CMOS 555 Lange duur Minimale onderdelen Rode LED-flitser

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Twee AAA-batterijen
• Batterijclip (Radio Shack-catalogus # 270-398B)
• Eén DVM of VOM
• U1 - T One CMOS TLC555 timer-IC (Radio Shack-catalogus # 276-1718 of gelijkwaardig)
• D1 - Rode lichtgevende diode (Radio Shack-catalogus # 276-041 of gelijkwaardig)
• R1 - 1,5 MΩ 1/4W 5% weerstand
• R2 - 47 KΩ 1/4W 5% weerstand
• C1 - 1 µF tantaalcondensator (Radio Shack-catalogus 272-1025 of gelijkwaardig)
• C2 - 100 µF elektrolytische condensator (Radio Shack-catalogus 272-1028 of gelijkwaardig)

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 16:"Spanning- en stroomberekeningen"

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 16:"Oplossen voor onbekende tijd"

Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 9 :“Elektrostatische ontlading”

Lessen in elektrische circuits , Volume 4, hoofdstuk 10:“Multivibrators”

LEERDOELSTELLINGEN

• Leer een praktische toepassing voor een RC-tijdconstante
• Leer een van de verschillende Astabiele multivibratorconfiguraties met 555 timers
• Praktische kennis van duty cycle
• Meer informatie over het omgaan met ESD-gevoelige onderdelen

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

NOTITIE! Dit project maakt gebruik van een statisch gevoelig onderdeel, de CMOS 555. Als u geen bescherming gebruikt zoals beschreven in Volume 3, Hoofdstuk 9, Elektrostatische ontlading , loop je het risico het te vernietigen.

De 555 is geen power hog, maar het is een kind van de jaren 70, gemaakt in 1971. Hij zal een batterij binnen dagen, zo niet uren leegzuigen. Gelukkig is het ontwerp opnieuw uitgevonden met behulp van CMOS-technologie. De nieuwe implementatie is niet perfect, omdat het de fantastische huidige drive van het origineel mist, maar voor een CMOS-apparaat is de uitgangsstroom nog steeds erg goed. De belangrijkste voordelen zijn een breder voedingsspanningsbereik (specificaties van de voeding zijn 2V tot 18V, en het werkt met een 11/2V-batterij) en een laag stroomverbruik. Dit project maakt gebruik van de TLC555, een ontwerp van Texas Instruments. Er zijn andere CMOS 555's die erg op elkaar lijken, maar met enkele verschillen. Deze chips zijn ontworpen als drop-in vervangingen en doen het erg goed zolang de output niet substantieel wordt belast.

Dit ontwerp maakt van een tekort een voordeel aangezien de huidige aandrijving alleen maar slechter wordt bij lagere voedingsspanningen, de specificaties zijn niet meer dan 3ma voor 2VDC. Dit ontwerp probeert de batterijen zo lang mogelijk te laten meegaan met behulp van verschillende benaderingen. De CMOS-IC heeft een extreem lage stroomsterkte en stuurt de LED een puls van 30 ms (wat een zeer korte tijd is maar binnen het bereik van het menselijk zicht) en gebruikt een langzame flitssnelheid (1 seconde) met behulp van echt grote weerstanden om de stroom te minimaliseren. Met een inschakelduur van 3% brengt dit circuit het grootste deel van zijn tijd door, en (uitgaande van 20 ma voor de LED) is de gemiddelde stroom 0,6 ma. Het grote probleem is het gebruik van de ingebouwde stroombegrenzing van dit IC, aangezien het niet geschikt is voor een specifieke stroom, en de LED-stroom kan sterk variëren tussen verschillende CMOS-IC's.

Het is mogelijk om problemen met elektrolytische condensatoren tegen te komen bij zeer lage stromen (2 µa in dit geval), omdat de lekkage buitensporig kan zijn, een grensfout. Als je experiment dit lijkt te doen, kan het worden opgelost door de batterij op te laden en vervolgens de condensator C1 over een willekeurige geleider meerdere keren te ontladen.

Wanneer u dit circuit voltooit, zou de LED moeten beginnen te knipperen en dit gedurende enkele maanden blijven doen. Als u grotere batterijen gebruikt, zoals D-cellen, neemt deze duur drastisch toe.

Om het stroomverbruik te meten dat de LED voedt, verbindt u C1+ met Vcc met een jumper (in rood weergegeven op de afbeelding), waardoor de TLC555 wordt ingeschakeld. Meet de stroomsterkte die van de batterij naar het circuit stroomt. De doelstroom is 20ma, ik heb 9ma tot 24ma gemeten met verschillende CMOS 555's. Dit is niet kritiek, maar het heeft wel invloed op de levensduur van de batterij.

WERKING THEORIE

Een oplettende lezer zal opmerken dat dit in wezen hetzelfde circuit is dat werd gebruikt in de 555 AUDIO OSCILLATOR experiment. Veel ontwerpen gebruiken dezelfde basisontwerpen en concepten op verschillende manieren, dit is zo'n geval. Een conventionele 555 IC zou in dit ontwerp werken als de voeding niet zo laag was en een LED-stroombeperkende weerstand zou worden gebruikt. Afgezien van het type transistor dat wordt gebruikt, is het blokschema in figuur 1 in principe hetzelfde als een conventionele 555.

Deze specifieke oscillator is afhankelijk van de pin 7-transistor, net zoals de 555 Monostable Multivibrator die in een eerder experiment werd getoond. De opstartconditie is met de condensator ontladen, de uitgang hoog en pin 7-transistor uit. De condensator begint op te laden zoals weergegeven in afbeelding 2.

Wanneer de spanning over pinnen 2 en 6 2/3 van de voeding bereikt, wordt de flip-flop gereset via interne comparator C1, die de pin 7-transistor inschakelt, en begint de condensator C1 te ontladen via R2 zoals weergegeven in figuur 3. weergegeven via R1 is incidenteel en niet belangrijk, behalve dat het de batterij leegmaakt. Daarom is deze weerstandswaarde zo groot.

Wanneer de spanning over pinnen 2 en 6 1/3 van de voeding bereikt, wordt de flip-flop ingesteld via interne comparator C2, wanneer de pin 7-transistor wordt uitgeschakeld, waardoor de condensator opnieuw kan beginnen met opladen via R1 en R2, zoals weergegeven in Afbeelding 2. Deze cyclus herhaalt zich.

Condensator C2 verlengt de levensduur van de batterijen, omdat deze de spanning opslaat gedurende de 97% van de tijd dat het circuit is uitgeschakeld, en de stroom levert gedurende de 3% dat het is ingeschakeld. Door deze eenvoudige toevoeging gaan de batterijen met een grote marge over hun levensduur heen.

Bij het uitvoeren van dit experiment was er een feedbackmechanisme dat ik niet had verwacht. De uitgangsstroom van de TLC555 is niet proportioneel, aangezien de voedingsspanning daalt, neemt de uitgangsstroom veel meer af. Mijn flasher duurde 6 maanden voordat ik het experiment beëindigde. Het flitste nog steeds, het was alleen erg zwak.