Схема электронного реле времени на 2,2-110 минут, таймер (CD4541B)
Сейчас в радиолюбительской литературе или на радиолюбительских сайтах, если речь идет о простом таймере на основе счетчика, то это обычно CD4060. Но ведь есть и другие варианты. Например, микросхема CD4541 (или CD4541B). Микросхема CD4541B представляет собой цифровой одновибратор/мультивибратор, построенный на основе многоразрядного счетчика и RC-мультивибратора.
Микросхема CD4541
Функциональное обозначение микросхемы показано на рисунке 1. Два резистора R1, R2 и конденсатор С работают в частотозадающей цепи встроенного мультивибратора. Мультивибратор, физически, состоит из двух последовательно включенных инверторов. Вывод 3 – вход первого инвертора.
Точка соединения выхода первого инвертора и входа второго – вывод 1, а выход второго инвертора – вывод 2. Практически схема мультивибратора несколько отличается, так как есть вход для блокировки мультивибратора при установки счетчиков микросхемы в нулевое положение.
А так же при помощи триггера, когда микросхема работает как одновибратор.
Счетчик-делитель имеет только один выход, – вывод 8. Это старший выход двоичного 16-разрядного счетчика. Максимальный коэффициент деления – 65536. Всего может быть четыре значения коэффициента деления, – 256, 1024, 8192 и 65536. Выбор значения осуществляется заданием двоичного кода на выводах выбора значения, – выв.
12 (А) и 13 (В). При А=0,В=0 коэффициент деления 8192, при А=0, В=1 коэффициент деления 1024, приА=1, В=0 коэффициент деления 256, при А=1, В=1 коэффициент деления 65536. Можно выбрать только одно из этих четырех значений, суммировать их нельзя. Вход S (вывод 9) служит для выбора полярности выходных импульсов.
При нуле на нем на выходе (вывод 8) в обнуленном состоянии счетчика – логический ноль, то есть, импульсы положительные. А при единице на нем, на выходе импульсы инверсные.
Рис. 1. Функциональное обозначение микросхемы CD4541B.
Вход М (вывод 10) служит для выбора того как будет работать микросхема, – как одновибратор или как мультивибратор.
При логическом нуле на выв. 10 микросхема работает как одновибратор, то есть, после пуска выдает один импульс. В таком режиме микросхема может работать как таймер, генерирующий один интервал и останавливающийся после завершения этого интервала.
При единице на выводе 10 микросхема работает в мультивибраторном режиме, то есть, генерирует импульсы, повторяющиеся с определенной частотой. При этом, что весьма важно, импульсы строго симметричной формы. Вход AR (вывод 5) служит для автоматического обнуления счетчика.
При нуле на нем автоматическое обнуление включено, при единице – выключено.
Вход MR (вывод 6) служит для обнуления. При подаче на него единицы счетчик обнуления и держится в обнуленном состоянии столько времени, сколько присутствует единица на выводе 6. Практически он работает как вход «R» любого счетчика. Здесь же, его можно использовать и для запуска цифрового одно-вибратора, путем подачи на него запускающего импульса.
Микросхема CD4541B имеет выход повышенной мощность, – выходное сопротивление всего 100 От при напряжении питания 15V.
Вход позволяет подключать к нему до семи входов ИМС логики ТТЛ. Напряжение питания может быть от 3 до 18V.
Частота встроенного мультивибратора может быть в пределах от 10 Hz до 100 kHz. Измерять частоту импульсов мультивибратора можно на выводе 2 или 1, – это выходы логических инверторов, на которых построен мультивибратор. При этом нужно учесть, что встроенный мультивибратор работает только во время отсчета.
При работе от внешнего мультивибратора или другого источника тактовых импульсов, импульсы нужно подавать на вывод 3. При этом остальные выводы инверторов RC-мультивибратора не используются.
Принципиальная схема
На рисунке 2 показана схема таймера на одной микросхеме CD4541B, который предназначен для выключения нагрузки через заданное время.
Вывод 9 подключен к плюсу питания (на них единицы) поэтому выход инверсный, то есть, с начала работы на выходе D1 есть логическая единица. Она поступает через R6 на базу транзистора VT1.
Он открывается и включает реле К1, которое своими контактами включает нагрузку (контакты реле на схеме не показаны, – их включение зависит от схемы нагрузки).
Это состояние продолжается пока счетчик D1 считает импульсы от своего встроенного мультивибратора, а зависит это время от частоты импульсов этого мультивибратора. Частота регулируется плавно переменным резистором R1 от 10 до 500 Гц, при этом время включенного состояния нагрузки может быть установлено, в зависимости от положения R1, от 2,2 минуты до 110 минут.
Рис. 2. Принципиальная схема электронного реле времени на 2,2-110 минут, таймер на микросхеме CD4541B.
Поскольку вывод 10 соединен с общим минусом питания микросхема работает в одновибраторном режиме. Это значит, что по окончании временного интервала на выводе 8 устанавливается ноль. Транзистор VТ1 закрывается и реле выключает нагрузку. И работа счетчика на этом останавливается.
Теперь чтобы повторить выдержку нужно обнулить счетчик нажимом кнопки S1. Если нужно чтобы схема включала нагрузку после заданного времени, нужно вывод 9 микросхемы подключить к минусу питания.
Детали
Если нужно чтобы схема периодически включала и выключала нагрузку, с равными периодами включенного и выключенного состояния, нужно вывод 10 микросхемы подключить к плюсу питания.
Питается таймер от источника постоянного тока напряжением 5,5V, в качестве которого используется стандартное зарядное устройство для смартфонов.
Но источник питания может быть и другим, напряжением от 3 до 18V, при этом реле должно быть с обмоткой на соответствующее напряжение.
Выходной каскад можно сделать и по любой другой схеме, например, на оптопаре, ключевом полевом транзисторе, тиристоре или симисторе, все зависит от конкретного применения схемы.
Федотов А. Г. РК-02-18.
Цифровое реле времени на программируемом таймере CD4541
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.
| 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.
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.
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.
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!
Texas Instruments CD4541BE, программируемая схема таймера, 0,1 МГц, 14-контактный PDIP
Посмотреть корзину
Цена за штуку (в упаковке 10 шт.
)
Было 3,686 малайзийских ринггитов
Вы платите
3,096 малайзийских ринггитов
| единиц | за единицу | Пакет* | |
| 10 + | 3,096 малайзийских ринггитов | 30,96 малайзийских ринггитов | |
Деталь №:| Атрибут | Значение |
| Тип таймера | Программируемый |
| Тип корпуса | PDIP |
| Количество внутренних таймеров | 1 |
| Количество контактов | 14 |
| 0,1 МГц | |
| Минимальное рабочее напряжение питания | 3 В |
| Максимальное рабочее напряжение питания | 18 В |
| Максимальная рабочая температура | +125 °C |
| Максимальный ток покоя | 0,1 мА |
| Максимальный выходной ток низкого уровня | 12,6 мА |
| Максимальный выходной ток высокого уровня | -12,6 мА |
| Максимальное время задержки распространения при максимальной CL | 18000 нс при 5 В |
| Высота | 9 032718|
| Ширина | 6,35 мм |
| Размеры | 19.  |