Простейшее реле времени можно собрать всего на одном транзисторе:
После подачи питания на схему конденсатор начинает заряжаться через резистор и когда напряжение на нем достигнет примерно 0,6В транзистор откроется. Нам нужно получить в нагрузке ток около 10мА. Из напряжения питания вычитаем падение напряжения на светодиоде(~2,5В) и напряжение насыщения коллектор-эмиттер(~0,1В), делим полученное напряжение на сопротивление резистора R2(1кОм) и получаем ток 9,4мА. Полученный ток делим на минимальное значение коэффициента передачи тока для C1815Y (120) и получаем минимальный базовый ток 78мкА. Теперь от напряжения питания отнимаем падение напряжения на переходе база-эмиттер, делим полученное напряжение на минимальный ток базы и находим максимальное сопротивление резистора R1. Получилось 146кОм. Возьмем меньшее значение - 130кОм. Теперь нужно подобрать конденсатор под нужное время задержки. Я взял самый большой что у меня был - 4700мкФ. С ним задержка получилась около 25 секунд. Светодиод начинает плавно зажигаться при напряжении на конденсаторе 0,4В и достигает максимальной яркости при напряжении 0,7В. Напряжение на конденсаторе удерживается на уровне 0,7В, почти весь ток резистора R1 течет через базу транзистора.
Существенно увеличить время задержки можно применив пороговое устройство, например триггер Шмитта.
Постоянная времени заряда конденсатора, равная произведению емкости и сопротивления, показывает время, через которое конденсатор зарядится до 63% от напряжения питания. Поэтому для удобства расчета времени порог срабатывания триггера также выбирается в 63% от напряжения питания. Если еще взять времязадающий резистор в 1МОм, то время работы реле в секундах станет примерно равно емкости выбранного конденсатора в микрофарадах.
Напряжение на конденсаторе через время t определяется по формуле:
U = Uc + (U - Uc) * (1 - e ( - t / (R * C) ))
где:
- Uc - начальное напряжение на конденсаторе;
- U - напряжение питания;
- e - математическая константа, примерно равная 2,718;
- t - время в секундах;
- R - сопротивление в Омах;
- C - емкость в Фарадах;
Нас интересует время, через которое напряжение на конденсаторе станет равным порогу срабатывания триггера. R и C известны, остается найти время:
t = - ln (1 – Uc/Uпит) * RC
При напряжении питания 12В, пороге срабатывания 8В, конденсаторе 3300мкФ и сопротивлении 6,7Мом время разряда:
t = - ln (1 – 8/12) * 6700000 * 0.0033 = 1,0985 * 6700000 * 0.0033 = 24289с ~ 6,74ч
Время горения светодиода при указанных на схеме номиналах примерно совпало с расчетным и составило 6,5 часов. Следует иметь в виду, что подключенный к конденсатору вольтметр может увеличить время его заряда. Для быстрой проверки порогов срабатывания можно добавить резистор 2-10кОм к плюсу конденсатора, и соединять его с общим проводом или с питанием для быстрого разряда/заряда. Если нужна задержка более 6-ти часов лучше воспользоваться цифровым способом отсчета времени.
После подачи питания светодиод зажигается, транзистор Q1 закрыт, так как почти весь ток резистора R1 протекает через разряженный конденсатор. По мере заряда конденсатора ток через него уменьшается а ток базы транзистора Q1, наоборот увеличивается. Как только напряжение на конденсаторе станет равным порогу переключения триггер переключиться: Q1 откроется, а Q2 закроется, светодиод погаснет. Конденсатор довольно быстро разрядится через резистор R4. Чтобы перезапустить реле достаточно чтобы напряжение на конденсаторе снизилось всего на 3-4мВ. Тут возникают опасения что реле может самопроизвольно включиться после отработки, ведь электролитические конденсаторы не обладают особой стабильностью параметров. Тестировал пока в комнатных условиях: за 10 часов ложных срабатываний не было. Скоро протестирую ее в реальных условиях в теплице, где будут значительные колебания температуры.
1073
