Электронное реле времени – это устройство, способное отмерять заданные промежутки времени и по их окончании изменять свое состояние (замыкать контакты, выдавать звуковой сигнал и т.п.). В настоящее время можно приобрести подобное устройство любой функциональности, но в некоторых случаях интереснее, быстрее или дешевле сделать реле времени своими руками.
Способы реализации и функциональность
В основе любого электронного реле времени лежит времязадающая цепочка. Чаще всего ее делают на базе:
- Цепочки из резистора и конденсатора (RC-цепочки).
- Кварцевого резонатора.
Задание времени на основе LC-цепочек применяют редко, так как изготовление катушки индуктивности трудоемко, нетехнологично, а подбор готовой с малым шагом составляет определенную проблему.
Времязадающая цепочка отмеряет время работы реле. Для формирования длительных промежутков времени можно использовать генератор с делителем. Период колебаний генератора задается цепочкой или кварцем, а дальше частоту можно разделить, получив временной промежуток необходимой длительности.
Например, если генератор может выдать колебания с периодом в 1 секунду, то разделив его на 100, можно получить выдержку времени в 100 секунд.
На выходе реле времени устанавливают электронный ключ, управляющий нагрузкой. Его выполняют:
- на электромагнитном реле;
- на тиристоре или симисторе;
- на полевом или биполярном транзисторе.
От нагрузочной способности ключа зависит мощность нагрузки, которую можно коммутировать.
В остальном схема таймера может быть различной, в зависимости от того, какие дополнительные функции от него требуются. Конечно, вне конкуренции здесь реле времени на базе микроконтроллеров – их сервисные функции ограничены, по большей части, фантазией разработчиков.
Реле времени, в зависимости от реализуемого алгоритма работы, в основном бывают:
- Циклическими – после старта включают и выключают нагрузку через заданные промежутки времени.
- С задержкой на отключение – после пуска включают нагрузку и отключают через заданный интервал.
- С задержкой на включение – после старта включают нагрузку не сразу, а через заданный временной промежуток.
Циклические реле применяются для задания микроклимата, для автоматического управления производственным процессом и т.п. Реле с задержкой на включение или отключение пригодятся на спортивных тренировках, во время игр, для выключения электроприборов через определенное время и т.п. Глобально же описать область использования различных типов невозможно – она очень широка.
Варианты схем
Таймер можно собрать на различной элементной базе. Можно выбрать схему реле времени различной сложности – все зависит от наличия комплектующих и навыков.
Простейшее реле времени
Простейшее реле времени можно собрать на резисторе и конденсаторе, причем возможны два варианта:
- с задержкой на срабатывание;
- с задержкой на отпускание.
В первом варианте (верхняя схема) при нажатии на кнопку конденсатор будет заряжаться через резистор. Как только напряжение на нем достигнет напряжения включения реле, оно сработает и его контакты замкнутся. К ним можно подключить какую-нибудь нагрузку. Время задержки включения зависит от номиналов резистора и конденсатора (а также сопротивления катушки реле, шунтирующего конденсатор). Изменяя номиналы, можно подобрать время задержки включения.
На нижней схеме после подачи питания конденсатор быстро зарядится через резистор Rогр (он нужен для ограничения тока заряда, его номинал невелик) и реле сработает. После снятия питания, конденсатор будет разряжаться через резистор и катушку реле. Как только напряжение снизится до напряжения отпускания реле, оно отключится.
Таймеры на транзисторах
Схему можно немного усложнить, добавив ключ на транзисторе и цепь разряда конденсатора. В этом варианте реле (и нагрузка, которой может служить, например, лампа) включается сразу после нажатия кнопки и удерживается включенным, пока конденсатор не зарядится до определенного уровня (транзисторный ключ инвертирует логику работы). Время удержания определяется цепочкой R1C1, где R1 — потенциометр. Его сопротивление можно изменять, изменяя время включения нагрузки. При выключении конденсатор быстро разряжается через резистор R2.
Если времязадающую цепь нагрузить на полевые транзисторы вместо биполярных, можно увеличить диапазон выдержек времени в большую сторону. Следующая схема самодельного устройства позволяет формировать циклический режим, чередуя включенное и отключенное состояние длительностью до 20 минут.
В видео схема реле собрана на одном биполярном транзисторе.
Циклический таймер на цифровых микросхемах
Циклическое реле времени с раздельным регулированием времени работы и паузы длительностью от нескольких минут до двух часов можно построить на двух микросхемах. Основой таймера служит счетчик CD4060, имеющий «на борту» элементы для построения задающего генератора.
Отечественного аналога у CD4060 нет, его можно заменить комбинацией из К561ЛЕ5 и К561ИЕ16.
Длительность импульсов в этой схеме задается цепочками R5C1 и R6C1 (включение и пауза соответственно). Получаемая последовательность импульсов делится счетчиком, а переключение цепочек производится автоматически мультиплексором D2 (К561КП2). Нагрузка подключается через составной ключ на транзисторах VT1VT2. Этим таймером можно управлять нагрузкой, рассчитанной на 12 вольт.
Реле времени на таймере 555
Недорогая и распространенная микросхема 555 позволяет построить реле времени с различными алгоритмами работы. В интернете можно найти множество схем на эту тему, например, популярен вариант, приведенный на рисунке. Таймер питается от сети 220 вольт, на элементах F1, R1, R2, С1, B1, C2, C3 собран бестрансформаторный блок питания. Его можно заменить другим источником, например, зарядным устройством от гаджета. В этом случае указанные компоненты можно не ставить, оставив лишь фильтрующие конденсаторы С2 и С3. Резисторами PR1 и PR2 устаналивают период работы и время паузы. Микросхема управляет транизсторным ключом T1, который подает напряжение питания на обмотку реле PK1. При замене реле на другой тип надо смотреть на его рабочее напряжение и нагрузочную способность контактной группы.
Таймер на микроконтроллере
Самые большие возможности имеют реле времени, выполненные на микроконтролерах. Изменяя программу, их можно адаптировать под конкретные нужды. Цена этим возмодностям и универсализму – нееобходимость навыков программирования или, как минимум, умение «прошить» микросхему (для этого еще и нужно определенное оборудование). Без программного обеспечения такое реле времени превращается в бесполезный набор компонентов, и собирать его при отсутствии необходимых условий нет смысла.
В качестве примера приведена принципиальная схема таймера на контроллере. Видно, что для его сборки нужен минимум комплектующих, а управлять он может двумя нагрузками. И это не предел – количество нагрузок легко увеличить. Для этого всего лишь надо владеть навыками программирования.
Рекомендации по монтажу и фиксации компонентов
Самый лучший способ монтажа – изготовление печатной платы. Готовое изделие при этом получается надежным и выглядит эстетично. Рисунок печатной платы часто прикладывают к описанию схемы, но его можно разработать самостоятельно.
Если в качестве ключа в реле времени используется полупроводниковый элемент (транзистор, тиристор и т.п.), при разработке платы надо учитывать, что ему может потребоваться теплоотвод.
Но этот способ при всех своих плюсах является трудоемким, требует затрат времени и определенных навыков. Менее трудозатратный, не менее надёжный (правда, и менее эстетичный) способ – монтаж на макетной плате под пайку. От платы отпиливается кусочек нужных размеров, в отверстия впаиваются детали, все соединения выполняются отрезками провода.
Существуют макетные платы, для которых паяльник не нужен. Соединяемые элементы и соединительные провода вставляются в отверстия с зажимами. Этот способ позволяет быстро выполнить монтаж, при необходимости выполнить в нем изменения, но надежность такой сборки невелика. Приведенный способ лучше оставить для отработки схемотехнических решений и отработки навыков, для завершенных конструкций он малопригоден.
В крайнем случае, можно обойтись совсем без платы, выполнив навесной монтаж «пауком». Но этот вариант некрасив, ненадежен, при его реализации легко наделать ошибок, искать и исправлять которые будет затруднительно.
Стоимость готовых решений
Если нет навыков, времени или желания для изготовления самодельного реле времени, можно обратить внимание на готовые изделия заводского производства. Это не так дорого – реле (без бренда) с хорошей функциональностью в ценах 2023 года стоит меньше 1000 рублей. Зато оно реализует несколько алгоритмов работы (на выбор пользователя), а диапазон регулировки составляет от 1 секунды до 999 часов.
Большой выбор реле времени по умеренным ценам имеется на торговых интернет-площадках стран Юго-Восточной Азии. Например, такой таймер стоит всего около 100 рублей. Правда, он рассчитан на управление низковольтными потребителями, но этот вопрос легко решается установкой дополнительного реле.
Но прежде, чем принять решение о покупке готового изделия, надо иметь в виду, что сделать электронный таймер совсем несложно, затраченное время окупится удовольствием, полученным при сборке или при освоении новой для себя области. Да и материальные затраты могут оказаться ниже при самостоятельном изготовлении устройства, а это тоже бывает важно.
