Вредный эффект Миллера в таймерах

Для бытовых применений часто требуются устройства задержки времени (таймеры) с выдержкой 0,5...10 мин и с невысокой точностью - ±10...15%. Наиболее просто сделать такие устройства на основе времяза-дающих RC-цепей. Однако большие выдержки на практике достичь не так просто, поскольку при использовании резисторов с большим сопротивлением начинают сказываться неконтролируемые токи утечки, например, влажность платы, а также сказываются утечки оксидных конденсаторов. В журнале "Радио", 2004, № 8 на с. 31 была опубликована замечательная статья И. Нечаева "Использование эффекта Миллера во времязадающих RC-цепях", где автор предложил использовать "вредный" эффект Миллера в полезных целях. Суть эффекта Миллера - увеличение динамической ёмкости в цепи отрицательной обратной связи усилительного элемента. Приведена практическая схема с применением в качестве порогового элемента уровня зарядки ёмкости операционного усилителя. Меня идея очень заинтересовала, и я попробовал немного упростить схему с применением легкодоступных элементов, чтобы её могли применить начинающие радиолюбители-конструкторы в домашней автоматике. В качестве порогового элемента применил триггер Шмитта с полевым транзистором. Схема получилась достаточно простой и не требовательной к номиналам элементов. На основе этой схемы был собран таймер для туалетной или ванной комнаты, который срабатывает при открывании двери. Схема устройства показана на рис. 1. 

В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, конденсатор С3 заряжен, поэтому транзистор VT2 также закрыт, а полевой транзистор VT3 открыт, поэтому транзисторы VT4, VT5 закрыты, реле обесточено и на осветительную лампу EL1 напряжение сети не поступает. Геркон SF1 закреплён на косяке двери так, чтобы при её открытии на 10...15о магнит, расположенный на двери, вызывал его срабатывание - замыкание контактов. В этом случае конденсатор С1 заряжается через переход база-эмиттер транзистора VT1, который в этот момент открывается и разряжает конденсатор С3, в результате начинается отсчёт времени таймера. Транзистор VT3 закрывается, а VT4 и VT5 открываются, реле K1 срабатывает, и включается освещение. Когда конденсатор С3 зарядится до напряжения, при котором начнёт открываться транзистор VT3, триггер Шмитта (транзисторы VT3, VT4) переключится и реле будет обесточено - освещение выключится. Время выдержки задаёт цепь R5R6C3, но оно существенно больше постоянной времени этой цепи, поскольку конденсатор С3 включён в цепь отрицательной обратной связи усилительного каскада на транзисторе VT2. Это и позволило применить конденсатор С3 относительно небольшой ёмкости. Когда дверь закрывают изнутри, ригель защёлки на ней замыкает контакты выключателя SA2 (микрокнопка на косяке двери), транзистор VT1 будет постоянно открыт, конденсатор С3 разряжен, и свет горит постоянно. Штатный выключатель SA1 используется опционально для запуска таймера, т. е. перещёлкнув выключатель, таймер снова запускается, также запуск происходит и от геркона. В случае необходимости заглушку XP2 подключают к разъёму XS1, и она возвращает систему освещения в оригинальное состояние в случае возможной неисправности электроники. Питается таймер от блока питания на трансформаторе T1, выпрямительном мосте VD2 и сглаживающем конденсаторе С4. Можно применить постоянные резисторы МЛТ, подстроечный - СП3, диоды - серий КД521, КД522, диодный мост можно заменить диодами серии 1 N400x, оксидный конденсатор - К50-35, конденсатор С3 - плёночный, остальные - К10-17, К73. Реле должно быть с напряжением обмотки 12 В и контактами, рассчитанными на коммутацию тока не менее 1 А при напряжении сети. Понижающий трансформатор может быть мощностью 2...5 Вт с напряжением вторичной обмотки 9...10 В. Транзистор VT2 желательно подобрать с наибольшим h213 в режиме микротоков. Аналогичная схема была применена для изготовления таймера для клеевого пистолета. Дело в том, что имеющийся у меня клеевой пистолет через 2...3 мин перегревался, и необходимо было вытаскивать вилку из розетки. Можно было бы собрать терморегулятор, но мне показалось, что с задачей вполне справится таймер, который включает нагреватель пистолета на 1,5...2 мин на полную мощность при кратковременном нажатии на курок, а в дежурном режиме - на половинную мощность.

Схема такого таймера показана на рис. 2. Здесь таймер управляет высоковольтным полевым транзистором VT5, который подаёт напряжение сети на нагреватель ЕК1. Когда транзистор открыт, на нагреватель поступает полное напряжение сети, а когда закрыт - только его половина через встроенный в транзистор защитный диод. Таймер питается от узла питания на основе балластного конденсатора С2, выпрямителя на диодах VD1, VD2, сглаживающем конденсаторе С1 и стабилитроне VD3. Светодиод зелёного свечения (HL1) индицирует включение в сеть, красного свечения - полный нагрев. Запуск таймера осуществляется замыканием контактов геркона SF1. Для этого на курке закреплён небольшой, но мощный магнит, который при небольшом нажатии на него вызывает срабатывание геркона, установленного на рукоятке. Все элементы смонтированы на макетной печатной плате, размещённой в рукоятке термопистолета. Были применены малогабаритные элементы, конденсатор С3 - малогабаритный для поверхностного монтажа.