Принцип работы аналоговых схем задержки включения/выключения нагрузки основан на заряде/разряде конденсатора большой емкости через резистор большого сопротивления. Чем больше емкость и больше сопротивление тем больше задержка. Но бесконечно увеличивать емкость и сопротивление нельзя. Конденсатор просто перестанет заряжаться из за наличия тока утечки.
Для длительных интервалов времени лучше подходит цифровой способ подсчета времени. Генератор вырабатывает импульсы, а для получения нужной задержки применяется счетчик импульсов(делитель частоты), который реализуется на триггерах.
Микросхема CD4541 является программируемым таймером. Она содержит в себе мультивибратор, и счетчик с изменяемым коэффициентом деления. Может работать от внешнего генератора импульсов или от внутреннего мультивибратора, частота которого задается резистором и конденсатором.
Распиновка микросхемы CD4541BE:
| Вход A (12) | Вход B (13) | Разрядность | Коэффициент деления |
| 0 | 0 | 13 | 8192 |
| 0 | 1 | 10 | 1024 |
| 1 | 0 | 8 | 256 |
| 1 | 1 | 8 | 65536 |
| Вход | Логический уровень | |
| Низкий (0) | Высокий (1) | |
| 5 | Автосброс включен. Отсчет начинается после подачи питания | Автосброс выключен. Отсчет начнется после подачи лог. 1 на вход 6 |
| 6 | Ручной сброс таймера по кнопке(при появлении на этом входе лог. 1) | |
| 9 | После начала остчета на выходе будет лог. 0 | После начала остчета на выходе будет лог. 1 |
| 10 | Режим одновибратора | Режим мультивибратора |
К первому выводу подключается резистор Rtc, ко второму выводу конденсатор Ctc. От них зависит частота колебаний встроенного мультивибратора. Резистор подключенный к третьему выводу берут в 2 раза больше резистора Rtc. Внутри микросхемы мультивибратор реализован так:
Частота колебаний мультивибратора определяется по формуле:
F = 1 / (2.3 * Rtc * Ctc)
Для конденсатора 470n и резистора 470кОм:
F = 1 / (2.3 * 470000 * 0,00000047) = 1,97 Гц
Время работы таймера определяется выбранным коэффициентом деления счетчика. Для его нахождения выбранный коэффициент деления делят на два и затем полученное число делят на частоту мультивибратора. Для коэффициента деления 256 и частоты 1,97Гц время работы составит около минуты:
t = 256 / 2 / 1,97 = 65c
Частоту колебаний мультивибратора можно измерить на 3ем выводе микросхемы. Сюда же можно подавать сигнал с внешнего генератора. Схема таймера очень простая:
К выводам 1-3 подключаются элементы мультивибратора. Вывод 5 отвечает за автоматический запуск таймера после подачи питания. Если он соединен с минусом, таймер запустится после подачи питания, если соединить его с плюсом - таймер нужно будет запускать нажатием кнопки сброса, которая подключается к выводу 6. Если на этом выводе появится высокий уровень таймер сбросится. Если ручной сброс не нужен вывод 6 соединяют с минусом. 7 вывод микросхемы - минус питания.
На выводе 8 происходит перепад уровня сигнала после отработки таймера. Начальное состояние этого сигнала(высокий или низкий уровень) задается выводом 9. Если 9й вывод соединен с минусом, как на схеме, на выводе 8 будет низкий уровень после начала отсчета(светодиод горит) и высокий уровень после завершения отсчета.
Вывод 10 задает режим одновибратора, если соединен с минусом. При этом таймер сработает только один раз. Если соединить вывод 10 с плюсом - на выходе будут колебания с частотой равной частоте мультивибратора деленной на 2 и на коэффициент деления счетчика. То есть микросхему можно использовать как делитель частоты.
Уровни напряжения на выводах 12 и 13 задают коэффициент деления счетчика. На схеме вывод 12 соединен с плюсом(1) а вывод 13 с минусом(0), коэффициент деления согласно таблицы истинности приведенной выше равен 256. Очень удобно при настройке таймера на длительное время устанавливать сначала маленький коэффициент деления, чтобы не ждать часами отработки таймера. Если соединить вывод 13 микросхемы с плюсом, то время работы таймера возрастет в 256раз.
Замерил длительность работы таймера с конденсатором 470n при различных значениях сопротивления R1 и коэффициенте деления 256. Время работы для других коэффициентов деления получил простым перемножением. Получилась вот такая таблица:
| 256 | 1024 | 8192 | 65536 | |
| 22k | 0:00:03 | 0:00:12 | 0:01:36 | 0:12:48 |
| 47k | 0:00:06 | 0:00:24 | 0:03:12 | 0:25:36 |
| 100k | 0:00:13 | 0:00:52 | 0:06:56 | 0:55:28 |
| 220k | 0:00:29 | 0:01:56 | 0:15:28 | 2:03:44 |
| 470k | 0:01:00 | 0:04:09 | 0:32:00 | 4:16:00 |
| 1M | 0:02:03 | 0:08:12 | 1:05:36 | 8:44:48 |
| 2M | 0:04:04 | 0:16:16 | 2:10:08 | 17:21:04 |
| 3M | 0:06:01 | 0:24:04 | 3:12:32 | 25:40:16 |
| 4,9M | 0:09:26 | 0:37:44 | 5:01:52 | 40:14:56 |
| 9,8M | 0:17:48 | 1:11:12 | 9:29:36 | 75:56:48 |
Микросхема CD4541 состоит из кмоп структур и поэтому чувствительна к статическому электричеству. Паять лучше выключенным из сети паяльником. А еще лучше использовать панельку под микросхему и вставлять ее в уже запаянную схему.
Вот так можно подключить к выходу механическое реле:
При использовании реле есть риск сброса таймера в момент срабатывания реле из-за проседания напряжения питания. Цепь R6C2 и конденсатор C3 должны решить эту проблему, но на практике я эту схему не проверял.
Ну и еще одна схема, ее тоже не проверял, но в теории должна работать:
Если не хватает времени задержки одной микросхемы, можно применить последовательное соединение двух микросхем. Микросхема U1 работает как мультивибратор(10й вывод к плюсу) со сверхнизкой частотой колебаний. Эти колебания подаются на вход микросхемы U2, которая работает как одновибратор. Если взять конденсатор 470n и резистор 470k, а коэффициент деления обоих микросхем выбрать максимальным(65536), то время работы такого таймера будет более 17лет!
4316
