CMOS 555 Lange Dauer Mindestteile Roter LED-Blinker

TEILE UND MATERIALIEN

• Zwei AAA-Batterien
• Batterieclip (Radio Shack Katalog # 270-398B)
• Ein DVM oder VOM
• U1 - T One CMOS TLC555 Timer IC (Radio Shack Katalog # 276-1718 oder gleichwertig)
• D1 - Rote Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-041 oder gleichwertig)
• R1 - 1,5 MΩ 1/4W 5 % Widerstand
• R2 - 47 KΩ 1/4W 5 % Widerstand
• C1 - 1 µF Tantalkondensator (Radio Shack Katalog 272-1025 oder gleichwertig)
• C2 - 100 µF Elektrolytkondensator (Radio Shack Katalog 272-1028 oder gleichwertig)

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 16:„Spannungs- und Stromberechnungen“

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 16:„Auflösung für unbekannte Zeit“

Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 9 :„Elektrostatische Entladung“

Lektionen in Stromkreisen , Band 4, Kapitel 10:„Multivibratoren“

LERNZIELE

• Lernen Sie eine praktische Anwendung für eine RC-Zeitkonstante
• Lernen Sie eine von mehreren 555-Timer-Astabilen Multivibrator-Konfigurationen
• Kenntnis des Arbeitszyklus
• Erfahren Sie, wie Sie mit ESD-empfindlichen Teilen umgehen

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

HINWEIS! Dieses Projekt verwendet einen elektrostatisch empfindlichen Teil, den CMOS 555. Wenn Sie keinen Schutz wie in Band 3, Kapitel 9 beschrieben verwenden, Elektrostatische Entladung , Sie laufen Gefahr, es zu zerstören.

Der 555 ist kein Stromfresser, aber er ist ein Kind der 1970er Jahre, geschaffen im Jahr 1971. Es wird eine Batterie in Tagen, wenn nicht Stunden, leer saugen. Glücklicherweise wurde das Design mit CMOS-Technologie neu erfunden. Die neue Implementierung ist nicht perfekt, da ihr der fantastische Stromantrieb des Originals fehlt, aber für ein CMOS-Gerät ist der Ausgangsstrom immer noch sehr gut. Zu den Hauptvorteilen gehören ein breiterer Versorgungsspannungsbereich (die Spezifikationen der Stromversorgung sind 2 V bis 18 V, und es funktioniert mit einer 11/2-V-Batterie) und ein geringer Stromverbrauch. Dieses Projekt verwendet den TLC555, ein Design von Texas Instruments. Es gibt andere CMOS 555, die sehr ähnlich sind, aber mit einigen Unterschieden. Diese Chips sind als Drop-In-Ersatz konzipiert und funktionieren sehr gut, solange die Ausgabe nicht wesentlich belastet wird.

Dieses Design macht aus einem Defizit einen Vorteil, da der aktuelle Antrieb nur bei niedrigeren Versorgungsspannungen schlechter wird, seine Spezifikationen sind nicht mehr als 3 mA für 2 VDC. Dieses Design versucht, die Batterien mit mehreren verschiedenen Ansätzen so absolut lange wie möglich zu halten. Der CMOS-IC ist extrem stromsparend und sendet der LED einen Impuls von 30 ms (was eine sehr kurze Zeit ist, aber innerhalb des menschlichen Sehvermögens) sowie mit einer langsamen Blitzrate (1 Sekunde) und sehr großen Widerständen, um den Strom zu minimieren. Bei einem Tastverhältnis von 3% verbringt diese Schaltung die meiste Zeit ohne und (bei 20 mA für die LED) beträgt der durchschnittliche Strom 0,6 mA. Das große Problem besteht darin, die eingebaute Strombegrenzung dieses ICs zu verwenden, da er nicht für einen bestimmten Strom ausgelegt ist und der LED-Strom zwischen verschiedenen CMOS-ICs stark variieren kann.

Bei sehr geringen Strömen (in diesem Fall 2 µa) kann es bei Elektrolytkondensatoren zu Problemen kommen, da die Leckage zu groß sein kann, ein grenzwertiger Fehlerzustand. Wenn Ihr Experiment dies zu tun scheint, kann dies behoben werden, indem Sie die Batterie aufladen und dann den Kondensator C1 mehrmals über einen beliebigen Leiter entladen.

Wenn Sie diesen Stromkreis beenden, sollte die LED anfangen zu blinken und dies für mehrere Monate tun. Wenn Sie größere Batterien wie D-Zellen verwenden, verlängert sich diese Lebensdauer dramatisch.

Um die Stromaufnahme zu messen, die die LED speist, verbinden Sie C1+ mit Vcc mit einem Jumper (in der Abbildung rot dargestellt), der den TLC555 einschaltet. Messen Sie die Stromstärke, die von der Batterie zum Stromkreis fließt. Der Zielstrom beträgt 20 mA, ich habe 9 mA bis 24 mA mit verschiedenen CMOS 555 gemessen. Dies ist nicht kritisch, wirkt sich jedoch auf die Akkulaufzeit aus.

THEORIE DES BETRIEBES

Ein aufmerksamer Leser wird feststellen, dass dies im Wesentlichen die gleiche Schaltung ist, die im 555 AUDIO OSCILLATOR . verwendet wurde Experiment. Viele Designs verwenden dieselben grundlegenden Designs und Konzepte auf verschiedene Weise, dies ist ein solcher Fall. Ein herkömmlicher 555-IC würde in diesem Design funktionieren, wenn die Stromversorgung nicht so niedrig wäre und ein LED-Strombegrenzungswiderstand verwendet wird. Abgesehen vom verwendeten Transistortyp ist das in Abbildung 1 gezeigte Blockschaltbild im Wesentlichen das gleiche wie bei einem herkömmlichen 555.

Dieser spezielle Oszillator hängt vom Pin-7-Transistor ab, ähnlich wie der 555 monostabile Multivibrator, der in einem früheren Experiment gezeigt wurde. Die Startbedingung ist, dass der Kondensator entladen ist, der Ausgang hoch ist und der Transistor von Pin 7 ausgeschaltet ist. Der Kondensator beginnt mit dem Aufladen, wie in Abbildung 2 gezeigt.

Wenn die Spannung an den Pins 2 und 6 2/3 der Stromversorgung erreicht, wird das Flip-Flop über den internen Komparator C1 zurückgesetzt, der den Transistor von Pin 7 einschaltet und den Kondensator C1 über R2 entlädt, wie in Abbildung 3 gezeigt durch R1 angezeigt ist, ist nebensächlich und nicht wichtig, außer dass es die Batterie entlädt. Deshalb ist dieser Widerstandswert so groß.

Wenn die Spannung an den Pins 2 und 6 1/3 der Stromversorgung erreicht, wird das Flip-Flop über den internen Komparator C2 gesetzt, wenn der Transistor von Pin 7 ausgeschaltet wird, sodass der Kondensator wieder über R1 und R2 aufgeladen werden kann, wie in gezeigt Abbildung 2. Dieser Zyklus wiederholt sich.

Kondensator C2 verlängert die Lebensdauer der Batterien, da er die Spannung während der 97% der Zeit, in der der Stromkreis ausgeschaltet ist, speichert und den Strom während der 3% liefert, wenn er eingeschaltet ist. Diese einfache Ergänzung verlängert die Lebensdauer der Batterien bei weitem.

Bei der Durchführung dieses Experiments gab es einen Rückkopplungsmechanismus, den ich nicht erwartet hatte. Der Ausgangsstrom des TLC555 ist nicht proportional, da die Versorgungsspannung sinkt, reduziert sich der Ausgangsstrom viel mehr. Mein Flasher hielt 6 Monate, bevor ich das Experiment beendete. Es blinkte immer noch, es war nur sehr schwach.