CMOS 555 Flyback LED-flitser met lange duur

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Twee AAA-batterijen
• Batterijclip (Radio Shack-catalogus # 270-398B)
• U1, U2 - CMOS TLC555 timer-IC (Radio Shack-catalogus # 276-1718 of gelijkwaardig)
• Q1 - 2N3906 PNP-transistor (Radio Shack-catalogus #276-1604 (15 stuks) of gelijkwaardig)
• Q2 - 2N2222 NPN-transistor (Radio Shack-catalogus #276-1617 (15 stuks) of gelijkwaardig)
• D1 - Rode lichtgevende diode (Radio Shack-catalogus # 276-041 of gelijkwaardig)
• D2 - Blauwe lichtgevende diode (Radio Shack-catalogus # 276-311 of gelijkwaardig)
• R1 - 1,5 MΩ 1/4W 5% weerstand
• R2 - 47 KΩ 1/4W 5% weerstand
• R3, R5 - 10 KΩ 1/4W 5% weerstand
• R4 - 1 MΩ 1/4W 5% weerstand
• R6 - 100 KΩ 1/4W 5% weerstand
• R7 - 1 KΩ 1/4W 5% weerstand
• C1 - 1 µF tantaalcondensator (Radio Shack-catalogus # 272-1025 of gelijkwaardig)
• C2 - 100 pF keramische schijfcondensator (Radio Shack-catalogus # 272-123)
• C3 - 100 µF elektrolytische condensator (Radio Shack-catalogus 272-1028 of gelijkwaardig)
• L1 - 200 µH Choke of Inductor (exacte waarde niet kritisch, zie einde van hoofdstuk)

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 16:Titel "Inductor transiënte respons"

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 16:Titel "Waarom L/R en niet LR?"

Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 4:Titel "The common-emitter-versterker"

Lessen in elektrische circuits , Volume 3, hoofdstuk 9:Titel "Elektrostatische ontlading"

Lessen in elektrische circuits , Volume 4, hoofdstuk 10:Titel “Monostable multivibrators”

LEERDOELSTELLINGEN

• Leer een andere werkingsmodus voor de 555
• Hoe om te gaan met ESD-onderdelen
• Hoe een transistor te gebruiken voor een eenvoudige poort (weerstandtransistoromvormer)
• Hoe inductoren stroom kunnen omzetten met behulp van inductieve terugslag
• Hoe maak je een spoel

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.

Dit specifieke experiment bouwt voort op een ander experiment, "Commuterende diode" (Deel 6, hoofdstuk 5). Het is de moeite waard om dat gedeelte door te nemen voordat u verder gaat.

Dit is de laatste van de lange serie LED-knipperlichten. Ze hebben laten zien hoe je een CMOS 555 kunt gebruiken om een ​​LED te laten knipperen en hoe je de spanning van de batterijen kunt verhogen om een ​​LED met meer spanningsverlies dan de batterijen te laten gebruiken. Hier doen we hetzelfde, maar met een spoel in plaats van een condensator.

Het basisconcept is overgenomen van een andere uitvinding, de Joule Thief. Een joule-dief is een eenvoudige transistoroscillator die ook inductieve terugslag gebruikt om een ​​witlicht-LED van een 11/2-batterij te verlichten, en de LED heeft minimaal 3,6 volt nodig om te gaan geleiden! Net als de joule-dief is het mogelijk om 11/2 volt te gebruiken om dit circuit te laten werken. Aangezien een CMOS 555 echter geschikt is voor 2 volt, wordt minimaal 11/2 volt niet aanbevolen, maar we kunnen profiteren van de extreme efficiëntie van dit circuit. Als je meer wilt weten over de joule-dief, is er veel informatie te vinden op internet.

Deze schakeling kan ook meer dan 1 of 2 LED's in serie aansturen. Naarmate het aantal LED's toeneemt, neemt het vermogen van de batterijen om lang mee te gaan af, omdat de hoeveelheid spanning die de inductor kan genereren enigszins afhankelijk is van de batterijspanning. Voor dit experiment werden twee ongelijke LED's gebruikt om de onafhankelijkheid van LED-spanningsval aan te tonen. De hoge intensiteit van de blauwe LED overspoelt de rode LED, maar als je goed kijkt, zie je dat de rode LED op zijn maximale helderheid is. U kunt vrijwel elke kleur LED's gebruiken die u voor dit experiment kiest.

Over het algemeen is de hoge spanning die wordt gecreëerd door inductieve terugslag iets dat moet worden geëlimineerd. Dit circuit gebruikt het, maar als je een fout maakt met de polariteit van de LED's, zal de blauwe LED, die ESD-gevoeliger is, waarschijnlijk sterven (dit is geverifieerd). Een ongecontroleerde puls van een spoel lijkt op een ESD-gebeurtenis. De transistor en de TLC555 kunnen ook gevaar lopen.

De spoel in dit circuit is waarschijnlijk het minst kritische onderdeel in het ontwerp. De term inductor is generiek, je kunt dit onderdeel ook een choke of een spoel vinden. Een magneetspoel zou ook werken, aangezien dat ook een soort spoel is. Dat geldt ook voor de spoel van een relais. Van alle componenten die ik heb gebruikt, is dit waarschijnlijk de minst kritische die ik ben tegengekomen. Spoelen zijn inderdaad waarschijnlijk het meest praktische onderdeel dat u zelf kunt maken. Ik zal bespreken hoe je een spoel maakt die in dit ontwerp zal werken na de Theory of Operation, maar het onderdeel dat op de afbeelding wordt getoond is een 200µH-smoorspoel die ik bij een plaatselijke elektronicawinkel heb gekocht.

WERKING THEORIE

Zowel condensatoren als inductoren slaan energie op. Condensatoren proberen een constante spanning te behouden, terwijl inductoren proberen een constante stroom te behouden. Beide verzetten zich tegen verandering van hun respectieve aspect. Dit is de basis voor de flyback-transformator, een veelgebruikt circuit dat wordt gebruikt in oude CRT-circuits en andere toepassingen waar hoogspanning nodig is met een minimum aan gedoe. Wanneer je een spoel oplaadt, zet er een magnetisch veld omheen, in feite is het een elektromagneet en het magnetische veld is opgeslagen energie. Wanneer de stroom stopt, stort dit magnetische veld in, waardoor elektriciteit ontstaat wanneer het veld de draden in de spoel kruist.

Deze schakeling maakt gebruik van twee astabiele multivibrators. De eerste multivibrator stuurt de tweede aan. Beide zijn ontworpen voor minimale stroom, evenals de omvormer die is gemaakt met behulp van Q1. Beide oscillatoren lijken erg op elkaar, de eerste is behandeld in eerdere experimenten. Het probleem is dat het 97% van de tijd aan blijft of hoog is. Op de vorige circuits gebruikten we de lage toestand om de LED te verlichten, in dit geval is de hoge wat de tweede multivibrator aanzet. Het gebruik van een eenvoudige transistoromvormer die is ontworpen voor extra lage stroomsterkte, lost dit probleem op. Dit is eigenlijk een heel oude logische familie, RTL, wat een afkorting is voor weerstandstransistorlogica.

De tweede multivibrator oscilleert op 68,6 KHz, met een blokgolf die rond de 50% ligt. Dit circuit gebruikt exact dezelfde principes als wordt getoond in de Minimum Parts LED Flasher . Nogmaals, de grootste praktische weerstanden worden gebruikt om de stroom te minimaliseren, en dit betekent een heel kleine condensator voor C2. Deze hoogfrequente blokgolf wordt gebruikt om Q2 aan en uit te zetten als een simpele schakelaar.

Figuur 1 laat zien wat er gebeurt als de Q2 geleidt en de spoel begint op te laden. Als Q2 aan zou blijven, zou er een effectieve kortsluiting over de batterijen ontstaan, maar aangezien dit onderdeel is van een oscillator zal dit niet gebeuren. Voordat de spoel zijn maximale stroom kan bereiken, schakelt Q2 over en is de schakelaar open.

Afbeelding 2 toont Q2 wanneer deze wordt geopend en de spoel is opgeladen. De spoel probeert de stroom in stand te houden, maar als er geen ontladingspad is, kan hij dit niet. Als er geen ontladingspad zou zijn, zou de spoel een hoogspanningspuls creëren, in een poging de stroom die er doorheen vloeide te behouden, en deze spanning zou behoorlijk hoog zijn. We hebben echter een paar LED's in het ontladingspad, dus de spoelenpuls gaat snel naar de spanningsval van de gecombineerde LED's en dumpt de rest van de lading als stroom. Hierdoor wordt er geen hoogspanning gegenereerd, maar vindt er een conversie plaats naar de spanning die nodig is om de LED's te laten branden.

De LED's zijn gepulseerd en de lichtcurve volgt de ontlaadcurve van de spoel vrij nauwkeurig. Het menselijk oog middelt deze lichtopbrengst echter tot iets dat we als continu licht waarnemen.

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• 26 voet (8 meter) 26AWG magneetdraad (Radio Shack-catalogus #278-1345 of gelijkwaardig)
• 6/32X1,5 inch schroef, een M4X30mm schroef, of een spijker met een vergelijkbare diameter op maat gesneden, staal of ijzer, maar niet roestvrij
• Bijpassende borgmoer (optioneel)
• Transparante tape (optioneel, nodig bij gebruik van schroeven)
• Superlijm
• Soldeerbout, soldeer

Zoals eerder vermeld, is dit geen precisieonderdeel. Inductoren in het algemeen kunnen voor veel toepassingen een grote variantie hebben, en deze kan met name een groot bedrag aan de hoge kant zijn. Het doel is hier groter dan 220 µH.

Als u een schroef gebruikt, gebruik dan een laag van de transparante tape tussen de draden en de draad. Dit is om te voorkomen dat de schroefdraad van de schroef in de draad snijdt en de spoel kortsluit. Als u een borgmoer gebruikt, plaatst u deze op de schroef op 25 mm afstand van de kop van de schroef. Begin ongeveer 1 "van het ene uiteinde van de draad en gebruik de lijm om de draad op de kop van de spijker of schroef te hechten, zoals weergegeven. Laat de lijm uitharden.

Wikkel de draad netjes en strak 1 "de lengte van de schroef, en plak hem opnieuw op zijn plaats met superlijm. (Figuur hierboven). U kunt hierbij een boormachine met variabele snelheid gebruiken, zolang u maar voorzichtig bent. Zoals alle elektrische apparaten kan het je bijten. Houd de draad stevig vast totdat de lijm is uitgehard en begin dan een tweede laag over de eerste te wikkelen. Ga door met dit proces totdat alle draad behalve de laatste 1 "is gebruikt, gebruik de lijm om de draad af en toe vast te hechten. Leg de draad op de laatste laag zodat de tweede spoeldraad zich aan het andere uiteinde van de schroef bevindt, weg van de eerste. Plak dit voor de laatste keer vast met de lijm. Laat volledig drogen.

Neem voorzichtig een scherp mes en schraap het email van elk uiteinde van de twee draden. Vertin het blootgestelde koper met de soldeerbout en het soldeer, en je hebt nu een functionele inductor die in dit experiment kan worden gebruikt.

Dit is hoe degene die ik heb gemaakt eruit zag:Afbeelding hieronder.

De getoonde verbindingen worden gebruikt om de inductantie te meten, wat redelijk dicht bij 220µH kwam.