Opóźnienie tranzystora

14

Próbuję zrobić alarm dla zamrażarki, aby po otwarciu drzwi po około minucie zabrzmiał alarm.

Mam coś podobnego do schematu poniżej. Gdy przełącznik jest otwarty, kondensator zaczyna rozładowywać się przez podstawę tranzystora, ale mam diodę LED równolegle do tranzystora, więc gdy kondensator jest rozładowany, dioda LED się włącza. Działa to dobrze, ale nie mogę wystarczająco długo opóźnić. Jeśli zwiększę wartość kondensatora lub rezystora bazowego tranzystorów, czas opóźnienia będzie dłuższy, jednak ponieważ kondensator rozładowuje się wolniej, dioda LED / Alarm stopniowo gasną, na co tak naprawdę nie chcę. Chciałbym, aby alarm / dioda LED zaświeciła się tak szybko, jak to możliwe.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Czy istnieje sposób, aby zwiększyć opóźnienie, ale włączyć alarm stosunkowo szybko?

Jako przypis nie chcę używać żadnych układów scalonych (tj. Timera 555)

transistors capacitor delay vimist
źródło
2
Dlaczego nie chcesz użyć IC? Gdybym był instalatorem opon, a klient powiedział mi, że nie chce opon gumowych itp. Itp.
Andy aka
1
Dla jednominutowego opóźnienia powinieneś użyć IC, czy chcesz, czy nie. Jeśli nie zaakceptujesz odpowiedzi, które używają układów scalonych, należy to zamknąć jako „zbyt zlokalizowane”, ponieważ nie będzie to pomocne dla przyszłych czytelników.
Photon
7
Powodem, dla którego nie chcę używać układu scalonego, jest to, że samo podłączenie czegoś, co wykonał ktoś inny, nie pomaga mi zrozumieć, jak właściwie stworzyć licznik czasu.
vimist
11
@ThePhoton - jeśli MUSISZ zaakceptować odpowiedzi IC, MUSISZ również słuchać Olin i zawsze używać mikrokontrolera. Chociaż oba rozwiązania mają swoje zalety, ograniczenie się do określonego podzbioru ogólnie możliwych rozwiązań z dobrych względów w świecie rzeczywistym lub jako ćwiczenie edukacyjne, jest całkowicie uzasadnionym podejściem.
Russell McMahon
2
W rzeczywistości po wymianie przycisku i kondensatora uzyskasz ten sam wynik. Bardziej podoba mi się dioda LED połączona szeregowo z tranzystorem z punktu widzenia wydajności.
jippie

Odpowiedzi:

19

Ładujesz kondensator bezpośrednio z akumulatora. Czas ładowania jest więc związany z produktem RC, gdzie R jest tylko wewnętrzną rezystancją akumulatora.

Wypróbuj coś takiego:

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Tutaj podzieliłem rezystancję podstawową, aby kondensator był ładowany przez dużą jego część.

To nie tylko osiąga cel spowolnienia ładowania rezystora, ale ma także inną zaletę. Po zwolnieniu przełącznika C1 rozładowuje się do podstawy tranzystora jedynie przez rezystancję 1K, co powoduje rozładowanie, które jest znacznie szybsze niż ładunek. Nie możemy uczynić tego rezystora zbyt małym, ponieważ musimy chronić złącze BE tranzystora przed prądem rozładowania.

W symulacji prąd LED zaczyna wytwarzać się po około 1,5 sekundy i osiąga maksimum po około 1,8. Oczywiście nie jest to nagłe podniecenie. Ale włączenie wzrasta wraz z szybszymi opóźnieniami.

Aby przyspieszyć włączenie, musimy dodać kolejny stopień tranzystora. Kolejny obwód ma podobne opóźnienie czasowe do powyższego, ale prąd diody LED rośnie szybciej, w zakresie około 70 ms.

schematyczny

zasymuluj ten obwód

W przypadku dłuższych czasów z szybkim włączaniem potrzebujemy więcej korzyści. Jednym ze sposobów jest zastąpienie rezystora obciążenia aktywnym obciążeniem. Zgodnie z symulacją LTSpice tego obwodu, generuje opóźnienie 55 s, w którym to momencie dioda LED rośnie w odstępie około kwadransa. Ten wykres pokazuje ładowanie kondensatora (niebieski) w porównaniu do prądu LED (zielony):

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jest jednak coraz bardziej skomplikowane niż niektóre rozwiązania oparte na układach scalonych. Takie podejście jest dobre dla zaspokojenia ego hobbystów. („Zrobiłem to z dyskretnymi komponentami, z których żaden z tych łatwych w użyciu układów scalonych wzmacniacza operacyjnego lub timera nie jest, i spójrz, jest nawet aktualne lustro i tak dalej!”)

schematyczny

zasymuluj ten obwód

Czy możemy wprowadzić niewielkie zmiany, aby nie potrzebować ogromnego rezystora ładującego, i możemy użyć mniejszego kondensatora? Tak! Oto jeden sposób. Możemy podnieść tranzystor Q1, aby w bazie było wyższe napięcie włączające, umieszczając diodę Zenera w emiterze, powiedzmy 8,2 V. Następnie rezystor ładujący 100K i kondensator 470uF dają nam nieco ponad minutę. Podnosząc napięcie, które kondensator musi wytworzyć, możemy uzyskać większe opóźnienie dla tych samych wartości RC.

schematyczny

zasymuluj ten obwód

Kaz
źródło
Dzięki za odpowiedź, Kaz, ale szukam opóźnienia około 1 minuty, jeśli jest możliwe dostosowanie schematu do tego?
vimist
To trudne Każdy wzrost czasu z większym R1 i C1 również zwiększa czas włączenia. Na przykład, jeśli sprawimy, że R1 stanie się megahmem, dostaniemy się do pola minutowego opóźnienia, ale dioda LED rośnie w ciągu kilku sekund. Potrzebujemy więcej korzyści, aby skrócić ten czas włączenia.
Kaz
Wow, dzięki za poświęcony czas na odpowiedź! Wygląda na to, że jest to właściwa droga. Mam nadzieję, że będę mógł lepiej zrozumieć, co się dzieje, jeśli zacznę się z tym bawić. Dzięki!!
vimist
2

Albo zwiększysz kondensator, który już robi się nieco duży, albo zmniejszysz prąd podstawowy tranzystora. Drugą opcję można osiągnąć, zmieniając BC547 na BC516, tak zwaną „ parę Darlingtona ” i zwiększając rezystor 33k do 1M. Zwiększy to limit czasu.

Drugi problem, o którym wspominasz, powolne zanikanie, najlepiej można rozwiązać za pomocą spustu Schmitta .

W przypadku dłuższych limitów czasu takie inne rozwiązania są lepiej dopasowane, ale musisz przejść do układów scalonych, aby zmniejszyć złożoność.

jippie
źródło
Dzięki za odpowiedzi. Zastanawiałem się nad zrobieniem czegoś takiego, jednak tylko wzmacnia to problem stopniowego zanikania alarmu / diody LED. Więc w ten sposób działa, chciałbym, żeby alarm nagle się pojawił. Czy było to do włączenia?
vimist
Zaktualizowano z wyzwalaczem Schmitta, istnieją dwa schematy obwodów z wykorzystaniem elementów dyskretnych (nie-IC).
jippie
1

Aby uzyskać ostrzejsze włączenie diody LED, musisz zwiększyć wzmocnienie obwodu. Dla tych, którzy używają układów scalonych, obwód porównawczy zostałby zastosowany do porównania napięcia kondensatora z poziomem odniesienia. Po przekroczeniu progu bardzo wysokie wzmocnienie komparatora spowodowałoby szybką zmianę mocy wyjściowej i zapalenie diody LED alarmu.

Ponieważ chcesz pozostać przy prostszych elementach dyskretnych, następnym najprostszym sposobem na zwiększenie wzmocnienia obwodu byłoby podłączenie dwóch tranzystorów NPN w konfiguracji Darlingtona. Obwody Darlingtona nie nasycą w pełni tranzystora wyjściowego, dlatego należy ustawić rezystor szeregowo z diodą LED, aby uzyskać tę samą jasność diody LED.

Za chwilę opublikuję dla ciebie zmodyfikowane zdjęcie.

Michael Karas
źródło
1

Jeśli korzystasz z MOSFET i umieścisz rezystor od bramki do ziemi

  • Brama MOSFET w ogóle nie pobiera prądu (co można wykryć)

  • Stała czasowa zaniku napięcia jest teraz całkowicie oparta na RC.

  • Wyłączenie następuje, gdy Vcap spadnie do poziomu MOSFET Vgs_threshold.
    (Więcej przydatnych rzeczy do nauczenia :-)).

Upewnij się, że MOSFET Vgs_max wynosi> 12V. Wiele z nich ma napięcie około 20 V. Niektóre są niższe.

Należy zauważyć, że upływ prądu kondensatora dla czapki 1000 uF może być znaczący dla większych wartości rozładowania R.

Jednak czapka tantalu 10 uF i rezystor 1M mają stałą czasową 10 s, więc prawdopodobnie dają ponad 20 sekund opóźnienia. Korek elektrolityczny 47 uF i 1 MOGĄ działać.

Jeśli układ scalony byłby akceptowalny, pokochasz to, co możesz osiągnąć dzięki CD 4060 w trybie samooscylacji - patrz rys. 12..

Russell McMahon
źródło
Opcja MOSFET może nie być wystarczająco „porywająca”, jeśli chodzi o szybkie włączanie / wyłączanie, ale w rzeczywistości stanowi dobrą alternatywę dla Darlington.
jippie