上期介绍的充电型定时器,其定时电容在整个延时过程中一直接在电源回路中,容易感受从电源中混入的外界干扰。即使定时器加接了密勒电容,使得在高频干扰面前不会立即产生误翻现象,这种干扰也还是会影响电容充电的。在长时间延时过程中,如果干扰过多,电容充电的积累误差就会明显起来。另外一个更为严重的问题是,当定时器处于最大延时档时,往往处于临界触发状态,略有环境条件变化,或定时电容日久漏电增加,都有可能使触发电流减小,造成不能自动关机的严重事故。以下介绍的放电型定时器,在整个延时过程中,定时电容是脱离电源的,因此抗干扰能力可进一步提高。另外,放电电容和耗尽型场效应管相配合,使得这些电路的定时电阻值不论取多大,放电电流不论有多么微弱,定时器最终总是使J断电的,因此安全可靠性大大提高。这种电路型式对制作特长延时的定时器最为有利。
图1是一个简易放电型定时器电路。由图可见,这个定时器的电源一直是接通的,所以启动前V\(_{E}\)=+18V早已通过J、R8及BG\(_{2}\)的G、S间正向电阻,向定时电容C3充足了电(V\(_{C3}\)=18V),尽管充电电流早已消失,BG2仍然是饱和导通的。这是因为BG\(_{2}\)是耗尽型场效应管,即使VGS=0,也总有漏极电流I\(_{DSS}\)≈3mA通过R6,使V\(_{D}\)≤0.5伏,所以BG3截止,J不会吸合。一旦手按启动按钮后,继电器J立即吸合,同时使C\(_{3}\)正极通过R8改接到地线上,也就接到S极,这样3DJ6的栅极立即出现-18V的偏压,因而BG\(_{2}\)截止,BG3导通并取代了启动按钮,维持了继电器的吸合状态,在插座处就会为用电设备提供正常的电源。

由于BG\(_{3}\)的深饱和导通,使定时电容C3脱离了正电源,并且C\(_{3}\)上的负压不能通过BG2的GS间的反向电阻,而只能在孤立的回路C\(_{3}\)—R8—W—R\(_{7}\)中慢慢地放电。因此在放电期间,电源电压的波动、外界的干扰,对C3的放电影响都很小。
随着C\(_{3}\)的放电,3DJ6的栅负压逐渐减少,经过一定时间,当VC3降到了夹断电压绝对值之下时,BG\(_{2}\)便开始恢复导通,BG2、BG\(_{3}\)的交叉耦合,使之形成强烈的正反馈,BG3迅速进入截止状态,继电器立即断电,切断了用电器负载电源。此后C\(_{3}\)又经历了短暂的充电过程,一切又恢复到原来的状态了。这就是定时器工作的全过程。
由于R\(_{8}\)的存在,C3的充电电流很小,不会使J吸合,但是当R\(_{6}\)阻值过小时,充电电流较大,可能大于继电器J的吸合电流,定时器就会失灵。
这种定时器由于一直接通着电源,所以必然带来一些功率损耗。但由于这种功耗不大(小于1瓦),所以不会造成太大浪费。不过要注意,平时继电器J可能长期处于断电状态,大部分工作电流将转入BG\(_{1}\)中,会使BG1发烫,串上R\(_{3}\)后便可大大减轻BG1的管耗。图1电路的最大缺点在于,连续使用时应间隔5秒钟以上,方可再次启动,否则C\(_{3}\)充电不足,定会影响到计时准确性。
图2是一个功能全的放电型定时器,电路稍复杂,但性能较好。它不仅能自动进行定时电容的预充电工作,并且能在充得合适电压值后,自动关断自身电源,并将各电容中的残余电荷泄放掉。这样,定时器就可以连续重复使用了。笔者制作的这个定时器,在延时60分钟以内时,误差一般小于1分钟,最大延时可达44小时之久。

图2电路的工作原理是:按下启动按钮的瞬时,市电经电容C\(_{1}\)降压,桥式整流,BG2稳压后,产生的低压电源(V\(_{E}\)=25V)立即经过R4和J\(_{1}\)-2加在BG1基极,使BG\(_{1}\)导通,继电器J吸合。其继电器常开触点J1-1立即吸合代替了闭合时的启动按钮,把电源接通。此时常闭接点J\(_{1}\)-2断开,但由于C3的存在,仍可继续维持BG\(_{1}\)导通约10秒。常闭接点J1-3断开,于是电源即通过R\(_{1}\)0和BG6的栅源正向电阻向定时电容C\(_{7}\)进行预充电。随着C7的充电,C\(_{7}\)的正端(即图2中S点)电位逐渐升高,大约3秒钟后,S点的电位就会大于触发开关的参考信号端F点的电位(VF值由R\(_{7}\)、R8分压决定,一般V\(_{F}\)≈21伏),触发开关翻转,BG3、BG\(_{4}\)均成导通状态。这就相当于把R9一端瞬间接地,于是S点电位立即降为V\(_{S}\)≈VE·\(\frac{R}{_{9}}\)R9+R\(_{1}\)0=17伏,而在这一瞬间C7正极的电位V\(_{c7}\)≈21伏几乎不变。所以BG6栅极上立即出现负偏压,即V\(_{G}\)=VS-V\(_{c7}\)=17-21=-4伏。由于BG5、BG\(_{6}\)之间的交叉耦合会产生强烈的正反馈,所以即使VS略有下降,也足以使BG\(_{5}\)、BG6翻转。于是BG\(_{5}\)导通,BG6截止。BG\(_{5}\)的导通使继电器J又得到了另一个通路。此后即使BG1因C\(_{3}\)充足电丧失了基流而截止,J也能够通过R3、D\(_{6}\)、BG5得到足够的电流而维持吸合状态。
BG\(_{5}\)的导通,使VS≤0.3V,此电压低于BG\(_{4}\)的阀值电压,所以BG3、BG\(_{4}\)恢复截止,R9的存在也就不再影响定时电路了。另一方面,BG\(_{5}\)的导通使定时电容C7的正端从电源正端改接到地,脱离了电源,再加上BG\(_{6}\)的栅源反向电阻极大,所以C7的放电过程只能在孤立的C\(_{7}\)—R12—W回路内进行,外界的干扰信号对C\(_{7}\)的放电过程影响将大大减小。另一方面,因为BG5的β值较大,所以在绝大部分时间内BG\(_{5}\)是深度饱和的,它的抗干扰能力就较强,即使是将要临近翻转之时,由于负反馈电容C6的存在,也能很好地抑制高频干扰。
此后,随着C\(_{7}\)不断地放电,BG6的栅负压就在不断地减小,直到电容C\(_{7}\)上的电压下降到BG6的夹断电压V\(_{9}\)的绝对值之下时,BG6开始恢复导通状态,又一个强烈的正反馈使BG\(_{5}\)立即转为截止。继电器J的最后一条通路被截止了(BG1早在启动十余秒后即已截止),所以继电器J释放,表示定时时间已到。
继电器J一旦释放,其触点J\(_{1-1}\)便把负载电源断开,同时,J1-2及J\(_{1}\)-3分别把电容C3、C\(_{7}\)的残余电荷放光,以便下次重新启动时这两个电容能正常工作。如果不用J1-2将C\(_{3}\)的残余电压(约25伏)放掉,那么C3只能通过BG\(_{1}\)的be结的反向电阻放电,这就可能要用几小时之久才能把电放完,在此之前定时器是无法重新启动的。如果不用J1-3把C\(_{7}\)的残余电压(约5伏)放掉,那么在重新启动时,因为C4上的电压也有一个逐渐升高的过程,刚开机时V\(_{C4}\)几乎为零,所以VF≈0,于是V\(_{S}\)>VF,故触发开关会提前导通,造成定时电容充电不足,延迟时间变短,产生不能容忍的误差。
二极管D\(_{5}\)是用来防止继电器J断电瞬间又被自动吸合而设的。这是因为在J断电的瞬间,C4上的残余电压还可能高达二十几伏,这个电压就会通过R\(_{4}\)和J1-2使BG\(_{1}\)再次导通,造成又一次误启动。增设D5后,即使C\(_{4}\)残余电压能加到BG1基极,然而却不能加到继电器J上,继电器就不会产生误吸合了。
D\(_{6}\)是用来隔离BG1和BG\(_{5}\)的。如果没有D6,那么BG\(_{1}\)一旦导通,BG5的集电极电位也就降到0.5伏左右,这样C\(_{7}\)的预充电过程就不可能进行了。
电阻R\(_{2}\)是为了防止启动时通过C1的浪涌电流烧毁二极管而设的。如果不用R\(_{2}\),那么为了承受住浪涌电流的冲击,整流二极管必须选用工作电流大于0.5A的。加接R2后,这些二极管可用普通2CP6管。



这个定时器的延迟时间由下式决定:T≈RCln\(\frac{V}{_{F}}\)VGT,其中R=R\(_{12}\)+W;C即定时电容C7;V\(_{F}\)为触发开关的参考电压,当VE=25V,R\(_{7}\)、R8阻值如图所示时,V\(_{F}\)=21V,VGT为BG\(_{5}\)、BG6刚开始翻转时的栅极电压,其准确值可在线路搭成以后测得。方法是:启动后立即用万用表10V档并接在C\(_{7}\)两端,可以看到指示值逐渐下降,当降到某一值时,定时器指示灯突然熄灭,此时万用表上的读数即为VGT值。若测得V\(_{F}\)=21V,VGT=5V,则延迟时间公式可简化为T≈1.44RC,其中R单位为欧姆,C单位为法拉,T单位为秒。如果取C=220μ,则T≈0.3R,其中R以kΩ计算,T单位为秒。由于商品电容标称容量与实际值相差很大,所以以上计算仅供参考。图3为有关定时电阻的选配方法及具体数值,可供参考。图4为1:1的印刷线路板,定时器的外型示意图见图5。所有晶体管的耐压均要求大于30V,BG\(_{1}\)的β>150,BG2的β>50,BG\(_{3}\)的β为20~200,BG4的β为20~200,BG\(_{5}\)的β>100。(李振华)