле времени) широко используют при фотопечати, для задания времени выполнения каких-либо процедур. Эти устройства используются, например, для получения воды, ионизированной серебром.

Реле что реагирует на уровень напряжения

Реле напряжения (рис. 9, 10) используются для контроля заряда или разряда элементов питания, аккумуляторов, контроля напряжения питания, поддержания напряжения на заданном уровне. Схемы, описанные в книге П. Величкова и В. Христова, предназначены для контроля разряда (рис. 9) или перезаряда (рис. 10) аккумулятора.

Рис. 9. Принципиальная схема реле для контроля разряда аккумулятора.

Рис. 10. Принципиальная схема реле для контроля перезаряда аккумулятора.

При необходимости напряжение срабатывания этих устройств может быть изменено. Порог срабатывания задается типом стабилитрона. Для изменения в небольших пределах порога срабатывания подобных реле последовательно со стабилитроном можно включать 1 — 3 германиевых Щ9) или кремниевых (КД503, КД102) диодов в прямом направлении.

Катоды диодов должны «смотреть» в сторону базы входного транзистора. Германиевый диод смещает порог срабатывания примерно на 0,3 В, а кремниевый — на 0,5 В.

Для цепочки из двух, трех диодов эти значения удваиваются (утраиваются). Промежуточные значения напряжений можно получить при последовательном включении германиевого и кремниевого диодов (0,8 В).

Акустическое реле

Акустическое реле (рис. 11, 12) используют для контроля уровня шума, а также в составе систем охранной сигнализации [Б.С. Иванов, М 2/96-13]. Помимо прочего, такие схемы часто используют в системах связи — в устройствах голосового управления каналом связи.

Рис. 11. Принципиальная схема акустического реле.

 

Рис. 12. Принципиальная схема акустического реле на транзисторах.

Так, при разговоре автоматически и без вмешательства оператора происходит переключение радиостанции или линии связи с приема на передачу. Устройство содержит датчик звукового сигнала — микрофон, в качестве которого можно использовать обычный микротелефонный капсюль, усилитель низкой частоты, детектирующее и исполняющее (релейное) устройство.

Коэффициент усиления УНЧ определяет чувствительность акустического реле. На микрофон может быть установлен звукоулавливающий рупор для повышения направленных свойств акустического реле. Резонансный фильтр, включенный после УНЧ, позволяет акустическому реле реагировать только на звук определенной частоты и игнорировать остальные звуки.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003.