I temporizzatori trovano impiego in numerosissime applicazioni, come il controllo di elettropompe e ventilatori, azionamenti, illuminazione; proprio in tema di luci, il classico timer è quello che fa accendere a tempo le lampadine di atri e scale negli edifici, dietro comando di un pulsante.
Quello siffatto è un circuito che, triggerato dal pulsante (o da un ingresso di attivazione), avvia una temporizzazione e, tramite un relé elettromeccanico o allo stato solido, alimenta un utilizzatore sconnettendolo allo scadere del tempo impostato.
Ma esistono altri tipi di temporizzatore che potremmo considerare “più completi” e che sono utili, se non indispensabili, in altre situazioni: ci riferiamo ai timer start/stop, dei quali un buon esempio è il progetto che vi proponiamo in queste pagine.
Si tratta di circuiti che attivano un utilizzatore alla pressione di un pulsante di avvio (start) e che, in assenza di ulteriori comandi, lo disconnettono (sempre mediante relé o interruttore allo stato solido…) allo scadere di un intervallo di tempo preimpostato, ma che dispongono di un secondo pulsante (stop) premendo il quale è possibile porre fine istantaneamente alla temporizzazione e quindi sconnettere l’utilizzatore anche prima dello scadere dell’intervallo di tempo impostato.
Funzionamento del Timer Start/Stop
Vediamo dunque come funziona il timer start/stop analizzando il nostro circuito.
Schema elettrico
Come potete vedere, si tratta di qualcosa di piuttosto semplice, che si avvale del popolare e immancabile timer “tuttofare” NE555, qui utilizzato con i comandi di trigger e di reset separati e assegnati, rispettivamente, al pulsante START (P1) e al pulsante STOP (P2) della temporizzazione.
Per l’esattezza, il nostro 555 (chiamato U1 nello schema elettrico) funziona nella configurazione da multivibratore monostabile, però con la possibilità di gestire manualmente il piedino di reset allo scopo di azzerare in qualsiasi momento la temporizzazione e caricare istantaneamente il condensatore elettrolitico C2.
Cosa succede nel 555
Per farvi comprendere cosa significhi ciò nella pratica, diamo insieme uno sguardo all’interno dell’integrato 555: questo integrato contiene due comparatori aventi in comune un partitore di tensione multiplo che polarizza, per l’operazionale superiore l’ingresso invertente e per quello inferiore, il non-invertente.
I comparatori vengono resi accessibili dall’esterno attraverso:
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l’ingresso non-invertente di quello superiore (pin 6: THRES, Threshold)
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l’invertente di quello inferiore (pin 2: TRIG, Trigger)
Il nodo tra la prima e la seconda resistenza del partitore multiplo viene portato all’esterno tramite il pin 5 (CONT, Control Voltage), permettendo di alterare le tensioni di riferimento dei comparatori.
Così si può controllare con una tensione esterna la frequenza (in configurazione astabile) o la durata dell’impulso (in configurazione monostabile), ottenendo per esempio un modulatore PWM.
Le uscite dei comparatori del 555 entrano in un flip-flop di tipo RS, la cui uscita diretta (Q) va a livello alto quando il SET è alto e a zero logico quando il RESET è alto. Il 555 include anche:
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Un transistor NPN open-collector sul pin 7 (DISCH)
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Un’uscita push-pull sul pin 3 (OUT)
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Reset a logica invertita sul pin 4
Nel nostro circuito, il RESET è tenuto normalmente alto da una resistenza di pull-up, ma può essere portato a livello basso dal pulsante P2.
Il trigger (pin 2) è mantenuto alto da una resistenza di pull-up (R4) e viene portato a zero logico da P1 per avviare la temporizzazione.
Inoltre, il circuito altera leggermente i potenziali di riferimento dei comparatori attraverso il partitore formato da R3 (4,7 kΩ) e R2 (10 kΩ).
Alla pressione di P1:
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Il condensatore C2 inizia a caricarsi tramite R1-R8
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Quando la tensione su C2 supera i 2/3 di Vcc, il comparatore superiore commuta
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Il flip-flop viene resettato, il transistor interno scarica C2 e la temporizzazione termina
Premendo P2 durante la temporizzazione:
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Si porta a zero il pin 4
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Il flip-flop viene azzerato
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Il transistor scarica C2 e il timer torna a riposo
Calcolo del tempo
La durata teorica dell’impulso si calcola come:
T = 1,1 × (R1 + R8) × C2
Nel nostro caso, considerando la modifica ai potenziali di riferimento, usiamo il fattore 1,4 al posto di 1,1.
Con un trimmer da 2,2 MΩ e C2 = 100 µF, il tempo varia da 0,14 s a 300 s (5 minuti).
Uscita e protezione
Il pin 3 pilota la base di T1 tramite R5. Quando l’uscita è alta:
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T1 va in saturazione
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Alimenta la bobina del relé RL1
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Chiude il contatto normalmente aperto
A fine temporizzazione:
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T1 si interdice
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Il relé torna a riposo
Per proteggere T1 da extratensioni inverse, si utilizza un diodo D1 in antiparallelo alla bobina. Un LED (LD1) con resistenza in serie (R7) segnala lo stato attivo.
Caratteristiche Tecniche
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Tensione di alimentazione: 12 V
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Corrente assorbita: 60 mA
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Temporizzazione: 0,14 ÷ 300 s
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Uscita a relé con scambio completo
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Tensione commutabile: 250 Vca
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Corrente commutabile: 2 A
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Comando a pulsante di start e stop
Elenco Componenti
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R1, R4, R7, R9: 1 kΩ
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R2, R5: 10 kΩ
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R3, R6: 4,7 kΩ
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R8: Trimmer 2,2 MΩ
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C1: 100 nF 63 V
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C2: 100 µF 16 V
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D1: 1N4007
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D2: 1N4148
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T1: BC547
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U1: NE555
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LD1, LD2: LED 3 mm (rosso e verde)
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RL1: Relé 12V/10A 1 scambio
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P1, P2: Pulsanti 12×12 mm
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Varie: Zoccolo 4+4, morsetti passo 5 mm, circuito stampato FK005 (73×49 mm)
Realizzazione Pratica
Montare i componenti in quest’ordine:
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Resistenze
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Condensatori non polarizzati
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Diodi
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Zoccolo del NE555
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LED (il catodo è il lato smussato)
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Transistor
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Morsettiere
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Condensatore elettrolitico
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Relé
Seguite il disegno di montaggio fornito nelle pagine della rivista per l’orientamento dei componenti polarizzati.
Installazione e Utilizzo
Lo scambio del relé può essere utilizzato per interrompere uno dei fili dell’alimentazione dell’utilizzatore.
Se si tratta di corrente alternata, si raccomanda di interrompere il filo della fase, da identificare con un cercafase.
📌 Attenzione ai limiti di tensione e corrente indicati nelle caratteristiche tecniche.
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