Задержка транзистора

Я пытаюсь сделать будильник для морозильной камеры, чтобы, если дверь оставлена ​​открытой, через 1 минуту или около того, прозвучит сигнал тревоги.

У меня есть что-то похожее на схему ниже. Когда переключатель разомкнут, конденсатор начинает разряжаться через базу транзистора, но у меня есть светодиод параллельно с транзистором, так что когда конденсатор разряжается, светодиод включается. Это работает нормально, но я не могу сделать задержку достаточно долго. Если я увеличу значение конденсатора или базового резистора транзистора, время задержки будет больше, однако из-за того, что конденсатор разряжается медленнее, светодиод / аварийный сигнал постепенно исчезают, чего я на самом деле не хочу. Я бы хотел, чтобы будильник / светодиод включался как можно быстрее.

Есть ли способ увеличить задержку, но включить сигнализацию относительно внезапно?

В качестве сноски я не хочу использовать какие-либо микросхемы (например, таймер 555)

Вы заряжаете конденсатор прямо от аккумулятора. Таким образом, время зарядки связано с RC продукта, где R - это просто внутреннее сопротивление батареи.

Попробуйте что-то вроде этого:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Здесь я разделил базовое сопротивление, чтобы конденсатор заряжался через большую его часть.

Это не только позволяет замедлить зарядку резистора, но и имеет еще одно дополнительное преимущество. Когда переключатель отпущен, С1 разряжается в базу транзистора только через сопротивление 1 К, что приводит к разряду, который намного быстрее, чем заряд. Мы не можем сделать этот резистор слишком маленьким, потому что нам нужно защитить BE-транзистор от тока разряда.

При моделировании ток светодиода начинает накапливаться примерно через 1,5 секунды и достигает максимума около 1,8. Так что это не внезапное включение, очевидно. Но включение увеличивается с более быстрыми задержками.

Для более быстрого включения нам нужно добавить еще одну ступень транзистора. Следующая схема имеет временную задержку, аналогичную приведенной выше, но ток светодиода возрастает быстрее, в течение 70 мс или около того.

^{смоделировать эту схему}

Для более длительного времени с быстрым включением нам нужно больше усиления. Один из способов сделать это - заменить нагрузочный резистор активной нагрузкой. В соответствии с моделированием LTSpice этой схемы, он генерирует задержку 55 с, после чего светодиод увеличивается с интервалом около четверти секунды. Этот график показывает заряд конденсатора (синий) в зависимости от тока светодиода (зеленый):

Тем не менее, это становится более сложным, чем некоторые решения на основе IC. Этот подход хорош для того, чтобы удовлетворить эго любителей. («Я сделал это с дискретными компонентами, ни с одним из этих простых в использовании операционных усилителей или микросхем таймера, и посмотрите, есть даже текущее зеркало и все такое!»).

^{смоделировать эту схему}

Можем ли мы внести небольшие изменения, чтобы нам не понадобился огромный зарядный резистор, и мы могли бы использовать меньший конденсатор? Да! Вот один из способов. Мы можем поднять транзистор Q1 так, чтобы на базе было более высокое напряжение включения, поместив стабилитрон в эмиттер, скажем, 8,2 В. Затем 100K зарядный резистор и конденсатор 470 мкФ дают нам чуть больше минуты. Повышая напряжение, которое должен развить конденсатор, мы можем получить большую задержку для тех же значений RC.

^{смоделировать эту схему}

Либо вы увеличиваете конденсатор, который уже становится немного большим, либо уменьшаете базовый ток транзистора. Второй вариант может быть реализован путем замены BC547 для BC516, так называемой « пары Дарлингтона » и увеличения резистора от 33 кОм до 1 МБ. Это увеличит время ожидания.

Другая проблема, о которой вы упомянули, медленное замирание, может быть лучше решена с помощью триггера Шмитта .

Для длительных перерывов, подобных этому, лучше подойдут другие решения, но вам придется перейти на IC, чтобы снизить сложность.

Для более четкого включения светодиода необходимо увеличить коэффициент усиления цепи. Для тех, кто использует микросхемы, схема компаратора будет использоваться для сравнения напряжения конденсатора с опорным уровнем. Как только пороговое значение будет превышено, очень высокое усиление компаратора приведет к быстрому изменению выходного сигнала и включит светодиодный индикатор тревоги.

Так как вы хотите остаться с более простыми дискретными компонентами, следующим простым способом увеличения коэффициента усиления вашей цепи будет подключение двух NPN-транзисторов в конфигурации Дарлингтона. Цепи Дарлингтона не будут полностью насыщать выходной транзистор, поэтому вам придется последовательно настраивать резистор вместе со светодиодом, чтобы добиться такой же яркости.

Я опубликую измененную картинку для вас через минуту.

Если вы используете MOSFET и поместите резистор от затвора к земле

• Ворота MOSFET вообще не потребляют ток (который вы можете обнаружить)

• Постоянная времени затухания напряжения теперь полностью основана на RC.

• Отключение происходит, когда Vcap падает близко к VOS_threshold MOSFET.
  (Более полезный материал для изучения :-)).

Убедитесь, что MOSFET Vgs_max> 12В. Многим около 20В. Некоторые ниже.

Обратите внимание, что утечка конденсатора для крышки 1000 мкФ может быть значительной для больших значений R разряда.

Однако танталовый колпачок 10 мкФ и резистор 1М имеют постоянную времени 10 с, поэтому, вероятно, задержка составляет более 20 секунд. Электролитический колпачок 47 мкФ и 1М МОГУТ работать.

Если IC был приемлем, то вам понравится то, что вы можете достичь с CD 4060 в режиме автоколебаний - см. Рис. 12..