Foxiss Простой таймер длительных интервалов позволяет включать или выключать практически любое электрическое устройство по истечении заданного времени. Этот небольшой проект представляет собой полностью аналоговую схему — схеме не нужен микроконтроллер или какие-либо другие цифровые микросхемы. При этом достигаемые временные интервалы действительно впечатляют для такого простого решения.
Если возникает необходимость управлять устройством большой мощности, например, электрической плитой, достаточно применить реле с соответствующей нагрузочной способностью контактов и провода соответствующего сечения со стороны исполнительной части таймера.
Конструкция и работа простой таймер длительных интервалов
Принципиальная схема простой таймер длительных интервалов показана на рисунке.
В этой схеме использованы: сетевой трансформатор X1, диодный мост BR1, интегральный стабилизатор напряжения 12 В типа LM7812 (IC1), сдвоенный операционный усилитель LM358 (IC2), транзистор BC547 (T1), реле с SPDT-контактами и катушкой на 12 В, один диод 1N4007 (D1), сигнальный диод 1N4148 (D2), два светодиода (LED1 и LED2), а также несколько недорогих резисторов и конденсаторов.
Ключевым элементом таймера является операционный усилитель LM358. В нём используются оба операционных усилителя, один работает в качестве источника тока, а второй — как аналоговый компаратор. Отсчёт времени происходит в цепи конденсатора большой ёмкости, заряжаемого постоянным током.
Конденсатор выполняет роль интегрирующего элемента, на котором напряжение линейно возрастает с течением времени. Схема питается напряжением 12 В постоянного тока, получаемым от традиционного линейного источника питания.
Сетевое переменное напряжение понижается трансформатором X1, затем выпрямляется диодным мостом BR1, состоящим из четырёх диодов, и сглаживается конденсатором C1. Выпрямленное постоянное напряжение подаётся на стабилизатор LM7812, на выходе которого мы получаем чистое и хорошо стабилизированное постоянное напряжение. Невысокий КПД такого источника питания не является проблемой, поскольку таймер потребляет лишь небольшой ток.
Операционный усилитель IC2A сконфигурирован для усиления с единичным коэффициентом, то есть работает в качестве повторителя напряжения. Такой режим работы обеспечивает большую отрицательную обратную связь внутри этого усилителя. Его задача — не усиливать сигнал, а выполнять роль «трансформатора импеданса» — цепи с очень высоким входным и низким выходным сопротивлением.
Таким образом, он воспроизводит значение контролируемого напряжения, не нагружая высокоомный источник. Буфер воспроизводит на выходе IC2A напряжение с конденсатора C3, сохраняя возможность как отдавать, так и потреблять ток. Между выходом этого усилителя и узлом, обозначенным на схеме как J, включён стабилитрон с пороговым напряжением 2,2 В.
При этом резистор R1 имеет значительно меньшее сопротивление, чем R2. В результате только часть тока с R1 поступает в R2, а его избыток поглощается выходом операционного усилителя IC2A. Таким образом реализуется источник тока – напряжение на R2 поддерживается на постоянном уровне, равном напряжению стабилитрона ZD1.
Конденсатор C3 медленно заряжается током, протекающим через R2, благодаря чему нарастание напряжения на C3 имеет линейный характер. Наклон этого фронта определяется ёмкостью C3 и выходным током источника тока, который можно легко вычислить как отношение напряжения ZD1 к сопротивлению R2, то есть 2,2V : 2,2МОм = 1 мкА.
Напряжение с C3 контролируется и сравнивается с постоянным уровнем, установленным потенциометром VR1. Поскольку ток заряда C3 очень мал, контроль напряжения должен осуществляться цепью с очень высоким входным сопротивлением – такое обеспечивает неинвертирующий вход операционного усилителя LM358. Дополнительно на этом входе применён резистор R4 (100 кОм), влияние которого на работу схемы, пренебрежимо мало.
Усилитель IC2B работает как компаратор в стандартном включении. Когда напряжение на его неинвертирующем входе превышает уровень, установленный потенциометром VR1, выход меняет состояние с низкого на высокий, что открывает транзистор T1, а тот, в свою очередь, включает реле RL1.
Время задержки между обнулением напряжения на C3 и включением реле пропорционально напряжению, установленному потенциометром, благодаря чему шкалу VR1 можно проградуировать в единицах времени. В схеме также применены два светодиода, выполняющие функцию индикаторов. LED1 сигнализирует о наличии питания, а LED2 – об активном состоянии реле RL1.
Между выходом компаратора IC2B и базой транзистора T1 включена дополнительная цепь с диодом D2 и конденсатором C4. Её задача – сглаживать управляющее напряжение на транзисторе в случае нестабильного переключения выхода компаратора, что может происходить из-за очень медленного фронта напряжения на конденсаторе C3.
Конструкция и тестирование работы схемы
Вся схема собрана на универсальной монтажной плате размерами 10,2 см × 7,6 см. Под этот размер был подобран пластиковый корпус из ПВХ. В корпусе необходимо предусмотреть разъём CON2 для подключения нагрузки и CON1 для напряжения 230 В переменного тока, питающего таймер и исполнительное устройство (включаемое или отключаемое по истечении заданного времени).
Дополнительный переключатель S2 (типа SPDT) позволяет выбрать режим работы, «включить» или «выключить» по истечении заданного времени задержки. Запуск таймера осуществляется кнопкой S1, которая разряжает времязадающий конденсатор C3 и обеспечивает начало отсчёта времени от нулевого значения.
Конструкция схемы позволяет проградуировать потенциометр VR1 в диапазоне от 0 до 12 часов. Шкала этого потенциометра должна быть приблизительно линейной. При необходимости получения другого диапазона измерения времени схему можно легко адаптировать под индивидуальные требования, изменив значения C3, R2 и, возможно, стабилитрона ZD1.
Наличие диода D1 в коллекторной цепи транзистора T1 обязательно из-за индуктивного характера нагрузки, которой является катушка реле RL1. Отсутствие этого диода неизбежно приведёт к повреждению транзистора из-за перенапряжения, возникающего при выключении реле.
