CMOS 555 LED-Flasher – Langzeit, Niedrigstrom Rote LED Puls-Schaltung

Benötigte Bauteile und Materialien

• Zwei AAA-Batterien
• Batterieclip (Radio Shack Katalog #270-398B)
• Ein Digitalmultimeter (DVM) oder Spannungs-Strom-Messgerät (VOM)
• U1 – CMOS TLC555 Timer-IC (Radio Shack Katalog #276-1718 oder gleichwertig)
• D1 – Rote LED (Radio Shack Katalog #276-041 oder gleichwertig)
• R1 – 1,5 MΩ, ¼ W, 5 % Widerstand
• R2 – 47 kΩ, ¼ W, 5 % Widerstand
• C1 – 1 µF Tantal-Kondensator (Radio Shack Katalog 272-1025 oder gleichwertig)
• C2 – 100 µF Elektrolytkondensator (Radio Shack Katalog 272-1028 oder gleichwertig)

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16: „Spannungs- und Stromberechnungen“

Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16: „Unbekannte Zeit lösen“

Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 9: „Elektrostatische Entladung“

Lessons In Electric Circuits, Bd. 4, Kap. 10: „Multivibratoren“

Lernziele

• RC-Zeitkonstante auf eine reale Schaltung anwenden
• CMOS 555 astabilen Multivibrator-Konfiguration implementieren
• Tastverhältnis (Duty Cycle) verstehen und berechnen
• ESD-empfindliche Bauteile sicher handhaben

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Da der CMOS 555 hoch ESD-empfindlich ist, schützen Sie ihn gemäß Band 3, Kap. 9 vor dem Batterieanschluss. Der IC verbraucht sehr wenig Strom, würde aber Batterien schnell entleeren, wenn die LED kontinuierlich angetrieben würde. Dieses Design nutzt eine langsame Blinkrate und ein hochohmiges Timing-Netzwerk, um den durchschnittlichen Strom unter 1 mA zu halten.

Der TLC555 unterstützt einen Versorgungsbereich von 2 V bis 18 V, was Betrieb von einem einzelnen 1,5-V-AAA-Paar ermöglicht. Der Ausgang treibt die LED für einen 30-ms-Impuls bei 1 Hz Blinkrate an, was einem Tastverhältnis von ca. 3 % entspricht. Bei 20 mA LED-Nennstrom beträgt der Durchschnittsstrom nur 0,6 mA, sodass die LEDs mehrere Monate mit AAA-Zellen leuchten können.

Nutzen Sie die großen Widerstände zur Strombegrenzung und halten Sie den Elektrolytkondensator (C2) während der Off-Phasen geladen, um die Versorgungsspannung zu puffern. Dieser einfache Trick verlängert die Batterielebensdauer weit über die Nennkapazität hinaus.

Nach dem Aufbau sollte die LED sofort blinken. Sie können den geringen Stromverbrauch verifizieren, indem Sie den Batterieausgang messen, während der TLC555 versorgt wird; ein typischer Wert liegt zwischen 9 mA und 24 mA, abhängig vom Chip-Chargen.

Theorie der Funktionsweise

Im Kern ist die Schaltung ein Standard-Astabil-Multivibrator. Pin 7s interner Transistor lädt und entlädt den Timing-Kondensator (C1) durch R1 und R2. Wenn die Kondensatorspannung 2/3 V_CC erreicht, resettet der Flip-Flop, schaltet den Entladetransistor ein und zieht die Spannung auf 1/3 V_CC herunter. Der Zyklus wiederholt sich und erzeugt eine Rechteckwellen-Ausgabe, die die LED ansteuert.

Der große C2-Kondensator speichert den Großteil der Batterieenergie während der 97 %-„Off“-Periode und liefert den kurzen Stromimpuls während der 3 %-„On“-Periode. Dies reduziert die durchschnittliche Last auf die Batterien erheblich.

Da der TLC555-Ausgangsstrom mit der Versorgungsspannung abnimmt, dimmt die LED-Helligkeit während der Batterieentladung. Dennoch blinkt die Schaltung weiter und demonstriert die Effektivität des Niedrigstrom-Designs.