Časovač s obvodem 4541
Timer with 4541

Integrovaný obvod HEF4541 je určen pro konstrukci jednoduchých časovačů. Obsahuje oscilátor, programovatelnou děličku a obvody zajišťující pomocné funkce. Snadno lze dosáhnout zpoždění až několika hodin. S obvodem lze jednoduše realizovat zapojení, nahrazující monostabilní multivibrátor pro dlouhé časy. Můžete jej použít ve schodišťovém spínači, v časovači pro nabíječku nebo zvětšovací přístroj.


Obr. 1. Zjednodušené blokové zapojení obvodu 4541
Figure 1. Simply functional diagram

Tab. 1. Nastavení vnitřního děliče
Table 1. Division ratio

A0 A1 Počet dělicích stupňů Dělicí poměr
L L 13 8192
L H 10 1024
H L 8 256
H H 16 65536

Tab. 2. Funkční tabulka časovače
Table 2. Function table

AR MR PH MO Funkce
H L X X autoreset vypnut
L L X X autoreset zapnut
X H X X (Master) reset
X L X H normální funkce děličky
X L X L dělička se po naplnění zablokuje (single-cycle mode)
X L L X po resetu je výstup L
X L H X po resetu je výstup H

Funkci obvodu si nejlépe vysvětlíme na blokovém schématu (obr. 1). Na vývodech 1, 2 a 3 jsou vyvedeny invertory, umožňující sestavit oscilátor RC. Následuje binární dělič, který dělí kmitočet signálu oscilátoru v poměru 1:256, 1024, 8192 nebo 65536. Dělicí poměr se mění podle nastavení úrovně na vývodech 12 (A0) a 13 (A1), viz tab. 1. Přivedeme-li na vývod 10 (MODE) log.1, chová se dělič běžným způsobem, při log.0 se dělič po prvním výstupním impulsu zablokuje. Obvod lze kdykoli uvést do počátečního stavu přivedením log.1 na vývod 6 (MR - Master Reset). Je-li vývod 5 (AR - Auto Reset) připojen na log.0, obvod se vynuluje vždy, zmenší-li se napájecí napětí pod určitou velikost (a tedy i při zapnutí). Podle katalogu má být toto napětí asi 5 V, avšak u obou obvodů, které jsem zkoušel (HCF4541), se pohybovalo okolo 2,5 V. A nakonec úrovní na vývodu 9 (PH) lze měnit fázi výstupního signálu - invertovat jej. Možné stavy obvodu jsou přehledně uvedeny v tab. 2. a nejdůležitější parametry obvodu v tab. 3.


Obr. 2. Časový spínač
Fig. 2. Timer

Na obr. 2 je zapojení jednoduchého časového spínače. Po zapnutí sepne relé a je sepnuto asi 5 minut. Rovněž po stisku tlačítka relé na 5 minut sepne. Vstup MODE je uzemněn, protože chceme jen jeden výstupní impuls. Binární dělič je přepnut na největší dělící poměr, tj. 1:65536. Protože je na výstupu je v log.1 jen polovinu z celkové délky impulsu (výstupní signál má střídu 1:1), je potřeba polovina, tj. 32768 kmitů oscilátoru. Pro 5 minut (300 s) je kmitočet oscilátoru:

V doporučeném zapojení oscilátoru můžeme vypočítat hodnoty součástek ze vzorce:

Podle katalogu tento vzorec platí, pokud Rs=2Rt a RsC2<<RtCt. Rezistor Rs zmenšuje závislost kmitočtu oscilátoru na napájecím napětí a teplotě. Kondenzátor C2 zabraňuje divokým oscilacím a ve většině případů jej lze vypustit. Zvolíme-li odpor Rt = 120 kOhm a Rs = 270 kOhm bude kapacita kondenzátoru Ct = 33,17 nF. Z řady E6 zvolíme nejbližší hodnotu 33 nF. U postaveného vzorku byl skutečný čas sepnutí 4 minuty a 43 sekund. Potřebujeme-li nastavit čas přesně, zmenšíme odpor rezistoru Rt na 100 kOhm a do série zapojíme trimr 47 kOhm.

Relé je k obvodu připojeno běžným způsobem přes tranzistor T1. Napájecí napětí může být v rozmezí 3 až 15 V, s ohledem na použité relé jsem zvolil 9 V.


Obr. 3. Generátor přesného kmitočtu 0,5 nebo 50 Hz
Figure 3. Generator with precise frequency 0,5 or 50 Hz

Na obr. 3 je zapojení obvodu ve funkci krystalového oscilátoru s děličem kmitočtu. Na výstupu obvodu jsou impulsy s kmitočtem 0,5 Hz, které lze dále použít pro řízení hodin, časovačů apod. Při použití krystalu s kmitočtem 3,2768 MHz získáme zdroj přesného kmitočtu 50 Hz pro úpravu stolních hodin (původně řízených kmitočtem sítě). Ve zkoušeném zapojení byl použit miniaturní krystal z digitálních hodinek. Pro krystaly s jinými (vyššími) kmitočty bude třeba změnit hodnoty některých součástek - R2 na jednotky kOhm a C1 na desítky pF.

Tab. 3. Základní parametry HEF4541 (CD4541)
Table 3. Basic electrical characteristic HEF4541 (CD4541)

Parametr min typ max
Napájecí napětí
Supply voltage		 3 V   18 V
(15 V)
Napájecí proud AR=L
Quiescent current
Vdd=5 V
Vdd=10 V
Vdd=15 V		  

20 µA
250 µA
500 µA

(5 µA)
(10 µA)
(20 µA)
Maximální kmitočet
Vdd=5 V
Vdd=10 V
Vdd=15 V
8 MHz (1 MHz)
16 MHz (3 MHz)
18 MHz (4 MHz)
16 MHz (2,5 MHz)
30 MHz (6 MHz)
36 MHz (8,5 MHz)		  
Kmitočet oscilátoru
Rt=5 k, Ct=1 n, Rs=10 k
Rt=56 k, Ct=1 n, Rs=120 k		  
90 kHz
8 kHz		  

Obvod 4541 nabízí většina prodejců elektronických součástek za velmi příznivou cenu 10 až 15 Kč. Obvod jsem nalezl, když jsem něco hledal v katalogu obvodů CMOS a hned jej použil - umožnil mi zjednodušit zapojení časovače v jednom přístroji.

Jaroslav Belza

Popis obvodu 4541 byl otištěn v Amatérském radiu 1/1995 na s. 16.
V článku byly použity údaje z katalogu PHILIPS HE4000B logic family - CMOS (1986) a CD-ROM National Semiconductors (1996) .

24. 8. 2000