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Kurz- u. Langzeit-Timer m. MOS 4536 (überarbeitet 25.12.2005)

 

Grundsätzliches:

Es lassen sich Timer-Laufzeiten zwischen Sekundenbruchteilen bis zu Tagen oder Monaten einstellen. Zur  Einstellung stellt man an S1 - S5 einen Code ein, je nachdem was man verwendet, entweder mit dem DIP-Schalter einzeln nach Tabelle oder viel einfacher mit dem Codier-Drehschalter, der automatisch je Schalterstellung einen anderen Code vergibt. 

Vorweg muß lediglich die "Basiszeit" einmalig an P1 justiert werden. Weil jedoch diese Basiszeit zu kurz ist, um sie direkt einzustellen, stellt man einen Code ein, der schon eine längere Timer-Laufzeit bewirkt, die ein Vielfaches der Basiszeit ist. Etwa eine Stellung mindestens im 10-Sekunden- oder besser im Minutenbereich. Diese Zeit wird dann per Uhr oder Stoppuhr nach dem dazugehörenden Wert der Tabelle an P1 feineingestellt. Danach stimmen auch alle anderen Zeiten der anderen Codes automatisch mit der Tabelle überein. 

"Generell ist zu beachten, daß die Zeit nicht mit Drücken, sondern erst ab Loslassen der SET-Taste läuft."

 

Die Ermittlung der Basiszeit:

Wenn Sie Excel installiert haben, können Sie mit Click auf den Link die komplette Tabelle herunterladen.   Einstell-Tabelle für den DIP-Schalter (S1 - S5) Dort können Sie in Zelle H2 den Wert beliebig verändern. 

 

Falls Sie kein Excel installiert haben, können Sie diese Tabelle nur ausdrucken, aber nicht bearbeiten. Sie müssen sich dann an die dort gegebenen, festen Werte halten.

 

 

Schaltplan m. PNP-Transistor

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Schaltplan m. P-Channel MOSFET

 

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Beschreibung

Der MOS4536 (auch CD4536, HCF4536, MC14536) ist ein schon etwas betagter Schaltkreis, aber mit geradezu wundervollen Eigenschaften. Außerdem ist er spottbillig. (Reichelt 45 Cent) Es läßt sich damit ein Timer aufbauen, für Millisekunden oder auch für 50 Tage Laufzeit oder länger. Der Ruhestrom ist fast Null und somit optimal für Batteriebetrieb. Bei unterschiedlichen Spannungen zwischen 5 und 15 Volt verhält er sich relativ konstant. 

Die Schaltung entspricht weitgehend dem Conrad-Bausatz "Langzeit-Timer" (Best.-Nr. 11 59 75). Technische Details zur Schaltungsfunktion findet man dort im Download der Baubeschreibung. Leider sind Bausatz-Beschreibungen häufig von minderer Qualität und enthalten bisweilen neben technischem Kauderwelsch auch grobe Fehler. Den Bastler mit dem nötigen Fachwissen stört das nicht, er liest diese Beschreibungen mit anderen Augen oder gar nicht. Der Laie hingegen, der sich Schritt für Schritt vortastet, gerät dagegen in große Schwierigkeiten und gibt oft frustriert auf. (siehe besonders Seite 10, oben, der Conrad-Bauanleitung) Es funktioniert aber trotzdem.

Etwas irritierend ist auch der Umstand, daß der SET-Taster an Pin 2 (RESET) liegt, und umgekehrt der RESET-TASTER an Pin 1 (SET). Das muß so sein und funktioniert auch. (bei der Conrad-Schaltung ebenso) Die ursprüngliche Conrad-Schaltung wurde besonders in Hinblick auf Langzeit-Batteriebetrieb abgewandelt.

 

Änderungen:

1. Versorgungsspannung:

Sie liegt nun zwischen 5 und 15 Volt. (ursprünglich 9 - 15 Volt)  Der Timer arbeitet sogar noch mit 3 Volt.

 

2. Ruhestrom:

Dieser ist nun äußerst gering und kann auch bei Batteriebetrieb vernachlässigt werden. Er wurde gesenkt durch Änderung der Pulldown-Widerstände an S1 - S5 (von 10k auf 1M). Er ist abhängig von den Schalterstellungen und beträgt bei 5 V max. 25 µA, wenn S1 - S5 geschlossen sind. (geöffnet entsprechend weniger, bei höherer Spannung mehr)

 

3. Codierung:

Die von Conrad mitgegebene Tabelle ist gegenüber dem üblichen BCD- oder Hexadezimal-Code seitenverkehrt. Entsprechend sind dort im Schaltplan die Codierschalter nicht entsprechend dem üblichen Code bezeichnet. Das wurde abgeändert und sollte nun übersichtlicher sein.

 

Zeiteinstellung:

Der Timer muß für den Bereich der Timer-Laufzeit codiert werden. (es wird auch das Wort "programmiert" verwandt) In der Conrad-Schaltung ist dafür ein DIP-Schalter mit 5 einzelnen Kontakten S1 - S5 vorgesehen. Damit werden die IC-Eingänge A, B, C, D und 8-Bypass bei geschlossenem Kontakt auf Plus gesetzt. Die Einstellung muß nach Tabelle vorgenommen werden. (Die 16 verschiedenen Codes kann man sich wohl schlecht merken.)

Einfacher ist die Einstellung mit einem Dreh-Codierschalter, entweder 10-stellig, was dem  BCD-Code entspricht oder 16-stellig, gleich Hexadezimal-Code. Es werden die "normalen" Dreh-Codierschalter verwand, also "Real-Code" und nicht die invertierten ("Komplement-Code"). Da der Dreh-Codierschalter nur 4 Ausgänge hat, ist für den 5. Ausgang (8-Bypass) ein Jumper als Ersatz für einen Schaltkontakt vorgesehen.

Ob man alle 16 Codes = Schaltstellungen zwischen kürzester und längster einstellbarer Zeit benötigt oder nur 10, sei dem Anwender überlassen. (es gibt auch noch solche mit nur 8, 6 oder 4 Stellungen, die sind aber im Bastlerversandhandel schwer zu bekommen)

Der Vorteil des Dreh-Codierschalters gegenüber dem DIP-Schalter ist der, daß jede höhere Schaltstellung eine "Verdopplung der Timer-Laufzeit" bedeutet. Das ist im Prinzip beim DIP-Schalter nicht anders, nur ist es dort nicht in dieser übersichtlichen Art der Einstellung möglich.

 

Mathematik: Die Basiszeit

Die kürzeste, einstellbare Zeit wird "Basiszeit" genannt. Sie errechnet sich aus der Oszillatorfrequenz. Diese wiederum ist von den Bauteilen abhängig. Da dies ein Frequenzteiler ist, sind die frequenzbestimmenden Bauteile (C3, R3, P1) Basis der Berechnungen. (An P1 kann man die Frequenz in Grenzen regulieren.)

Berechnung (ungefährer Wert):

Man beginnt mit der Zeitkonstante t, die bauteilabhängig ist. t = (R3+P1(Ohm)) x C3(Farad)

Beispiel: R10 = 10 k, P1 auf 58 k eingestellt, also zusammen 68 k, C3 = 47 nF

t = 68 * 1000 * 47 * 0,000000001, t = 0,003196 Sek.

Daraus könnte man die Oszillatorfrequenz errechnen. Oszillatorfrequenz = 1 : 3 * t = 104,297 Hz.

Es geht auch ohne viel Berechnung und es muß ohnehin mit einer Uhr abgeglichen werden. Benötigt wird die "Basiszeit" um nach Tabelle die Gesamtzeit für die einzelnen Codierungen abzulesen. Basiszeit/Sek. = 3 * t = 3 * 0,003196 = 0,009588 Sek. Basiszeit = 9,6 mS.

 

Anderes Beispiel:

Es wird eine vorher festgelegte Basiszeit gewünscht, z.B. wie sie hier in der Tabelle angegeben ist (0,0078125 Sek), damit man mit den entsprechenden Codier-Einstellungen zu den angegebenen Werten dieser Tabelle kommt.

Angenommen, C3 wird vorher auf 47 nF und R3 auf 10 k festgelegt. Folglich variiert man die Frequenz nur noch durch Einstellen an P1.

P1 = [Basiszeit(Sek.) : 3 * C3(Farrad)] - R3(Ohm)

P1 = [0,0078125 : (3 * 47 * 0,000000001)] - (10 * 1000)

P1 = 45407,8 Ohm

Dieser Wert wird an P1 eingestellt. Überprüft wird das Ergebnis, "die Timer-Laufzeit".  Läßt man S5 = 8-Bypass offen, ergibt der 1. Code der oberen Tabelle das 256-fache der Basiszeit von 0,0078125 Sekunden. Da auch dieser Wert noch relativ kurz ist, wird zur Einstellung auf ein Vielfaches dieser Zeit gestellt und dies sodann mit der Uhr oder Stoppuhr an P1 abgeglichen.

 

Zwischenfrage:

Warum überhaupt solch eine "krumme" Basiszeit wie 0,0078125 Sekunden? Nun, weil diese bei Einstellung des ersten Codes der Tabelle und geöffnetem S5 (bzw. Jumper für 8-Bypass) exakt 2 Sekunden Timer-Laufzeit ergibt. Das entspricht auch der 1. Schalterstellung des Dreh-Codierschalters (diese ist allerdings mit 0 bezeichnet und folglich die letzte mit 15).

Bei jeder folgenden Schalterstellung des Dreh-Codierschalters verdoppelt sich die Timer-Laufzeit, so daß insgesamt ein Bereich von 2 Sekunden (Stellung 0) bis über 18 Stunden (Stellung 15)  abgedeckt wird.

Mit einem anderen Kondensatorwert C3 lassen sich gänzlich andere Bereiche erzielen, kürzere oder längere. Z.B. C3 470 nF ergibt eine Basiszeit von 0,5859375 Sekunden und damit eine in 16 Stufen einstellbare Timer-Laufzeit von 2 Minuten und 30 Sekunden in der 1. Stufe, bis zu 56 Tagen/21 Stunden/20 Minuten in der letzten Stufe.

 

Bleiben wir aber zunächst bei 0,0078125 Sekunden Basiszeit:

Auf diesen Wert muß also P1 eingestellt werden. Man stellt z.B. den 3. Code der Tabelle ein (Code 0100) bei geöffnetem S5 bzw. Jumper. (DIP-Schalter S1=0, S2=1, S3=0, S4=0, S5=0)

Beim Dreh-Codierschalter ist dies die 3. Schaltstellung, also mit 2 bezeichnet. Dann überprüft man das Ergebnis mit der Stoppuhr und muß exakt eine Timer-Laufzeit von 8 Sekunden haben. Beim Feineinstellen muß P1 rechts herum höher oder links herum tiefer nachreguliert werden. Je höher die eingestellte Stufe, um so exakter läßt sich die Einstellung durchführen.

 

Wichtig!!! Da der Timer re-triggerbar ist, beginnt die Laufzeit logischerweise erst "ab Loslassen" der SET-Taste, also mit dem Öffnen dieses Kontaktes.

 

Mehr ist zur Einstellung nicht zu sagen. Außer, daß es zweckmäßig ist, die zur Verfügung gestellte Excel-Tabelle zu verwenden und dort die Basiszeit einzusetzen, um den gesamten Zeitbereich angezeigt zu bekommen.

 

Für die Excel-Tabelle gilt:

Der in die Zelle "Basiszeit" einzusetzende Wert ist die in der oberen Tabelle kürzeste Timer-Laufzeit (in Sekunden) dividiert durch 256. (z.B. 150 Sekunden : 256 = 0,5859375)

 

 

 

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