Sterowanie sinusoidą 5V 50Hz/50MHz: 64s ON/OFF, mikrokontroler, przekaźnik, RF switch

Pytanie

Mam z transformatora napięcie 5 Volt , 50 MHz ,sinus ,dutycycle 50%, jak zrobić abym miał stan niski około 64 sekund sinus , i stan wysoki około 64 sekund .

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najprościej: zrealizuj „64 s OFF / 64 s ON” niezależnym generatorem czasu (mikrokontroler/RTC lub licznik), a samą sinusoidę tylko bramkuj przełącznikiem odpowiednim do jej częstotliwości.
• Uwaga: transformator 50 MHz brzmi niewiarygodnie (typowe transformatory sieciowe mają 50/60 Hz). Proszę potwierdzić: czy chodzi o 50 Hz czy faktycznie o 50 MHz?
• Dwie ścieżki:
  • Jeśli 5 V AC ≈ 50 Hz: timer + przekaźnik/SSR (zero-cross) → „sinus 64 s ON / 64 s OFF”.
  • Jeśli 5 V, 50 MHz (RF): szybkie kształtowanie + preskaler + licznik/timer → sterowanie przełącznikiem RF (PIN-dioda/IC RF switch).

Szczegółowa analiza problemu

• Pojęcie „duty cycle 50%” nie dotyczy sinusoidy (to termin dla prostokąta). Dla sinusa mówimy o okresie i amplitudzie.
• Celem jest sygnał dwustanowy (bramka/przełącznik): przez ~64 s przepuszcza sinus („stan wysoki”), a przez ~64 s blokuje („stan niski”). Pełny cykl = 128 s → fOUT ≈ 0,0078125 Hz.

Dwa realistyczne warianty projektowe:

1. Wejście: 5 V AC, 50 Hz (wariant najbardziej prawdopodobny)

• Nie musisz wykorzystywać 50 Hz jako zegara. Łatwiej jest:
  • Wygenerować wolny przebieg 0/1 o okresie 128 s (np. mikrokontroler z kwarcem 16/8 MHz lub RTC; ewentualnie 555, ale patrz uwagi o tolerancji).
  • Tą linią sterować elementem, który „przepuszcza/blokuje” AC 5 V:
    • Przekaźnik mechaniczny (styki NO): najczystszy sinus przy „ON”, zerowe zniekształcenia, ale klikanie i zużycie styków.
    • SSR „zero-cross” (triakowy na niskie AC lub mostek + MOSFETy/back-to-back MOSFET): brak klikania, przełączanie w okolicach zera – minimalne zakłócenia.
    • Jeżeli obciążenie to elektronika DC: prostuj i filtruj 5 V AC, a „64/64 s” rób tranzystorem MOSFET po stronie DC.
• Dlaczego nie 555? Dla 64 s odcinków wymagane są bardzo duże RC (megaomy i tysiące µF). To działa, ale:
  • Duża tolerancja i dryft (ESR/upośledzenie kondensatorów elektrolitycznych, prądy upływu) → czas pływa o wiele procent.
  • Lepszy jest mikrokontroler/RTC (stabilność kwarcu ppm-owa, łatwe strojenie w kodzie).
• Minimalny układ:
  • MCU (np. ATtiny/STM32/ESP32) + kwarc lub RTC DS3231 → pin wyjściowy przełączany co 64 s.
  • Sterownik: przekaźnik (cewka z diodą wsteczną) lub SSR zero-cross → w torze 5 V AC.
• Parametry przykładowe:
  • 64 s ON/OFF: użyj w MCU timera (przerwanie co 1 s i licznik do 64) lub delay oparty o RTC. Dokładność ~±20 ppm przy RTC (≈±0,0013 s/64 s).

2. Wejście: 5 V, 50 MHz (RF)

• Tu zwykły przekaźnik/MOSFET „w szereg” nie jest właściwy (wstawia indukcyjności/pojemności, niski SRF). Stosuje się przełączniki RF:
  • PIN-dioda (układ seria + shunt) albo scalone SPST/SPDT RF switches (np. Skyworks/ADI/Qorvo) – niska tłumienność w stanie ON, duże tłumienie w OFF, praca przy 50 Ω.
• Sterowanie „64/64 s”:
  • Dwa podejścia:
    a) Niezależne taktowanie: MCU/RTC generuje 0/1 co 64 s i steruje wejściem EN przełącznika RF. Najprostsze i najstabilniejsze (nie musisz „liczyć” 50 MHz).
    b) Synchronicznie z 50 MHz: jeśli chcesz zliczać cykle 50 MHz, to do przełączenia co 64 s potrzebujesz 3,2·10^9 impulsów na półokres.
    • Kształtowanie: szybki Schmitt/comparator (np. 74AC14/ADCMP6xx) → prostokąt 50 MHz.
    • Preskaler: np. 74AC4040 dzieli przez 2^12 = 4096 → 50 MHz/4096 ≈ 12 207,03125 Hz.
    • Zliczanie: 12 207,03125 Hz × 64 s = 781 250 impulsów → ściśle całkowite. Licznik/timer w MCU obsłuży to z dużym zapasem, bez przerwań programowych (sprzętowy licznik zewnętrzny).
    • Po zliczeniu 781 250 impulsów → przełącz stan wyjścia i wyzeruj licznik.
• Interfejs RF:
  • Zapewnij dopasowanie 50 Ω, krótkie ścieżki, zasilanie z odsprzęganiem (100 nF + kilkanaście pF przy układzie), ekranowanie.
  • Dla 5 Vpp upewnij się, że format wejścia RF switcha/układu PIN jest zgodny (często poziomy RF są w mW/dBm; możesz potrzebować tłumika/transformacji impedancyjnej).

Obliczenia (dla wariantu „synchronicznego”):

• Półokres: 64 s → N½ = 50·10^6 × 64 = 3 200 000 000 impulsów.
• Po /4096: N½,4096 = 3 200 000 000 / 4096 = 781 250 (dokładnie).

Aktualne informacje i trendy

• Do długich okresów (dziesiątki sekund i więcej) w praktyce przemysłowej dominuje: mikrokontroler + kwarc/RTC zamiast rozbudowanych RC lub wielopiętrowych dzielników.
• W torach RF dla dziesiątek MHz powszechnie stosuje się gotowe przełączniki RF IC lub układy z PIN-diodami (małe rozmiary, szerokie pasmo, sterowanie TTL/CMOS, powtarzalne parametry S).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Jeśli „5 V” to wartość skuteczna (RMS) sinusa, pik wynosi 7,07 V. Przy kształtowaniu na logikę 5 V dodaj ograniczniki (rezystor szeregowy + diody do szyn, tłumik).
• Dla komparatora/Schmitta przy sinusie bez składowej DC zastosuj sprzężenie AC i punkt pracy ~VCC/2 (dzielnik), z niewielką histerezą (kilka procent VCC), by uniknąć drżeń progowych.
• Zegar MCU: dla stabilności użyj kwarcu lub RTC (DS3231) zamiast RC-oscylatora wewnętrznego.

Aspekty etyczne i prawne

• Bezpieczeństwo: jeżeli transformator jest zasilany z sieci, zachowaj odstępy izolacyjne i właściwą separację części niskonapięciowej od sieciowej. Obudowa i uziemienie zgodnie z normami.
• EMC: przy 50 MHz prowadź masę RF, ekranowanie, dopasowanie 50 Ω – ogranicz emisję i podatność.

Praktyczne wskazówki

• Wariant 50 Hz (prosty):
  • MCU + przekaźnik/SSR zero-cross. Dioda przy cewce przekaźnika. Zasilacz 5 V stabilny.
  • Test: oscyloskopem/Loggerem sprawdź okres „64/64 s” i brak zniekształceń sinusa w stanie ON.
• Wariant 50 MHz (RF):
  • Jeśli nie potrzebujesz synchronizacji z 50 MHz – steruj RF switchem z MCU bez liczenia impulsów.
  • Jeśli synchronizacja wymagana – kształtowanie → /4096 → licznik sprzętowy → wyjście sterujące RF switchem.
  • Dobierz RF switch o niskim IL (<1 dB @ 50 MHz) i wysokim izolowaniu (>40 dB).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• 555 przy tak długich czasach bywa nieprzewidywalny (upływność C, temp., starzenie). Używaj go tylko, jeśli duże odchyłki są akceptowalne.
• Przekaźnik przy 50 MHz się nie nadaje do „w torze RF”; stosuj przełączniki RF/PIN.
• Jeżeli obciążenie jest czułe na chwilowe przerwy, użyj przełącznika „absorbing/terminated” (absorpcyjnego), aby w stanie OFF nie odbijać energii.

Sugestie dalszych badań

• Dokumentacja przełączników RF (np. „RF SPST/SPDT switch 50 MHz–6 GHz”) i aplikacje PIN-diod.
• Noty aplikacyjne o licznikach sprzętowych MCU i preskalerach (74AC4040/74AC74).
• RTC wysokiej stabilności (DS3231) jako źródło czasu dla długich okresów.

Krótkie podsumowanie

• Jeśli to 50 Hz: użyj MCU/RTC do generacji „64/64 s” i przekaźnika/SSR do włączania/wyłączania sinusoidy – najprościej i najpewniej.
• Jeśli to naprawdę 50 MHz: nie przełączaj „wprost” tranzystorem mocy; zastosuj przełącznik RF sterowany wolnym sygnałem z MCU. Gdy potrzebna jest synchronizacja z 50 MHz, zastosuj szybkie kształtowanie + preskaler (np. /4096) i licznik 781 250 impulsów na półokres.
• Proszę potwierdź, czy mowa o 50 Hz czy 50 MHz, oraz podaj:
  • Rodzaj/charakter obciążenia,
  • Czy przełączanie ma być absolutnie synchroniczne z sinusoidą,
  • Wymaganą dokładność 64 s (sekundy czy raczej „co do ppm”).

Pytanie

Mam z transformatora napięcie 5 Volt , 50 Hz ,sinus ,dutycycle 50%, jak zrobić abym miał stan niski około 64 sekund sinus , i stan wysoki około 64 sekund .

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najprościej: wygeneruj bardzo wolny sygnał prostokątny 0,0078125 Hz (okres 128 s, wypełnienie 50%) i użyj go do „bramkowania” Twojego 5 V AC/50 Hz – czyli przełączaj tor sinusa: 64 s OFF (0 V), 64 s ON (pełny sinus).
• Dwa sprawdzone podejścia:
  • Mikrokontroler (np. ATtiny/Arduino) + przekaźnik mechaniczny albo PhotoMOS (MOSFET-owy SSR dla niskich napięć).
  • Układ CD4060 (oscylator + 14‑stopniowy dzielnik) + przekaźnik/PhotoMOS.

Szczegółowa analiza problemu

• Termin „duty cycle 50%” nie dotyczy sinusoidy – rozumiem, że chodzi o cykliczne włączanie/wyłączanie sinusa: 64 s brak sygnału (stan niski), 64 s pełny sinus (stan wysoki).
• Wymagany przebieg sterujący: prostokąt 50% o okresie 128 s (f ≈ 0,0078125 Hz). Ten przebieg nie musi być synchronizowany z 50 Hz (chyba że tego chcesz – patrz niżej).

1. Mikrokontroler + element wykonawczy (rekomendacja nr 1)

• MCU: ATtiny85/ATmega/Arduino Nano. Wewnątrz prosty licznik czasu; z kwarcem/RTC uzyskasz stabilność sekundową przez lata.
• Element wykonawczy:
  • Przekaźnik mechaniczny 5 V (najczystszy sinus, bardzo prosty układ, „klik” co 64 s).
  • PhotoMOS (SSR z tranzystorami MOSFET, a nie triak) dla niskich napięć AC: cichy, długi żywot, bardzo małe zniekształcenia przy 5 VAC. Szukaj typów 30–60 V, Ron rzędu pojedynczych omów, AC (wewnętrzne MOSFET-y back‑to‑back).
  • Uwaga: popularne SSR triakowe „zero‑cross” (np. do 24–280 VAC) NIE nadają się do 5 VAC – nie zadziałają poprawnie (za niskie napięcie i prąd podtrzymania).
• Zasilanie MCU: z Twoich 5 VAC wykonaj DC:
  • Mostek prostowniczy (lepiej Schottky, mniejszy spadek), C filtrujący 470–1000 µF.
  • LDO 5,0 V o małym dropout (np. MCP1700/LD1117). Przy 5 VAC otrzymasz ok. 7,1 Vpeak – 2×spadek na mostku ≈ 5,7–6,5 V skutecznie po filtracji; LDO o małym dropout zapewni stabilne 5 V.
  • Orientacyjny tętnienia: Vr ≈ I/(2·f·C). Dla 100 mA i 1000 µF: Vr ≈ 0,1/(2·50·0,001) ≈ 1 V.
• Sterowanie cewką przekaźnika: tranzystor NPN (np. BC547/2N2222), rezystor bazy 1 kΩ–4,7 kΩ, dioda wsteczna 1N4148/1N400x.

2. CD4060 + element wykonawczy (rekomendacja nr 2 – bez programowania)

• CD4060 = oscylator RC + 14‑bitowy dzielnik. Wybieramy wyjście Q14, aby uzyskać 128 s okresu.
• Obliczenia:
  • Okres wyjścia Qn: T_Qn = 2^n / f_osc.
  • Chcemy T_Q14 = 128 s ⇒ f_osc = 2^14 / 128 = 16384/128 = 128 Hz.
  • Dla typowego oscylatora CD4060: f_osc ≈ 1/(2,2·R·C).
  • Przykład: C = 100 nF, R ≈ 1/(2,2·C·f) ≈ 1/(2,2·100 nF·128) ≈ 35 kΩ. Daj 33 kΩ + trymer 10 kΩ do kalibracji.
• Połączenia (skrót):
  • Zasilanie 5–12 V DC (z prostownika jak wyżej).
  • Oscylator: kondensator między pinami OSC1/OSC2, rezystory wg noty (np. R oscylatora i R sprzężenia), jak w przykładach katalogowych; reset do GND.
  • Wyjście Q14 (pin 3) → rezystor 1 kΩ → baza tranzystora NPN → przekaźnik/PhotoMOS jak wyżej.
• Kalibracja: zmierz okres 10 cykli, skoryguj trymer; docelowo 128 s (64 s ON/64 s OFF).

3. Synchronizacja z 50 Hz (opcjonalnie, dla „puryzmu czasowego”)

• Zliczaj półokresy 50 Hz (100 impulsów/s), przez 64 s to 3200 okresów (lub 6400 półokresów).
• Realizacja: opto do detekcji zera (np. H11AA1 lub transoptor + dzielnik z 5 VAC), komparator/Schmitt → wejście przerwania MCU → licz.
• Zaletą jest identyczny dryft jak sieci (w długim okresie bardzo dokładna). Wadą: układ nieco bardziej złożony.

Element wykonawczy – dobór do 5 VAC:

• Przekaźnik mechaniczny 5 V: najprościej; styki w szereg z jedną żyłą 5 VAC. Dźwięk przełączania wystąpi co 64 s.
• PhotoMOS (SSR MOSFET AC): koniecznie typ niskonapięciowy (np. 30–60 V), mały Ron (1–5 Ω), prąd dopasowany do obciążenia. Zapewnia cichą pracę i minimalne zniekształcenie sinusa.
• NIE używaj SSR triakowych „24–280 VAC (zero cross)” – przy 5 VAC nie gwarantują załączenia/podtrzymania.

Schemat blokowy (wspólny):

• 5 VAC (tor sygnału): jedna żyła → styki przekaźnika/SSR → wyjście; druga żyła bezpośrednio do wyjścia.
• 5 VAC (zasilanie logiki): 5 VAC → mostek (Schottky) → C 470–1000 µF → LDO 5 V → MCU/CD4060.
• Sterowanie przekaźnikiem/PhotoMOS: wyjście MCU/CD4060 → tranzystor NPN lub bezpośrednio (dla PhotoMOS zgodnie z notą).

Aktualne informacje i trendy

• W praktyce hobbystycznej i przemysłowej dla takich funkcji dominuje dziś:
  • mały MCU + PhotoMOS (cicho, żywotność, prostota sterowania),
  • ewentualnie moduły czasowe z RTC (DS3231) dla doskonałej stabilności długoterminowej.
• Trend: unikanie triakowych SSR dla niskich napięć AC i małych prądów – zastępowanie ich przekaźnikami MOSFET (PhotoMOS).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego 4060 zamiast NE555? Dla 64 s NE555 wymaga bardzo dużych RC (megaomy i tysiące µF), co daje duży dryft i wahania z temperaturą. 4060 pozwala użyć stabilnego oscylatora ~128 Hz i podzielić go do 0,0078 Hz.
• Matematyka:
  • ( f = \frac{1}{T} = \frac{1}{128\ \text{s}} \approx 7{,}8125\ \text{mHz} ).
  • Dla Q14: ( f_{osc} = 128\ \text{Hz} ).
  • Dla oscylatora RC 4060: ( f \approx \frac{1}{2{,}2 \cdot R \cdot C} ).

Aspekty etyczne i prawne

• Strona pierwotna transformatora jest sieciowa – stosuj bezpieczniki i separację galwaniczną. Po stronie wtórnej 5 VAC jest bezpieczne dotykowo, ale prowadź masy i odstępy zgodnie z dobrymi praktykami.
• Jeśli urządzenie będzie używane komercyjnie, rozważ wymagania bezpieczeństwa (UL/CE) dla zasilaczy i izolacji.

Praktyczne wskazówki

• Jeśli liczysz na absolutną powtarzalność czasu: dodaj RTC DS3231 (dryft ~1–2 ppm) albo synchronizuj z 50 Hz.
• Dla ciszy i niezawodności: wybierz PhotoMOS „AC type” (MOSFET back‑to‑back). Sprawdź Ron vs. prąd obciążenia – przy 5 VAC nawet kilka omów może być istotne.
• Przy przekaźniku: dodaj diodę przy cewce, rozważ RC snubber na stykach jeśli obciążenie jest indukcyjne.
• Użyj Schottky w mostku – zyskasz ~0,8–1,0 V zapasu dla LDO.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• SSR triakowe z „zero‑cross” są powszechne, ale przy 5 VAC zwykle nie działają – to częsty błąd projektowy.
• Analogowe przełączniki CMOS (CD4066) mają zbyt duży Ron przy 5 V zasilania – niezalecane do czystego „przepuszczania” 5 VAC.

Sugestie dalszych badań

• Noty katalogowe: CD4060 (topologie oscylatora i mapowanie wyprowadzeń Q4…Q14), przykładowe PhotoMOS AC (Panasonic/Omron) – dobór Ron/prądu.
• RTC DS3231 – implementacja i kalibracja.
• Detekcja zera (H11AA1) – przykładowe aplikacje.

Krótkie podsumowanie

• Zbuduj wolny generator 128 s (50%): najłatwiej mikrokontroler lub CD4060.
• Bramkuj tor 5 VAC elementem wykonawczym: przekaźnik 5 V lub – lepiej dla ciszy – PhotoMOS (SSR MOSFET AC). Unikaj SSR triakowych dla 5 VAC.
• Jeśli chcesz, mogę narysować konkretny schemat z wartościami elementów pod Twoje obciążenie. Daj proszę znać, jaki prąd pobiera odbiornik z 5 VAC i czy wymagasz synchronizacji 64 s z siecią 50 Hz.