Releul de timp prezentat în continuare este realizat după o schemă simplă, utilizează numai componente indigene și este destinat laboratoarelor foto sau aplicațiilor în care se cere determinarea precisă a unor intervale de timp.
După cum rezultă din schema de principiu prezentată în figura 1, montajul are în compunere un oscilator de tact (T1, T2 și R1), un divizor fix (CI1 și CI2), precum și un divizor programabil (CI3, CI4 și CI5).
Comenzile de pornire și oprire manuală (START – STOP) care pornesc, respectiv opresc oscilatorul de tact și numărătoarele, se dau prin intermediul unui trigger R-S (P3 și P4).
Același trigger comandă și tranzistorul T3, în colectorul căruia se află releul electromagnetic și o diodă electroluminescentă pentru semnalizare.
Oscilatorul de tact este realizat după o schemă electrică ce îi conferă o stabilitate foarte bună la variația temperaturii mediului ambiant și tensiunii de alimentare. Funcționarea sa se bazează pe încărcarea și descărcarea condensatorului C1. Astfel, când tranzistorul T1 este deschis, tranzistorul T2 și dioda D1 se află în starea de blocare. Condensatorul C1 se încarcă exponențial prin R4.
Pe măsura încărcării condensatorului scade curentul de bază al tranzistorului T1. La un moment dat acesta se va bloca, determinând deschiderea lui T2 și a diodei D1. Condensatorul începe să se descarce prin R1, R2 și D1, ieșirea porții P1 fiind acum la nivelul „1”.
Descărcarea condensatorului continuă până ce se deschide din nou T1, proces însoțit de blocarea lui T2 și a diodei D1 și de apariția nivelului „0” la ieșirea porții P1. Întregul proces se repetă.
Evident, oscilatorul funcționează numai când poarta NAND P1 primește pe intrarea 12 nivelul logic „1”, adică numai atunci când sunt acționate butoanele de START (K3 sau K4). Această comandă deschide și tranzistorul T3, iar prin apariția nivelului „0” la ieșirea porții P3 sunt deblocate toate numărătoarele din montaj. Stabilitatea bună a frecvenței de oscilație se datorează termocompensării, de către dioda D1, a joncțiunii B-E a tranzistorului T1. Astfel, perioada de oscilație și variația acesteia depind numai de valorile nominale și calitatea componentelor pasive din circuitul de încărcare și descărcare al condensatorului C1. În montajul experimental s-au utilizat un condensator cu tantal și rezistențe cu peliculă metalică.
Rezistența R6 limitează curentul prin dioda electroluminescentă (LED). Valoarea ei se determină în funcție de tensiunea de alimentare a releului (U2) și de curentul admis prin LED. Pentru un curent de cca 10 mA și U2 = 5 V, rezistența R6 este în jur de 330 Ω.
Poarta P2 lucrează ca inversor, îndeplinind și rolul de etaj separator. Condensatorul C2 elimină eventualele supracreșteri de tensiune ce pot apărea pe frontul pozitiv al impulsurilor, supracreșteri ce pot influența, la anumite tensiuni de alimentare, numărătoarele.
Prin comutatorul K1, impulsurile de tact sunt aplicate la intrarea A a numărătorului binar CDB493 (CI3). Având ieșirea QA conectată la intrarea B, acest circuit lucrează ca divizor cu 16. La fel este montat și CI4, ieșirile QA, QB, QC și QD ale acestor circuite, ce formează împreună un numărător cu 8 biți, pot fi conectate prin intermediul comutatoarelor K4 – K11 la intrările porții NAND-CI5 (CDB430). Ieșirea circuitului CDB430 devine „0” numai când toate intrările sale se află la nivelul „1”, adică sânt în gol, sau primesc nivelul „1” pe ieșirile Q respective. Ieșirea „0” a circuitului CDB430 constituie comanda de STOP pentru triggerul R-S, determinând schimbarea stării acestuia și blocarea funcționării montajului. Tranzistorul T3 se blochează, LED-ul se stinge și releul își încetează acțiunea.
Dacă se alege R1 în așa fel încât frecvența oscilatorului de tact să fie egală cu 4 Hz (T = 0,25 s), montajul poate acționa releul pe durate de timp cuprinse între 0,5 și 64 s, cu pas de 0,5 s. Reglarea acestor durate se face prin poziționarea corespunzătoare a comutatoarelor K4 – K11.
În figura 1 este arătat cazul unei perioade de timp de 44 s (32 + 8 + 4).
În concluzie, atunci când ieșirile QD (de la CI3), QA și QC de la CI4 vor fi la nivelul „1”, circuitul CDB430 (CI5) își modifică starea la ieșire, asigurând comanda de STOP pentru triggerul R-S.
Dacă se dorește un alt interval de timp, se va modifica poziția comutatoarelor. De exemplu, pentru 2 s se închide numai K6, în timp ce pentru 9,5 s se vor închide K4, K5 și K9.
Întrucât măsurarea precisă a frecvențelor joase este dificilă în condițiile amatorilor, frecvența oscilatorului se va regla după cum urmează. Se fixează comutatoarele pentru un anumit interval de timp, de exemplu 32 s. Se dă comanda de START, pornind simultan și un cronometru. Se urmărește timpul cât este aprinsă dioda electroluminescentă, reglând corespunzător rezistența R1, până ce intervalul măsurat corespunde cu cel dorit. Operația se repetă, trecând pe intervale mai mari de timp pentru a reduce erorile de măsurare.
Anularea comenzilor se poate face și manual, cu butonul STOP. Comutatoarele K2 și K3 sânt fără reținere. Contactul K2 blochează montajul în starea de funcționare, indiferent de poziția comutatoarelor K4 – K11.
În cazul apariției unor defecțiuni, depanarea se face folosind un osciloscop sau un simplu voltmetru, cu care se verifică tensiunile în diferite puncte ale montajului. Pentru vizualizarea ușoară a formelor de undă, se mărește frecvența oscilatorului de tact înlocuind condensatorul C1 cu un condensator de cca 10 nF.
Timpii notați în dreptul comutatoarelor K4 – K11 se pot transforma în minute prin introducerea, cu ajutorul comutatorului K1, a unui divizor cu 60. Divizorul este realizat cu circuitele CDB492 (CI1) și CDB490 (CI2), primul asigurând divizarea cu 6, iar al doilea cu 10.
Conexiunile la capsule sânt indicate și în figura 2.
Montajul funcționează corect pentru tensiuni de alimentare cuprinse între 3,5 și 5 V, consumul măsurat modificându-se corespunzător între 80 și 107 mA. În această valoare nu este inclus consumul releului.
Realizat corect, montajul dă satisfacție deplină și asigură determinarea unor intervale de timp cuprinse între 0,5 s și 128 min.
Recomandări de piese alternative și explicații pentru circuite
Pentru a repara sau a reconstrui acest temporizator digital clasic (releu de timp), componentele românești din seria TTL (CDB) și tranzistoarele vechi pot fi înlocuite cu piese moderne:
1. Circuite integrate logice (Seria CDB -> Seria 74)
- CDB 493 E (CI3, CI4 – Numărător binar cu 4 biți): Se înlocuiește direct cu 74LS93 sau 74HCT93. Aceste versiuni moderne funcționează identic, dar au un consum de curent de câteva ori mai mic.
- CDB 492 E (CI1 – Divizor cu 6): Se înlocuiește cu 74LS92 sau 74HCT92.
- CDB 490 E (CI2 – Numărător/Divizor decadic cu 10): Se înlocuiește cu 74LS90 sau 74HCT90.
- CDB 430 E (CI5 – Poartă logică NAND cu 8 intrări): Se înlocuiește cu circuitul integrat standard 74LS30 sau 74HCT30.
- Porțile P1, P2, P3, P4 (Porți NAND cu 2 intrări): Textul descrie utilizarea unor porți NAND (cum ar fi CDB400E). O singură capsulă modernă 74LS00 sau 74HCT00 conține 4 porți independente ȘI-NU (NAND), fiind suficientă pentru a reface întregul bloc de control (inclusiv triggerul R-S de START/STOP și inversorul).
2. Tranzistoare și Diode
- T1, T2 (Tranzistoare NPN de mică semnal în oscilator): Se pot înlocui cu tranzistoarele foarte comune BC547B sau 2N3904. Pentru o stabilitate termică foarte bună a frecvenței, este recomandat ca cele două tranzistoare moderne să fie montate aproape unul de celălalt pe placă.
- T3 (Tranzistor de comandă releu): Trebuie să suporte curentul bobinei releului. Poți folosi un BC547 dacă releul este mic, sau un tranzistor mai robust precum 2N2222A sau BC337.
- D1 (Dioda de compensare termică în oscilator): Înlocuiește dioda veche cu o diodă rapidă de siliciu standard 1N4148.
- Dioda în paralel cu releul: Deși nu este descrisă explicit în text, textul menționează protecția la autoinducție în circuite similare. Este obligatoriu să montezi o diodă 1N4007 în antiparalel (cu catodul la plus) pe bobina releului acționat de T3 pentru a preveni arderea tranzistorului la decuplare.
3. Componente pasive critice
- Condensatorul C1 (Tantal): Textul menționează utilizarea unui condensator cu tantal pentru stabilitatea timpului. Folosește un condensator cu tantal modern (capsulă tip picătură sau SMD) de aceeași valoare, ferindu-te de condensatoarele electrolitice standard cu aluminiu, care au curenți mari de scurgere ce pot deforma temporizarea.
- Rezistențele (R1, R4 etc.): Utilizează exclusiv rezistențe moderne cu peliculă metalică (Metal Film) de 0,25 W cu toleranță de 1% pentru a asigura o frecvență de tact imună la schimbările de temperatură.
4. Alimentarea circuitului
- Textul menționează funcționarea între 3,5 V și 5 V, specifică logicii TTL vechi. Pentru variantele moderne (în special dacă alegi seria 74HCT), folosește o sursă stabilizată fixă de 5 V (cum ar fi un stabilizator LM7805 sau un alimentator curat de tip USB de 5V / 1A)
