Простое таймерное устройство на одной микросхеме

October 1, 2011 by admin Комментировать »

На рис. 4.18 приведена принципиальная электрическая схема простого электронного таймера с источником электропитания маломощных бытовых радиоэлектронных приборов и другой РЭА, которые должны выключаться по истечении определенного промежутка времени или когда их забывают выключить. В качестве нагрузки могут быть применены бытовые малогабаритные, переносные радиоприемники, магнитолы, магнитофоны, кофемолки, кофеварки, тостеры, печи инфракрасного излучения и многие другие электротехнические изделия.

Устройство может эксплуатироваться как от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц, так и от автономного источника электропитания напряжением от 7 до 12 В. В качестве ХИТ можно применить аккумуляторные батареи или гальванические элементы типа 343, 373.

Таймерное устройство включает в свой состав сетевой понижающий трансформатор питания 77, входную цепь с предохранителем от коротких замыканий и индикаторной лампой Я/, выпрямительное устройство, собранное на четырех диодах VD1— VD4, стабилизатор напряжения и таймер.

К сети переменного тока устройство подключается с помощью электрического соединителя XI типа «вилка». Автономный источник питания подключается к соединителям А и Б, устанавливаемым на лицевой панели корпуса таймера. Постоянное стабилизированное напряжение 9 В, действующее в точках А и Б, может быть использовано для подзарядки маломощных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, а также для прямого подключения

Рис. 4.18. Схема простого таймерного устройства на одной ИМС.

РЭУ, ток которых не превышает 200 мА, а напряжение равно 9 В.

Плавкий предохранитель Fly установленный во входной цепи электропитания, защищает устройство от перегрузок и коротких замыканий, которые могут возникать при неправильном монтаже. Индикаторная лампочка HI тлеющего разряда сигнализирует о включении напряжения сети при замыкании контактов переключателя однополюсного типа S1 и горит постоянно.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 выбран из унифицированного ряда ТПП, изготавливается на броневом ленточном магнитопроводе типа ШЛМ25Х32 с уменьшенным расходом меди. Трансформатор обладает универсальностью и хорошими эксплуатационными характеристиками. Понижающий трансформатор обеспечивает полную гальваническую развязку первичных цепей, находящихся под высоким сетевым напряжением, от вторичных цепей электронной части устройства, расчетный уровень выпрямленного и стабилизированного напряжений, а также электробезопасность при монтаже, регулировке, ремонте и эксплуатации устройства. Вместо покупного трансформатора 77 можно применить самодельный трансформатор, моточные данные которого приведены в табл. 4.10.

Выпрямительное устройство представляет собой однофазную двухполупериодную мостовую схему, собранную на маломощных выпрямительных диодах. Работает выпрямитель на емкостный фильтр, собранный на оксидном конденсаторе С/, который сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Выпрямленное напряжение подается на стабилизатор напряжения последовательного действия.

Рассматриваемый стабилизатор напряжения является составной частью многих источников электропитания с напряжением 9 В. В маломощных устройствах, в частности в портативных переносных радиоприемниках, в качестве источника питания используются стандартные гальванические элементы, соединяемые между собой последовательно для получения нужного уровня напряжения. Некоторые из РЭУ, рассчитанные на напряжение питания 12 и 6 В, одинаково хорошо будут работать и от источника напряжением 9 В. Однако во многих случаях подобные колебания напряжения питания недопустимы и требуется получение стабильного напря-

Таблица 4.10. Моточные данные сетевого

понижающего трансформатора питания, примененного

в простом таймерном устройстве, собранном на одной микросхеме

Обозначение трансформатора на схеме и тип конструкции

Магнито- провод, марка стали и толщина, мм

Обмотка

Выводы

Марка и диаметр провода, мм

Число витков

Сопротивление постоянному току, Ом (предельное отклонение ±15%)

77, бро

УШ16Х32,

I

2—3

ПЭВ-2; 0,12

1500

280

невой, с

Ш16Х32

 

7—8

ПЭВ-2; 0,12

1500

280

одной ка

или

 

 

 

 

тушкой,

ШЛ25Х25;

 

1—2

ПЭВ-2; 0,12

232

43,5

залитой в

3311;

Эк

 

 

 

 

форму

0,35; ших

ран

0

ПЭВ-2; 0,31

1 слой

 

тованный

II

15—18

ПЭВ-2; 0,47

164

2,5

 

или витой

 

 

 

 

ленточный

 

 

 

 

 

жения 9 В при номинальном токе 400 мА. Но для того, чтобы получить такой выходной ток, транзистор VT1 необходимо установить на металлическом радиаторе. При выходном токе 200 мА можно обойтись и без радиатора, хотя лучше использовать теплоотвод, чтобы можно было при необходимости обеспечить в нагрузке максимальный ток. Радиатором может служить алюминиевая пластина или металлический корпус, на котором монтируется устройство. В приведенной схеме транзистор VT1 включен последовательно между выходом выпрямителя и положительным полюсом источника напряжения. В схеме стабилизатора работает стабилитрон VD5 с напряжением пробоя около 9 В, который определяет потенциал базы транзистора VT1 относительно отрицательного полюса источника питания, а тем самым и значение выходного напряжения, так как положительное смещение между базой и эмиттером транзистора относительно мало.

Таймерное устройство собрано на одной ИМС DA1 и выходном регулирующем транзисторе VT2. Ток нагрузки на выходе таймера может доходить до 300 мА. ИМС серии К561 имеет в своем составе четыре двухвходовых триггера Шмитта и выполнена в корпусе 201.14.2.

Работает устройство следующим образом. После включения соединителя XI в сеть и замыкания контактов переключателя S1 устройство переходит в дежурный режим работы. Появляется напряжение переменного тока на всех выходных обмотках сетевого трансформатора, начинают работать выпрямительное устройство и стабилизатор напряжения. На входе ИМС действует напряжение низкого уровня логического нуля, конденсатор СЗ разряжен, на выходе ИМС (вывод 11) действует напряжение высокого уровня логической единицы. Когда конденсатор СЗ разряжен, транзистор VT2 закрыт и нагрузка обесточена. В таком режиме устройство может находиться сколь угодно долго, потребляя незначительный ток, не превышающий 5—7 мкА.

Для вывода таймерного устройства из состояния дежурного режима необходимо кратковременно (до 2 с) нажать на кнопку переключателя S2 и замкнуть его контакты 1 и 2. При этом конденсатор СЗ начинает заряжаться от выходного напряжения ИС (вывод 12), когда на выходе первого триггера Шмитта (вывод 11) появляется напряжение низкого уровня логического нуля. Вследствие того что все входящие в ИС элементы включены параллельно, на выходе ИС будет действовать низкий уровень логического нуля, и транзистор VT2 откроется и подключит нагрузку к источнику питания. В таком положении таймерное устройство будет находиться до тех пор, пока разряжается конденсатор СЗ до напряжения, при котором произойдет переключение триггера в исходное состояние и транзистор вновь закроется. Для повторного включения таймера необходимо снова нажать на кнопку «пуск» переключателя S2.

При изготовлении таймерного устройства использованы следующие комплектующие ЭРЭ: транзисторы VT1 типа ГТ404Ж, VT2 — КТ603А; ИМС DA1 — К561ТЛЗ; конденсаторы С/ типа K50-6-25B-1000 мкФ, С2 — K50-6-25B-100 мкФ, СЗ — K50-6-16B-5000 мкФ; резисторы R/ типа МЛТ-2-360 кОм, R2 — МЛТ-0,5-620 Ом, R3 — МЛТ-0,25-10 МОм, /?н — нагрузка, например радиоприемник; индикаторная лампочка HJ типа ТН-0,2-1; плавкий предохранитель F1 типа ПМ-2-0,5 А; сетевой понижающий трансформатор питания 77 типа ТПП256-127/220-50; электрические соединители XI типа «вилка», А и Б — соединения разъемные; переключатели S1 типа П1Т-1-1, S2 — КМ1-1-1; стабилитрон VD5 типа Д814Б; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КД204В.

При изготовлении можно применить и другие комплектующие ЭРЭ, так как схема не критична к их типо- номиналам. Элементы схемы выпрямительного устройства и стабилизатора напряжения имеют следующие параметры, которые необходимо учитывать при замене ЭРЭ: выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на ток не менее 1 А мощностью 0,5 Вт; конденсатор фильтра С/ с емкостью 1000 мкФ может быть заменен конденсатором с емкостью в два раза меньше. Резистор R2 обеспечивает необходимый режим работы стабилитрона VD5 и транзистора VTly который рассчитан на входное напряжение до 120 В и выходное 12,6 В при номинальном токе 1 А. При этом стабилизатор обеспечивает выходное напряжение 9 В. Конденсаторы типа К50-6 можно заменить на конденсаторы типов К50-12, К50-16, К50-20, К50-24; резисторы типа МЛТ — на МТ, ВС, ВСа, С1-4, С2-8; можно применить транзисторы VT2 типов КТ361А, КТ208А, КТ208Б, КТ209А, ГТ404А, ГТ603Б, КТ603В, КТ608А; вместо ИМС К561ТЛЗ можно применить микросхемы типов К561ТЛ1, К561ЛА7, но при этом необходимо внести в схему несущественные изменения.

Следует сказать несколько слов о конструировании устройства. Монтаж комплектующих ЭРЭ целесообразно выполнить навесным монтажом, пайкой припоем ПОС-61. Сетевой понижающий трансформатор и компоненты, включенные в первичную цепь, монтируются в прямоугольном корпусе. Выпрямитель, стабилизатор и емкостный фильтр лучше собрать на отдельной плате с металлизированными отверстиями. Транзисторы необходимо разместить на теплоотводах, изготовленных из алюминиевых пластинок. В свою очередь радиатор устанавливается на металлическом шасси устройства. Между плоскостью теплоотвода (радиатора) и корпусом транзистора обычно помещают изолирующую прокладку из изоляционного материала, а поверхность радиатора, прокладки и транзистора в месте их соединения смазывают специальной теплопроводящей пастой, при этом корпус транзистора оказывается электрически изолированным от шасси устройства (он должен иметь один и тот же потенциал, что и у нагрузки). Такая изоляция необходима в тех случаях, когда электрод коллектора транзистора соединен с корпусом транзистора. Если не принять указанных мер предосторожности, то может произойти короткое замыкание выпрямителя. Теплоотводящая паста обеспечивает хороший тепловой контакт корпусов транзистора и радиатора, что улучшает отвод тепла от корпуса транзистора и устраняет возможность его перегрева.

При соединении и пайке выводов электродов транзистора необходимо обратить особое внимание на точность монтажа, ошибки могут вызвать не только неправильную работу устройства, но и разрушение транзистора. Затем устанавливается на шасси трансформатор питания 77, а возле него крепится плата с выпрямительными диодами. После этого выводы вторичной обмотки трансформатора соединяются с нужными точками на плате, а выходные выводы платы подключаются к внешним клеммам устройства, установленным на корпусе таймера. После тщательного осмотра соединений можно приступать к технологическим операциям проверки работоспособности первой части устройства, а именно выпрямителя и стабилизатора напряжения. Особое внимание необходимо уделить монтажу ИМС DA1. Мощность электропаяльника не должна превышать 40—50 Вт, температура жала паяльника должна регулироваться в пределах от 150 до 250 °С. Такое же внимание следует уделять пайке транзисторов и диодов.

Для проверки выходного напряжения к выходным клеммам подключается вольтметр постоянного тока со шкалой, позволяющей измерять напряжение в пределах от 0 до 30 В. Если выходное напряжение равно нулю после включения в сеть и замыкания контактов переключателя S1, необходимо сразу же отключить устройство от сети и проверить целостность плавкого предохранителя. Перегорание предохранителя свидетельствует о серьезной ошибке в монтаже. Надо тщательно проверить сначала соединения на стороне первичной обмотки трансформатора, а затем вторичной. Далее проверить правильность соединений диодов в выпрямителе и подключения электродов транзистора, обратить внимание на соблюдение необходимой полярности соединения электродов конденсаторов и стабилитрона. Найдя ошибки в соединениях монтажа, внести соответствующие поправки, заменить предохранитель и вновь включить устройство в сеть. Если теперь вольтметр показывает нужное напряжение, то надо перейти к проверке следующих цепей. Дополнительно необходимо проверить напряжение на конденсаторе С/ при отключенном стабилизаторе напряжения. Наличие постоянного напряжения, равного 16—19 В, свидетельствует о том, что нестабилизированная часть устройства функционирует нормально, а неисправность следует искать в последующих цепях. В первую очередь надо проверить транзистор VT1 и стабилитрон VD5.

Основным правилом" является абсолютная уверенность в безошибочности монтажа перед включением устройства в сеть, так как во всех случаях ошибки монтажа могут вывести из строя дорогостоящие компоненты. Поэтому совершенно обязательно быть внимательным при сборке и монтаже, чтобы предотвратить возможные ошибки.

Налаживание и регулировка таймерного устройства сводятся к проверке состояний триггеров до и после включения контактов переключателя S2. В случае необходимости время, в течение которого нагрузка находится во включенном состоянии, можно скорректировать подбором конденсатора СЗ.

Если при проверке устройства показания вольтметра будут носить колебательный характер или выходное напряжение в точках А и Б будет заметно отличаться от установленного 9 В в большую или меньшую сторону, то существует вероятность того, что неисправен стабилитрон. Естественно, при этом предполагается, что выпрямитель функционирует нормально. Отличие выходного напряжения от требуемого уровня может также свидетельствовать о неисправности сетевого понижающего трансформатора питания 77, о сбоях в режиме работы регулирующего транзистора VT1 и о ряде других довольно редких ошибок в работе устройства.

Внимательно рассмотрев рекомендации по устранению возможных неисправностей и ошибок, радиолюбитель сможет самостоятельно решить возникающие проблемы. Аккуратность при сборке и осуществление необходимого контроля за правильностью соединений перед включением позволяют надеяться, что устройство сразу будет работать нормально.

После того как проверены все цепи и выставлено рас- счетное напряжение на выходе, устройство можно подключать к нагрузке и начинать эксплуатацию. Если радиолюбитель намеревается использовать устройство для работы с радиоприемником, магнитофоном, магнитолой и т. п., то для подключения его к подобным электронным схемам целесообразно использовать двухпроводный кабель, снабженный одним из многочисленных соединителей. В любом случае следует остерегаться коротких замыканий и перегрузок, которые могут привести к перегоранию предохранителя FJt но скорее всего придется при этом заменить и регулирующий транзистор VT1, который, как и трансформатор, является наиболее дорогостоящим ЭРЭ. Это один из главных недостатков источников питания со стабилизаторами напряжения. Компенсационные последовательные стабилизаторы без принятия специальных мер критичны к перегрузкам по току и коротким замыканиям на выходе.

Следует всегда проверять, не перегревается ли транзистор VT1. Если в процессе эксплуатации регулирующий транзистор VT1 перегревается или выходит из строя, то причиной может быть слишком большое потребление тока нагрузкой. При нормальном режиме работы нагрузки перегрев может быть вызван недостаточно большой тепло- отводящей поверхностью радиатора. Увеличить теплоот- водящую поверхность можно, применив готовый радиатор с ребрами. Можно также использовать транзистор с большей выходной мощностью. Все эти меры могут дать хороший результат только в том случае, если существует плотный тепловой контакт между корпусом транзистора и радиатором. Если по каким-либо причинам этот контакт нарушен, неизбежен перегрев транзистора при перегрузках и, как следствие, выход его из строя, особенно при работе с выходным током, близким к максимально допустимому.

Выпрямитель и стабилизатор напряжения обладают высокой степенью универсальности. Применив стабилитрон VD5 с более низким значением выходного напряжения, например в пределах от 5 до 8 В или до 12 В, необходимо одновременно уменьшить потребляемый ток. Последнее значение является верхним пределом выходного напряжения в данном устройстве, и дальнейшее его увеличение может привести к заметному уменьшению напряжения между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора VT1, что ухудшает качество стабилизации. Для получения выходного напряжения более высокого уровня необходимо увеличить мощность трансформатора и применить другой транзистор.

Техническая характеристика

электронного таймерного устройства на одной микросхеме

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В ……………………………….  110, 127, 220

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц ……………………………… 50

Пределы изменения напряжения питающей сети

переменного тока, %, не более …………………. +10…—15

Пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, %           +1…— 1

Напряжение переменного тока на выходных обмотках

сетевого трансформатора 77, В:

It и 12…………………………………………………………… 4

13 и 14……………………………………………………….. 4,3

15 и 16……………………………………………………….. 6,3

17 и 18……………………………………………………….. 6,3

19 и 20……………………………………………………… 0,72

21 и 22……………………………………………………….. 0,72

Ток вторичной обмотки трансформатора, А,

не менее……………………………………………….. 1,4

Напряжение постоянного тока на выходе

выпрямителя в режиме холостого хода, В…….. 18

Номинальное выходное стабилизированное

напряжение в точках А и Б, В ……………………. 9

Напряжение постоянного тока на входных клеммах

нагрузки, В……………………………………………. 9

Максимальный ток нагрузки, мА…………………… 400

Номинальный ток нагрузки, мА…………………….. 250

Время пуска таймерного устройства, с ………….. 2

Время работы таймера при эксплуатации

под нагрузкой, мин…………………………………. до 30

Сопротивление изоляции токоведущих проводников между собой и между проводником

и корпусом, МОм, не менее ………………………. 10

Помехозащищенность устройства при воздействии внешнего электромагнитного

или магнитного полей, дБ, не менее……………. 120

Срок службы устройства, ч, не менее…………….. 5000

Вероятность безотказной работы при риске 0,9… 0,89

Кпд, %, не менее ………………………………………. 95

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, °С…………………… — 20…+40

относительная влажность воздуха при температуре

окружающей среды, %, не менее……………………… 95 +3

пониженное атмосферное давление, кПа…………….. 400

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты