Atraso do transistor

Estou tentando fazer um alarme para um freezer para que, se a porta for deixada aberta, após 1 minuto ou mais, um alarme soará.

Eu tenho algo semelhante ao esquema abaixo. Quando a chave está aberta, o capacitor começa a descarregar através da base do transistor, mas eu tenho o LED em paralelo com o transistor para que, quando o capacitor for descarregado, o LED acenda. Isso está funcionando bem, no entanto, não posso atrasar o suficiente. Se eu aumentar o valor do capacitor ou o resistor de base dos transistores, o tempo de atraso é maior, no entanto, como o capacitor está descarregando mais lentamente, o LED / Alarme é gradualmente desbotado, o que eu realmente não quero. Gostaria que o alarme / LED acendesse o mais repentinamente possível.

Existe uma maneira de aumentar o atraso, mas manter o alarme ligado de repente?

Como nota de rodapé, não quero usar nenhum IC (ou seja, o timer 555)

Você está carregando o capacitor diretamente da bateria. Portanto, o tempo de carregamento está relacionado ao produto RC, onde R é apenas a resistência interna da bateria.

Tente algo como isto:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Aqui, eu dividi a resistência da base para que o capacitor seja carregado através de uma grande parte dele.

Isso não apenas alcança o objetivo de diminuir a carga do resistor, mas também traz outro benefício. Quando o interruptor é liberado, C1 descarrega na base do transistor apenas com uma resistência de 1K, resultando em uma descarga muito mais rápida que a carga. Não podemos tornar esse resistor pequeno demais, porque precisamos proteger a junção BE do transistor da corrente de descarga.

Na simulação, a corrente do LED começa a aumentar em cerca de 1,5 segundos e atinge o máximo em cerca de 1,8. Portanto, não é uma excitação repentina, obviamente. Mas a ativação aumenta com atrasos mais rápidos.

Para uma ativação mais rápida, precisamos adicionar outro estágio do transistor. O circuito a seguir tem um atraso de tempo semelhante ao anterior, mas a corrente do LED aumenta mais rapidamente, em uma propagação de 70 ms ou mais.

^{simule este circuito}

Por períodos mais longos com uma ativação rápida, precisamos de mais ganhos. Uma maneira de fazer isso é substituir o resistor de carga por uma carga ativa. De acordo com uma simulação LTSpice deste circuito, ele gera um atraso de 55s, momento em que o LED acelera durante um intervalo de cerca de um quarto de segundo. Este gráfico mostra o carregamento do capacitor (azul) versus a corrente do LED (verde):

No entanto, está ficando mais complicado do que algumas soluções baseadas em IC. Essa abordagem é boa para gratificar o ego amador. ("Eu fiz isso com componentes discretos, nenhum desses ICs de amplificador operacional ou temporizador fáceis de usar, e veja, há até um espelho atual e outras coisas!").

^{simule este circuito}

Podemos fazer pequenas alterações para não precisarmos do enorme resistor de carga e poder usar um capacitor menor? Sim! Aqui está uma maneira. Podemos elevar o transitor Q1 para que haja uma tensão de ativação mais alta na base, colocando um diodo Zener no emissor, por exemplo, 8,2V. Em seguida, um resistor de carga de 100K e um capacitor de 470uF nos dão um pouco mais de um minuto. Ao aumentar a tensão que o capacitor deve desenvolver, podemos obter um atraso maior para os mesmos valores de RC.

^{simule este circuito}

Ou você aumenta o capacitor, que já está ficando um pouco grande, ou reduz a corrente de base do transistor. A segunda opção pode ser realizada alterando o BC547 para um BC516, o chamado ' par Darlington ' e aumentando o resistor de 33k a 1M. Isso aumentará o tempo limite.

A outra questão mencionada, o desvanecimento lento, pode ser melhor resolvida com um gatilho Schmitt .

Por longos períodos de tempo como esse, outras soluções são mais adequadas, mas você precisa mudar para os ICs para manter a complexidade baixa.

Para obter uma iluminação mais nítida do LED, você precisa aumentar o ganho do circuito. Para aqueles que usam ICs, um circuito comparador seria usado para comparar a tensão do capacitor com um nível de referência. Uma vez ultrapassado o limite, o ganho muito alto do comparador faria com que a saída mudasse rapidamente e acendesse o LED do alarme.

Como você deseja ficar com componentes descritivos mais simples, a próxima abordagem mais simples para aumentar o ganho do seu circuito seria conectar dois transistores NPN em uma configuração de Darlington. Os circuitos de Darlington não saturam completamente o transistor de saída e, portanto, você precisa ajustar o resistor em série com o LED para obter o mesmo brilho do LED.

Vou postar uma foto modificada para você em um momento.

Se você usar um MOSFET e colocar o resistor do portão ao terra

• A porta MOSFET não consome corrente (que você pode detectar)

• A constante de tempo de queda de tensão agora é inteiramente baseada em RC.

• O desligamento ocorre quando o Vcap cai próximo ao MOSFET Vgs_threshold.
  (Coisas mais úteis para aprender :-)).

Certifique-se de que o MOSFET Vgs_max seja> 12V. Muitos são cerca de 20V. Alguns são mais baixos.

Observe que o vazamento do capacitor para uma tampa de 1000 uF pode ser significativo para valores de descarga R maiores.

No entanto, uma tampa de tântalo de 10 uF e um resistor de 1M têm uma constante de tempo de 10 s, portanto, provavelmente haverá 20 segundos de atraso. Uma tampa eletrolítica de 47 uF e 1M PODE funcionar.

Se um IC for aceitável, você vai adorar o que pode conseguir com um CD 4060 no modo auto-oscilante - veja a figura 12..