На “часовой” интегральной микросхеме К176ИЕ12 (DD1) собраны задающий генератор и делитель частоты.

Известно, что инверторы микросхемы, на которых собирается генератор по схеме, приведённой в книге Бирюкова С. А. “Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП” (М.: ДМК, 2000, с. 236), работают неустойчиво с некоторыми номиналами времязадающих R и С. Введение дополнительного инвертора на транзисторе VT3 повысило стабильность работы задающего генератора и сделало возможным его самовозбуждение при указанных на схеме параметрах времязадающей цепи.

Таймер включения и выключения электроприборов своими руками

Выдержку времени таймера на выключения нагрузки задают переменным резистором R15 по шкале, нанесённой на корпус таймера. В положении его движка, соответствующем минимальному (нулевому) сопротивлению при разомкнутых контактах переключателя SA1, частота генератора — около 16384 Гц, выдержка — 10 мин. Если же движок установлен в положение максимального сопротивления, частота генератора понижается примерно до 2730 Гц, а выдержка возрастает до 60 мин.

При замыкании контактов переключателя SA1 во времязадающую цепь включается конденсатор С7 и максимальная частота генератора уменьшается с 16384 до 2730 Гц, минимальная выдержка увеличивается до 1 ч, а максимальная — примерно до 6 ч. При таких граничных значениях для установки времени выдержки в обоих диапазонах можно пользоваться одной шкалой (только цена деления будет различаться в шесть раз). Нестабильность установленной частоты генератора в интервале комнатной температуры — около 0,4 %.

Для формирования сигнала сброса применён триггер Шмитта, собранный на транзисторах VT1, VT2. При зарядке конденсатора С1 через него протекает ток, открывающий транзисторы, и на оба входа R микросхемы DD1, а также на одноимённый вход микросхемы DD2 поступает напряжение высокого уровня. Положительную обратную связь для работы триггера создаёт резистор R7. Длительность сигнала сброса — около четырёх секунд. Этот же сигнал с помощью полевого транзистора VT5 создаёт задержку включения нагрузки после размыкания контактов кнопки SB1 (“Пуск”).

Задержка подачи сетевого напряжения на нагрузку необходима для зарядки конденсатора С12 и предотвращения частых включений/ выключений питания (например, из-за неисправностей в электросети), что может быть небезопасно для подключённых к розетке XS1 устройств. Резистор R1 ограничивает ток разрядки конденсатора С1 через контакты кнопки SB1, что увеличивает её срок службы. На микросхеме DD2 собран узел индикации оставшегося времени выдержки — его (в процентах от заданного переменным резистором R15) показывают последовательно включающиеся светодиоды HL2—HL6.

При зажигании HL7, свечение которого сигнализирует об истечении заданного времени, открываются транзисторы VT4, VT6. Первый из них блокирует поступление счётных импульсов на вход С микросхемы DD1, благодаря чему счётные импульсы на вход CP DD2 перестают поступать. Открытый транзистор VT6 блокирует подачу на VT7 открывающего напряжения, поступающего через резисторы R16, R18. В результате ключ на транзисторах VT7, VT8 закрывается, обмотка реле К1 обесточивается, его контакты размыкаются и питание подключённой к розетке XS1 нагрузки прекращается.

Транзисторы VT7, VT8 открыты, пока на одном из выходов 0—4 микросхемы DD2 присутствует лог. 1 и закрыты транзисторы VT4, VT6. Питание на транзисторы VT7, VT8 поступает через цепь R21C12, которая уменьшает ток через обмотку реле К1, что актуально при использовании маломощного трансформатора Т1. В момент открывания ключа VT7VT8 энергии, запасённой в конденсаторе С12, достаточно для быстрого и надёжного замыкания контактов реле К1, чтобы уменьшить их обгорание.

Светодиод HL1 светит, когда на нагрузку подаётся питание, этот светодиод включён таким образом, чтобы не создавать дополнительную нагрузку для маломощного источника питания.
Микросхемы и узлы на транзисторах VT1 —VT3 питаются стабилизированным напряжением 9В от стабилизатора, собранного на микросхеме DA1. Понижающий трансформатор Т1 подключён к сети через защитный резистор R2. На диодах VD2— VD5 собран мостовой выпрямитель переменного напряжения 12 В, конденсатор С4 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Большинство деталей устройства размещены на монтажной плате размерами 56×32 мм (рис. 2), монтаж — двухсторонний навесной. Установленные на ней компоненты для поверхностного монтажа приклеены клеем БФ-19, им же проклеены критичные к замыканиям некоторые участки монтажа. Диоды выпрямительного моста и конденсатор С4 установлены на отдельной плате размерами 25×16 мм. После проверки работоспособности устройства и его настройки платы покрыты с обеих сторон цапонлаком.

Корпус размерами 155x42x36 мм склеен из двух пластмассовых заглушек от пятидюймовых отсеков системного блока ПК форм-фактора АТ. К нижней стенке корпуса клеем “Квинтол” приклеены пластмассовые ножки высотой 5 мм, к верхней (изнутри) — светодиоды HL1—HL7. Вид на компоновку узлов в корпусе показан на рис. 3, внешний вид устройства — на рис. 4. Как видно, монтаж деталей и узлов очень плотный, что может затруднить повторение конструкции недостаточно опытными радиолюбителями, им я рекомендую использовать корпус и монтажную плату больших размеров.

Розетка XS1 — компактная самодельная. Состоит из двух латунных трубок внутренним диаметром 5 и длиной примерно 25 мм, отрезанных от колена телескопической радиоприёмной антенны. Для надёжного контакта со штырями вилок в трубках с противоположной стороны сделаны пропилы длиной около 21…22 мм и шириной чуть больше 1 мм в диаметрально противоположных стенках, после чего на них надеты по три-четыре равномерно распределённых по длине разрезов цилиндрических пружины из стальной проволоки (число витков пружин — 2…2,5, длина — 2,5…3 мм).

Внутренний диаметр пружин и диаметр проволоки подобраны такими, чтобы стенки трубок под их действием надёжно контактировали со штырями вилок диаметром 4 мм. Таким образом, штыри любой сетевой вилки, вставленной в розетку XS1, оказываются плотно обжатыми, что почти исключает их нагрев. К трубкам припаяны многожильные провода сечением по меди 1,2 мм2, после чего на них надеты толстые ПВХ-трубки. В таком виде стыковочные узлы розетки установлены в корпусе на расстоянии 19 мм один от другого и закреплены толстым слоем полистиролового клея (проследите за тем, чтобы он не попал внутрь трубок и в места взаимодействия с ними стягивающих пружин).

Противоположные концы проводов, соединяющих розетку со штырями сетевой вилки ХР1, кроме предусмотренного её конструкцией винтового соединения (которое обязательно ослабнет через несколько лет), ещё и припаяны к штырям, что уменьшает вероятность неприятностей при большом токе подключённой к прибору нагрузки. Провода, идущие внутри корпуса таймера к гнёздам розетки XS1, должны быть сложены вместе или образовывать витую пару, а идущие к переменному резистору R15 и переключателю SA1 должны быть возможно меньшей длины и экранированными.

Переменный резистор R15 — малогабаритный импортный (фирмы TEL- POD) с линейной характеристикой (можно применить и отечественный СП4-1 или СПЗ-9а). Его металлический экран соединён с общим проводом. Защитный резистор R2 в цепи первичной обмотки трансформатора Т1 — импортный, невозгораемый или разрывной. Остальные постоянные резисторы — любого типа общего применения (С1-4, С1-14, С2-23, РПМ, МЛТ и т. п.). Резистор R14 припаян к выводам переменного резистора R15, резисторы R20—R27 — к выводам соответствующих светодиодов и приклеены к корпусу устройства.

Конденсаторы С1—СЗ, С5, С9—С11 — керамические, С6, С7 — плёночные малогабаритные (С7 припаян к контактам переключателя SA1), остальные — оксидные малогабаритные импортные.
Кнопка SB1 — мембранная без фиксации в нажатом положении, переключатель SA1 — импортный движковый малогабаритный, одноимённые контакты свободных групп подсоединены параллельно используемым, металлический корпус соединён с общим проводом (применив переключатель на три или более положений, можно увеличить число интервалов таймера).

Таймер включения и выключения электроприборов питается от понижающего трансформатора Т1 — от музыкального центра Panasonic SA-AK28, его вторичные обмотки на 10 и 2В соединены последовательно для получения переменного напряжения 12 В. Подойдёт любой аналогичный трансформатор с таким же напряжением на вторичной обмотке, рассчитанной на ток нагрузки от 0,1 А (например, ТПК-2-9В, ТПК-2-12В). Электромагнитное реле К1 – JQX-115F-I-012-1HS3 (номинальное напряжение — 12В, сопротивление обмотки — 360 Ом), с двумя группами контактов, рассчитанных на коммутацию переменного тока 16А при напряжении 250 В (одноимённые контакты групп соединены параллельно).

Возможная замена этого реле — HRM3H-S-DC12V (12 В, 576 Ом). В выпрямителе устройства (VD2— VD5) можно использовать любые диоды с прямым средним током от 300 мА и обратным напряжением не менее 50 В (КД105Б-КД105Г, КД208А, 1 N4001 — 1N4007 и т. п). Вместо диодов PMLL4148 (VD1, VD6, VD7) можно применить PMLL4446, PMLL4448, PMLL4150, PMLL4151, PMLL4153, вместо интегрального стабилизатора напряжения 78L09 (DA1) — любой из серий ***78L09, ***78S09 в корпусе ТО-92. Микросхема К561ИЕ9 заменима импортными аналогами, например, CD4022A, МС14022В.

Вместо транзисторов серии 2SC3199 (VT1, VT3, VT4, VT6, VT7) можно применить приборы серий 2SC3330, 2SC2458, SS9014, а также любые из серий ВС547, КТ6111, вместо 2SA933 (VT2) — любой из 2SA1378, 2SB810, ВС557, ВС558, SS9015, КТ6112, вместо SS8550 (VT8) — 2SB554, 2SB1116 и любой из серий КТ684, КТ686. Маломощный полевой транзистор КП501Б (VT5) заменим любым из ZVN2120, BSS88, BSS295 и серий КП501, КП504, КП505А-КП505В.

Следует учесть, что упомянутые в вариантах замен транзисторы могут иметь отличия в типе корпуса и цоколёвке. Транзистор VT1 следует подобрать с коэффициентом передачи тока базы не менее 150. Светодиоды RL310-YG414S, RL310- HY214S и RL30-CB744D (все диаметром 3 мм и соответственно зелёного, жёлтого и синего свечения) можно заменить любыми аналогичными с повышенной светоотдачей.

Как настроить таймер включения и выключения электроприборов

Настройка таймера начинается с подборки резистора R21. Его сопротивление должно быть таким, чтобы контакты реле К1 надёжно переключались при отсутствии конденсатора С12.
Подборкой резистора R20 устанавливают ток через светодиод HL1 около 5…10 мА.
Далее к выводу 14 микросхемы DD1 через резистор сопротивлением 100 кОм подключают частотомер. Установив движок переменного резистора R15 в положение нулевого сопротивления, подборкой резистора R10 при разомкнутых контактах переключателя SA1 доводят частоту генератора до 16384 Гц.

Затем переводят движок R15 в положение максимального сопротивления, и подборкой резистора R14 устанавливают частоту генератора, равную 2730 Гц. Наконец, ещё раз повернув движок R15 в положение нулевого сопротивления, подборкой конденсатора С7 при замкнутых контактах SA1 снова добиваются частоты генератора 2730 Гц. Остаётся отградуировать прибор, изготовить шкалу для переменного резистора и прибор готов.