Transistorverzögerung

Ich versuche, einen Alarm für eine Gefriertruhe auszulösen, damit nach etwa einer Minute ein Alarm ertönt, wenn die Tür offen bleibt.

Ich habe etwas Ähnliches wie im folgenden Schema. Wenn der Schalter offen ist, beginnt sich der Kondensator über die Basis des Transistors zu entladen, aber ich habe die LED parallel zum Transistor, sodass die LED beim Entladen des Kondensators aufleuchtet. Dies funktioniert gut, aber ich kann die Verzögerung nicht lange genug machen. Wenn ich den Kondensatorwert oder den Basiswiderstand des Transistors erhöhe, ist die Verzögerungszeit länger. Da sich der Kondensator jedoch langsamer entlädt, wird die LED / der Alarm allmählich ausgeblendet, was ich nicht wirklich möchte. Ich möchte, dass der Alarm / die LED so plötzlich wie möglich aufleuchtet.

Gibt es eine Möglichkeit für mich, die Verzögerung zu erhöhen, aber den Alarm relativ plötzlich einzuschalten?

Als Fußnote möchte ich keine ICs verwenden (dh den 555-Timer)

Sie laden den Kondensator direkt von der Batterie auf. Die Ladezeit bezieht sich also auf das Produkt RC, wobei R nur der Innenwiderstand der Batterie ist.

Versuchen Sie so etwas:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Hier habe ich den Basiswiderstand so aufgeteilt, dass der Kondensator zu einem großen Teil aufgeladen wird.

Dies erreicht nicht nur das Ziel, das Laden des Widerstands zu verlangsamen, sondern hat auch einen weiteren Nebeneffekt. Wenn der Schalter losgelassen wird, entlädt sich C1 über einen Widerstand von nur 1 K in die Basis des Transistors, was zu einer Entladung führt, die viel schneller als die Ladung ist. Wir können diesen Widerstand nicht zu klein machen, weil wir den BE-Übergang des Transistors vor dem Entladungsstrom schützen müssen.

In der Simulation beginnt der LED-Strom bei ungefähr 1,5 Sekunden aufzubauen und erreicht ein Maximum bei ungefähr 1,8. Das ist also offensichtlich kein plötzliches Einschalten. Das Einschalten nimmt jedoch mit schnelleren Verzögerungen zu.

Für ein schnelleres Einschalten müssen wir eine weitere Transistorstufe hinzufügen. Die folgende Schaltung hat eine ähnliche Zeitverzögerung wie die obige, aber der LED-Strom steigt schneller über eine Spanne von etwa 70 ms an.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Für längere Zeiten mit schnellem Einschalten benötigen wir mehr Verstärkung. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den Lastwiderstand durch eine aktive Last zu ersetzen. Nach einer LTSpice-Simulation dieser Schaltung wird eine Verzögerung von 55 s generiert, bei der die LED in einem Intervall von etwa einer Viertelsekunde hochfährt. Diese Grafik zeigt die Aufladung des Kondensators (blau) gegenüber dem LED-Strom (grün):

Es wird jedoch komplizierter als bei einigen IC-basierten Lösungen. Dieser Ansatz ist gut, um das Hobby-Ego zu befriedigen. ("Ich habe es mit diskreten Komponenten gemacht, keine dieser einfach zu bedienenden Operationsverstärker- oder Timer-ICs, und sieh mal, es gibt sogar einen aktuellen Spiegel und so!")

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Können wir ein paar kleine Änderungen vornehmen, damit wir den großen Ladewiderstand nicht benötigen und einen kleineren Kondensator verwenden können? Ja! Hier ist ein Weg. Wir können den Transistor Q1 anheben, um eine höhere Einschaltspannung an der Basis zu erzielen, indem wir eine Zenerdiode in den Emitter einsetzen, beispielsweise 8,2V. Dann geben uns ein 100K Ladewiderstand und ein 470uF Kondensator etwas mehr als eine Minute. Durch Erhöhen der Spannung, die der Kondensator entwickeln muss, können wir eine größere Verzögerung für dieselben RC-Werte erzielen.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Entweder erhöhen Sie den Kondensator, der bereits etwas größer wird, oder Sie verringern den Basisstrom des Transistors. Die zweite Möglichkeit besteht darin, den BC547 gegen einen BC516, ein sogenanntes Darlington-Paar, auszutauschen , auszutauschen und den Widerstand von 33k auf 1M zu erhöhen. Dies erhöht das Timeout.

Das andere Problem, das Sie erwähnen, das langsame Fading, lässt sich am besten mit einem Schmitt-Trigger lösen .

Für lange Auszeiten wie diese sind andere Lösungen besser geeignet, aber Sie müssen zu ICs wechseln, um die Komplexität gering zu halten.

Um die LED schärfer einzuschalten, müssen Sie die Verstärkung der Schaltung erhöhen. Für diejenigen, die ICs verwenden, würde eine Komparatorschaltung verwendet, um die Kondensatorspannung mit einem Referenzpegel zu vergleichen. Sobald die Schwelle überschritten wurde, führt die sehr hohe Verstärkung des Komparators dazu, dass sich der Ausgang schnell ändert und Ihre Alarm-LED aufleuchtet.

Da Sie bei einfacheren diskreten Bauteilen bleiben möchten, besteht der nächst einfachere Ansatz für Sie, die Verstärkung Ihrer Schaltung zu erhöhen, darin, zwei NPN-Transistoren in einer Darlington-Konfiguration zu verbinden. Darlington-Schaltungen sättigen den Ausgangstransistor nicht vollständig. Sie müssten daher den Widerstand in Reihe mit der LED einstellen, um die gleiche LED-Helligkeit zu erzielen.

Ich werde in Kürze ein geändertes Bild für Sie veröffentlichen.

Wenn Sie einen MOSFET verwenden und den Widerstand von Gate zu Masse legen

• Das MOSFET-Gate zieht überhaupt KEINEN Strom (den Sie erkennen können)

• Die Spannungsabfallzeitkonstante basiert jetzt vollständig auf RC.

• Das Ausschalten erfolgt, wenn Vcap auf den MOSFET Vgs_threshold abfällt.
  (Weitere nützliche Dinge zum Lernen :-)).

Stellen Sie sicher, dass MOSFET Vgs_max> 12V ist. Viele sind ungefähr 20V. Einige sind niedriger.

Beachten Sie, dass die Kondensatorleckage bei einer 1000-uF-Kappe für größere R-Entladungswerte erheblich sein kann.

Eine 10-uF-Tantalkappe und ein 1-M-Widerstand haben jedoch eine Zeitkonstante von 10 s, sodass eine Verzögerung von mehr als 20 Sekunden wahrscheinlich ist. Eine elektrolytische Kappe von 47 uF und 1M KÖNNEN funktionieren.

Wenn ein IC akzeptabel war, werden Sie es lieben, was Sie mit einem CD 4060 im selbstoszillierenden Modus erreichen können - siehe Abb. 12..