Praktická elektronika/Obvody/Monostabilní klopný obvod

Klopný obvod (KO) je elektronický obvod, který přechází mezi několika diskrétními stavy (nejčastěji dvěma), přičemž ke změně mezi stavy dochází skokově (překlopením).

Monostabilní klopný obvod, označovaný jako MKO, má jeden stabilní stav, ze kterého je možné jej přepnout do stavu nestabilního. Obvod se sám po určité době přepne zpět do stabilního stavu. Tento typ obvodu je možné použít například jako zpožďovací prvek.

Zpožďovač

Verze s jedním tranzistorem

Tento obvod funguje na principu nabíjení a vybíjení kondenzátoru C. Po stisknutí tlačítka K₁ se kondenzátor C nabije na plné napětí zdroje a zároveň začne rezistorem R téci proud do báze tranzistoru Q, který se otevře a relé K₂ sepne (žárovka Ž se rozsvítí). Po uvolnění tlačítka se kondenzátor vybíjí přes rezistor a jeho napětí klesá, tranzistor se tím více uzavírá, a po určitém čase klesne napětí natolik, že relé K₂ vypne (žárovka Ž zhasne). Dioda D chrání tranzistor před napěťovými nárazy při vypínání indukčnosti (cívka relé). Kontaktem relé lze ovládat prakticky libovolný spotřebič. Doba zpoždění je závislá na kapacitě C, odporu R, a hysterezi relé.

Postup návrhu

• Napájení → volíme U_N = 9V
• Relé K₂
  • → Jmenovité napětí cívky musí být rovno U_N
  • → volíme G5V-1 9VDC; (odpor cívky 540Ω → I ≈ 16,7 mA; zatížitelnost kontaktů 1A/24V DC)
• Tranzistor Q → omezující parametry:
  • v otevřeném stavu → proud kolektorem;
  • v uzavřeném stavu → napětí mezi kolektorem a emitorem
  • → volíme BC 547 (I_{C_MAX} = 100mA > 16,7mA; U_{CE_MAX} = 50V > 9V → OK)
• Rezistor R
  • → nesmí být překročen maximální proud do báze tranzistoru Q (I_{B_MAX}  = 5 mA)
  • → R_MIN = U_N/I_{B_MAX}  = 9/0,005 = 1800Ω → volíme E12 → 10kΩ.
  • Kontrola na ztrátový výkon: ΔP = U_N²/R = 81/10000 = 8,1 mW < 0,25 W → OK
• Kondenzátor C
  • → doba zpoždění je zhruba rovna T ≈ 5 * R*C;
  • požadujeme zpoždění 4s →  C ≈ 4/(5*10000) = 8*10^-5 → volíme 100µF; U_MAX > U_N → 16V

    

    Schéma zapojení

• Dioda D
  • → při vypnutí indukčnosti → maximální napětí U_N, proud omezuje odpor cívky
  • → volíme 1NN 4007 (U_MAX = 1kV > 9V; I_MAX = 1A > 16,7 mA → OK)
• Žárovka Ž
  • → Jmenovité napětí musí být rovno U_N (< U_MAX =24V);
  • maximální proud kontaktem relé je 1A → P< U_N * I_MAX = 12W
  • → volíme žárovku 12V/5W se závitem E10.

Seznam součástek

• U_N = 9V (laboratorní zdroj)
• K₁ - tlačítko
• K₂ - relé G5V-1 9VDC
• Q - BC 547 (TO92)
• R = 10kΩ/0,25 W
• C = 100µF/16V
• D - 1NN 4007
• Ž - 12V/5W - E10

Verze se dvěma tranzistory

Toto zapojení funguje na stejném principu jako předchozí obvod. Po připojení napájení je dioda vypnuta, po stisku tlačítka se rozsvítí a po čase opět zhasne. Čas, po který dioda nesvítí lze regulovat kapacitou kondenzátoru. Při kapacitě 470 μF zhasne cca na 15 sekund, při 100 μF to jsou pouze 2-3 s. Pokud chcete použít obvod k ovládání jiného obvodu, jednoduše místo diody a rezistoru 470 ohmů dáte relé.