Da una richiesta E-Mail che diceva: " ....un circuito, che al chiudersi di un contatto N.A. mi ecciti un relè' per un tempo regolabile dal 0.1 a 2 sec ,( e' importante che si riesca a regolare i decimi di secondo), poi a tempo scaduto si deve eccitare un altro relè' sempre regolabile da 01 a 2 sec. indipendentemente dalla durata della chiusura del contatto. " é nato il seguente progetto.

 

PRINCIPIO:

Dovendo garantire precisioni dell'ordine dei decimi di secondo, ho pensato a una regolazione visiva dei tempi di tipo numerico su display a sette segmenti.

Non volendo complicare il circuito con contatori e decodificatori a sette segmenti, ho deciso di aggirare l'ostacolo con l'uso di un DVM a 3 cifre (0-999mV) o voltmetro digitale (fondo-scala 1V).

La durata delle temporizzazioni viene impostata regolando, con un potenziometro (multi-giri), una tensione che misurata con DVM mi indica UNITÀ,DECIMI e CENTESIMI di secondo.

Per poter sfruttare questo principio ho utilizzato un generatore di rampa (carica di un condensatore a corrente costante dove T=(C*V)/Icost e comparare il livello della rampa con tensione scelta attraverso la regolazione del potenziometro.

Chiudendo il contatto (pulsante) START inizia la salita della rampa (scatta relè - inizio temporizzazione) e quando la tensione di carica raggiunge quella impostata con il potenziometro, il comparatore ferma il timer (diseccita relè - fine temporizzazione) .

FUNZIONAMENTO:

All'accensione, i FLIP-FLOP di tipo SET-RESET formati dalle porte CMOS di tipo NAND, si impostano con livello alto +Vcc sul pin 3-6 dell'U2A e livello basso sul pin 4-2; questo perché il pin 1 rimane a livello 0 per un tempo maggiore del pin 5 a causa di C5 non ancora carico. Vanno alto pure i pin 11-8 e basso i pin 10-12 di U2D-C a causa del pin 13 che resta basso piú del pin 9 essendo C6 ancora scarico.

In questo stato stabile Q3 e Q4 sono in saturazione perché Z1 e Z2, alimentati da un livello alto, sono in conduzione facendo scorrere corrente nelle basi dei transistori Q3-Q4. C1 e C2 rimangono pertanto scarichi.

U1A e U1D sono i generatori di rampa, uno per la temporizzazione T1 (relè RL1) e l'altro per T2 (relè T2). Fissando sul pin 3 di U1A e sul pin 12 di U1D (non invertenti) la tensione del partitore R1-R2 , pari a

(15*R2) / R1+R2 = (15*10) / 13,3 = 11,3V

ne consegue che gli emettitori di Q1 e Q2 si portano alla medesima tensione di 11,3V facendo così cadere su R3 una tensione di circa 15 - 11,3 = 3,7V. Per calcolare R3 dobbiamo conoscere Icost. che é data da:

Icost = ( C * V ) / T

Fissando C = 10 µF e V = 10 V con un T = 10 sec si ottiene: Icost = ( 10 * 10^-6 *10 ) / 10 = 10 µA pertanto R3 = Vr3 / 10 = 0,37 MOhm = 370 KOhm il cui valore commerciale potrebbe essere 390 o 330, ho scelto 390KOhm ció comporterà un T leggermente superiore a 10 sec.

La rampa potrà andare da 0V a una Vmax, pari a quella di emettitore di Q1-Q2 cioé 11,3V, in un tempo da 0 a circa 11 secondi. Sui pin 5 per U1B e pin 10 per U1C potrò fissare una tensione che varia circa in eguale misura a quella della rampa mediante la regolazione del POT1 o POT2; infatti Vmax = 15 *10 / 13,9 = 10,8V.

Mediante POT1 e POT2 potrò scegliere valori di tensione compresi tra 0V e 10,8V corrispondenti a tempi tra 0 e 10 secondi. Prelevando questa tensione e mandandola, attenuata di 10 volte con trimmer da 220k, a un DVM con fondo scala di 999 mV, ogni mV corrisponderà a 1 centesimo di secondo. Vedremo in seguito come mettere al passo queste tensioni affinché i tempi indicati siano il più precisi possibili.

Riprendendo in esame il funzionamento con C1 e C2 scarichi, perché Q3 e Q4 in conduzione, possiamo affermare che i pin 6 di U1B e pin 9 di U1C (invertenti) sono a potenziale più bassi dei pin 5 e 10, così da avere le uscite degli operazionali a livello alto di +Vcc (pin 7 e pin 8).

Con il deviatore posso visualizzare sul DVM o la tensione di T1 o di T2 così da impostare le temporizzazioni desiderate. Pigiando START porto per un istante basso il pin 5 di U2B, tale da far commutare il FLIP-FLOP cioé pin 4- 2 a livello alto e pin 3-6 basso. R7 alimentata da un livello alto polarizza Q5 che eccita RL1 e inizia la temporizzazione di T1. Z1 cessa di condurre e Q3 si apre, C1 inizia la sua carica e sul pin 6 di U1B ho la rampa di tensione. Quando questa raggiunge e supera la tensione prefissata sul pin 5 di U1B, l'uscita pin 7 va bassa riportando il FILP-FLOP nello stato stabile di partenza diseccitando RL1.

Il pin 4 di U2B transita da livello alto a basso e C10 trascina per un istante il pin 9 di U2C a livello basso cosí da far commutare il secondo FLIP-FLOP per la seconda temporizzazione T2. Infatti i pin 10-12 vanno alti, Q6 saturo, RL2 eccitato e pin 8-11 bassi cosí Z2 non conduce e Q4 si apre. C2 inizia la sua carica e quando la rampa di tensione sul pin 9 di U1C supera la tensione sul pin 10, l'uscita pin 8 va bassa, ricommuta il secondo FLIP-FLOP nello stato stabile e RL2 si diseccita (fine seconda temporizzazione).

TARATURA:

Pre regolare TR1 e TR2 affinché fra massa e centrale ci siano circa 22KOhm. Regolare POT1 e POT2 affinché fra centrale e massa ci siano circa 9V, schiacciare START e ritoccare POT1 e POT2 affinché le temporizzazioni di RL1 e RL2 diano il più preciso possibile (avvalendosi di cronometro) tempi di 9 secondi.

Senza più toccare POT1 e POT2, con DVM inserito, regolare TR1 con deviatore su T1 e TR2 con deviatore su T2, per leggere sul display del DVM in entrambi i casi 900 mV. Da questo momneto 1 mV letti su display corrisponde a 1 centesimo di secondo nelle temporizzazioni.

Schema DVM con CA3162-CA3161 e display 7 seg.

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