TEMPORIZATOR

Montajul descris în continuare a fost conceput pentru uzul fotomăritorilor (expunerea hârtiei la mărire, iluminarea pe durată limitată a subiectului de fotografiat etc.), dar el își poate găsi numeroase alte întrebuințări „casnice”, de pildă ca automat de scară, comutator temporizat pentru lumina dintr-o încăpere în care intrăm sau prin care trecem pentru un timp scurt etc.

Schema de principiu este dată în figura 1, iar în figura 2 se indică o sugestie de intercalare a blocului temporizator propriu-zis într-o instalație electrică existentă, alimentată de la rețea (220 V / 50 Hz) și având consumatorul Rs.

Siguranța fuzibilă Sg se dimensionează în funcție de curentul maxim absorbit de Rs, iar becul cu neon Ne (model miniatură, utilizat în „lămpile de veghe”) este opțional, servind ca indicator pentru prezența tensiunii, mai precis punând în evidență poziția „închis” a întrerupătorului bipolar I1a+I1b, pentru a nu uita aparatul conectat la rețea în mod inutil.

În circuit a mai fost intercalat un comutator K (basculant, cu două poziții), pentru a permite alimentarea consumatorului la alegere, fie direct de la rețea — poziția D, fie prin intermediul contactelor temporizatorului — poziția T. În acest caz din urmă, transformatorul primește alimentarea de la rețea în înfășurarea primară, dar pentru inițierea unui ciclu de temporizare dorit mai trebuie apăsat un timp scurt butonul B (cu revenire, contacte normal deschise). Bineînțeles, în prealabil se selectează din potențiometrul P durata necesară.

Analizând schema de principiu, observăm că tensiunea din secundarul transformatorului (cca 9 V ~) este redresată monoalternanță cu dioda D1, iar tensiunea obținută este filtrată cu condensatorul C1, rezultând astfel cca 12 V pentru alimentarea blocului de comandă a releului. Desigur, redresarea se poate face mai bine, în punte (bialternanță), dar în acest caz nu este strict necesară, având în vedere consumul redus.

Blocul propriu-zis de temporizare este alimentat însă dintr-o sursă stabilizată de 9 V, obținută din precedenta cu ajutorul celulei R1-Dz.

Condensatorul care asigură temporizarea este C2; el se încarcă brusc la apăsarea butonului B și se descarcă apoi lent prin grupul rezistiv P+R2 conectat în paralel. În acest sens, schema pare complicată în mod inutil prin introducerea tranzistorului T1 și a pieselor aferente R2, R3, R4, Dz, deoarece încărcarea rapidă a lui C2 ar fi putut fi asigurată direct de la plusul sursei stabilizate, printr-un buton plasat adecvat. S-a avut însă în vedere posibilitatea — destul de probabilă, de fapt — ca butonul B să se afle amplasat la o distanță mai mare față de montaj, ceea ce ar conduce la căderi semnificative de tensiune pe firele de conexiune. În varianta indicată, curentul prin contactele butonului și prin firele sale de legătură este foarte mic, de cca 150 μA. Într-adevăr, apăsarea butonului B stabilește polarizarea bazei lui T1 în sensul intrării în conducție. Cum acest tranzistor este în conexiune cu colectorul comun, în emitorul său vom regăsi „repetat” potențialul aplicat bazei, în realitate mai puțin cu cca 0,65 V, cit reprezintă căderea pe joncțiunea bază-emitor.

Tensiunea maximă la care se încarcă inițial condensatorul, pe care o vom nota cu U0, este cu încă aproximativ 0,65 V mai mică, datorită căderii în direct pe dioda de separație D2. Valoarea U0 are o bună reproductibilitate, grație stabilizării tensiunii de alimentare a lui T1. Putem ușor stabili o valoare „rotundă” pentru U0, de exemplu U0 = 5 V, prin alegerea adecvată a raportului R3/R4, eventual prin ajustarea experimentală a lui R3.

După eliberarea butonului B, tranzistorul T1 revine în starea de blocare, iar C2, încărcat la tensiunea U0, începe să se descarce lent prin singura cale posibilă, respectiv prin grupul P+R2. Într-adevăr, dioda D2 interzice descărcarea prin R4, iar grila FET-ului T2 prezintă o rezistență de intrare încă și mai mare.

Intervalul maxim de temporizare, tmax, este determinat de capacitatea lui C2, de rezistența totală a grupului P+R2, de valoarea inițială a tensiunii pe condensator, U0, ca și de valoarea finală, Ui, corespunzătoare momentului în care releul revine în repaus. Ținând cont de legea exponențială de descărcare a unui condensator printr-o rezistență R, deducem expresia intervalului tmax – t1-t0 pentru cazul nostru (când t0=0):

tmax = (P+R2) * C2 * ln(U0/Ui)

unde P și R2 se exprimă în ohmi, U0 și Ui în volți, C2 în farazi, iar tmax rezultă în secunde.

În funcție de scopul urmărit, se alege intervalul tmax de ordinul zecilor sau al sutelor de secunde (orientativ până la cca 10 minute), având posibilitatea de a jongla cu valorile P, C2, U0 și Ui. Practic se vor folosi potențiometre P liniare, între 1 MΩ și 10 MΩ, condensatoare C2 de bună calitate (tantal, tensiune cât mai mare), cu valoarea nu mai mare de 47–68 μF (pentru a asigura încărcarea lor rapidă la apăsarea butonului, fără a pune în pericol tranzistorul T1). În legătură cu alegerea lui Ui, vom face unele precizări mai departe.

Revenind la schema de principiu, observăm că simultan cu apăsarea butonului B și cu încărcarea lui C2 la tensiunea U0, potențialul din sursa FET-ului T2 (conectat ca „repetor” pe sursă) capătă instantaneu o valoare mai mare decât Ui, ducând la anclanșarea bruscă a releului. Într-adevăr, blocul de comandă a releului este constituit dintr-un circuit Darlington T3–T4, având pragul de intrare în conducție (respectiv de blocare) aproximativ egal cu suma căderilor de tensiune pe cele două joncțiuni bază-emitor înseriate și pe diodele D3 plus D4, adică de cca 4 * 0,65 V = 2,6 V.

FET-ul T2 joacă aici rolul foarte important de adaptare între impedanța mare cu care trebuie „urmărită” descărcarea în timp a lui C2 (fără a perturba legea exponențială amintită) și impedanța considerabil mai mică necesară la intrarea blocului de comandă T3–T4.

Odată cu anclanșarea releului (și eliberarea lui B), consumatorul Rs este alimentat prin contactele de lucru k1 normal deschise, care se închid, începând astfel un ciclu de temporizare.

Pe măsura descărcării în timp a lui C2, potențialul din sursa lui T2 scade și el corespunzător, cu un anumit decalaj față de tensiunea la bornele condensatorului. Acest decalaj nu este însă constant, depinzând pronunțat de caracteristicile IDSS și Up ale FET-ului, de valoarea rezistenței din sursă, R5, ca și de temperatură. Este astfel posibil ca, respectând strict valorile pieselor indicate în schemă, releul să nu revină în starea de repaus nici chiar atunci când tensiunea la bornele condensatorului C2 a ajuns la zero. În practică, deși ne-ar tenta să „împingem” descărcarea lui C2 până la tensiunea finală Ui=0 (pentru a obține durate mai mari de temporizare cu capacitatea dată), nu avem interesul să o facem din considerente de precizie. Într-adevăr, în imediata vecinătate a lui zero, variația tensiunii pe condensator devine foarte lentă, neputând oferi un prag ferm de eliberare a releului, iar pe de altă parte, influența factorilor perturbatori externi crește foarte mult. Așadar, vom considera o tensiune finală la bornele lui C2 diferită de zero, de pildă Ui=1 V.

Cu atât mai mult, pentru Ui – 1 V este posibil și probabil ca potențialul în sursa lui T2 să se mențină peste pragul de cca 2,6 V corespunzător eliberării releului, datorită „decalajului” amintit. Ce trebuie făcut în acest de cazuri? O primă soluție evidentă ar fi să selecționăm tranzistorul T2 conform montajului experimental auxiliar din figura 3, reținând exemplarele pentru care US are valori cu cel puțin 1 V mai mici decât pragul de cca 2,6 V, adică pentru care US < 1,6 V (mai sigur, US < 1,2 … 1,4 V). Sarcina este destul de dificilă însă, chiar presupunând că avem FET-uri la discreție. Mult mai simplu pare să creștem puțin pragul de comutație al blocului de comandă T3-T4, de exemplu mărind numărul diodelor înseriate (pe cablaj, aparent) sau înlocuind pe D3 și D4 printr-o rezistență adecvată.