Реле времени

Реле времени находят широкое применение во всех областях современной науки и техники. Наибольшее распространение получили реле времени, использующие электрический принцип создания временной задержки, что объясняется их относительной простотой, дешевизной, универсальностью и высокой надёжностью.

Для получения больших выдержек времени в схемах на биполярных транзисторах приходится использовать накопительные конденсаторы большой ёмкости, у которых, однако, велик ток утечки.

Применение полевого транзистора в электронном реле времени позволяет благодаря высокому входному сопротивлению в несколько раз уменьшить ёмкость накопительных конденсаторов, тем самым существенно снизив габаритные размеры электронного реле и повысив точность выдержки без ухудшения остальных характеристик.

Принципиальная схема электронного реле времени с двумя источниками питания приведена на рис. 5, а [2]. Рассмотрим принцип действия такого реле времени. При замыкании ключа начинается процесс заряда ёмкости С1 от источника Е1 при этом полевой транзистор Т1 закрывается за счёт большого положительного потенциала, приложенного к его затвору. Так как полевой транзистор оказывается закрытым, то ток через его канал не протекает. Поэтому напряжение U_бэ биполярного транзистора Т2 равно нулю и последний оказывается также закрытым, всё напряжение источника Е2 приложено к выходным клеммам реле времени. После размыкания ключа К конденсатор C1 начинает медленно разряжаться через резистор R.

Рис. 5. Реле времени на ПТ.
а - схема с двумя источниками питания; б - выходная характеристика реле времени; в - схема с одним источником питания; г - простейшая схема реле времени.

При его разряде до напряжения, равного напряжению отсечки полевого транзистора, Т1 открывается; через канал ПТ появляется ток стока, который будет создавать падение напряжения на резисторе R1 отрицательной (отпирающей) полярности для биполярного транзистора Т2 (момент t₁ - рис. 5, б). Этот процесс будет идти до тех пор, пока транзистор не войдёт в режим насыщения, при этом напряжение на выходе реле времени практически будет равно нулю (момент t₂ - рис. 5, б).

При значениях R=100 МОм и С1=10 мкФ реле времени (рис. 5, а) обеспечивает выдержку примерно t₁=34 мин и t₂=48 мин. Для ориентировочного определения продолжительности выдержки можно воспользоваться формулой t₁≈2RC.

К недостаткам реле времени (рис. 5, а) следует отнести: наличие двух источников питания; наличие линейно падающего участка выходного напряжения (от t₁ до t₂); невысокую стабильность времени выдержки.

На рис. 5, в изображена принципиальная схема реле, у которого выдержка времени отсчитывается с момента замыкания ключа К.

При номиналах деталей, указанных на рис. 5, в, получена выдержка примерно 27 с. Сопротивлением резистора R1 и ёмкостью конденсатора С1 можно изменить продолжительность выдержки. Изменение температуры от 20 до 60° С приводит к погрешности выдержки на 4%.

Временное изменение напряжения на выходе реле показано на рис. 5, б. Хотя в данной схеме используется один источник питания, ей присущ тот же недостаток, что и предыдущей схеме: наличие линейно-изменяющегося выходного напряжения (от t₁ до t₂).

Последний недостаток устранён в реле времени, принципиальная схема которого представлена на рис. 5, г.

В момент замыкания ключа К конденсатор С начинает перезаряжаться через резистор R до момента времени, пока полевой транзистор не начнёт проводить. Как только полевой транзистор откроется, то в цепи базы биполярного транзистора Т2 появится базовый ток, который вызовет появление коллекторного тока, в результате чего на резисторе Rн образуется падение напряжения, открывающее полевой транзистор Т1. Происходит регенеративный процесс, приводящий к быстрому отпиранию обоих транзисторов.

При номиналах времязадающей цепочки R=100 мОм и С=10 мкФ получено время выдержки примерно 30 мин.

Для реализации времени выдержки, исчисляемой часами или даже сутками с хорошей воспроизводимостью, следует свести к минимуму влияние токов утечки по цепям затворов, применив, например, МОП-транзисторы и конденсаторы с большим сопротивлением утечки. Реле времени, выполненное с учётом этих рекомендаций, обеспечивало время выдержки до 30 ч с воспроизводимостью лучшей 1% [7].