CMOS 555 Flyback-LED-Blitzer mit langer Dauer

TEILE UND MATERIALIEN

• Zwei AAA-Batterien
• Batterieclip (Radio Shack Katalog # 270-398B)
• U1, U2 - CMOS TLC555 Timer IC (Radio Shack Katalog # 276-1718 oder gleichwertig)
• Q1 - 2N3906 PNP-Transistor (Radio Shack Katalog #276-1604 (15er Pack) oder gleichwertig)
• Q2 - 2N2222 NPN Transistor (Radio Shack Katalog #276-1617 (15 Stück) oder gleichwertig)
• D1 - Rote Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-041 oder gleichwertig)
• D2 - Blaue Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-311 oder gleichwertig)
• R1 - 1,5 MΩ 1/4W 5 % Widerstand
• R2 - 47 KΩ 1/4W 5 % Widerstand
• R3, R5 - 10 KΩ 1/4W 5 % Widerstand
• R4 - 1 MΩ 1/4W 5 % Widerstand
• R6 - 100 KΩ 1/4W 5 % Widerstand
• R7 - 1 KΩ 1/4W 5 % Widerstand
• C1 - 1 µF Tantalkondensator (Radio Shack Katalog # 272-1025 oder gleichwertig)
• C2 - 100 pF Keramikscheibenkondensator (Radio Shack Katalog # 272-123)
• C3 - 100 µF Elektrolytkondensator (Radio Shack Katalog 272-1028 oder gleichwertig)
• L1 - 200 µH Drossel oder Induktivität (genauer Wert nicht kritisch, siehe Kapitelende)

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 16:Titel „Einschwingverhalten von Induktoren“

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 16:Titel „Warum L/R und nicht LR?“

Lektionen in Stromkreisen , Band 3, Kapitel 4:Titel „Der Common-Emitter-Verstärker“

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

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

LERNZIELE

• Lernen Sie einen anderen Betriebsmodus für den 555 kennen
• Umgang mit ESD-Teilen
• So verwenden Sie einen Transistor für ein einfaches Gate (Widerstandstransistor-Inverter)
• Wie Induktivitäten Strom mit induktivem Flyback umwandeln können
• Wie man einen Induktor herstellt

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.

Dieses spezielle Experiment baut auf einem anderen Experiment auf, „Kommutierende Diode“ (Band 6, Kapitel 5). Es lohnt sich, diesen Abschnitt zu lesen, bevor Sie fortfahren.

Dies ist der letzte aus der Serie der lang anhaltenden LED-Blinker. Sie haben gezeigt, wie ein CMOS 555 zum Blinken einer LED verwendet wird und wie die Spannung der Batterien erhöht wird, damit eine LED mit mehr Spannungsabfall als die Batterien verwendet werden kann. Hier machen wir dasselbe, aber mit einer Induktivität anstelle eines Kondensators.

Das Grundkonzept stammt von einer anderen Erfindung, dem Joule Thief. Ein Joule-Dieb ist ein einfacher Transistoroszillator, der auch einen induktiven Rückschlag verwendet, um eine Weißlicht-LED aus einer 11/2-Batterie zum Leuchten zu bringen, und die LED benötigt mindestens 3,6 Volt, um zu leiten! Wie beim Joule-Dieb ist es möglich, 1 1/2 Volt zu verwenden, um diese Schaltung zum Laufen zu bringen. Da ein CMOS 555 jedoch für 2 Volt ausgelegt ist, werden mindestens 1 1/2 Volt nicht empfohlen, aber wir können die extreme Effizienz dieser Schaltung nutzen. Wenn Sie mehr über den Joule-Dieb erfahren möchten, finden Sie viele Informationen im Internet.

Diese Schaltung kann auch mehr als 1 oder 2 LEDs in Reihe schalten. Wenn die Anzahl der LEDs steigt, sinkt die Fähigkeit der Batterien, eine lange Lebensdauer zu haben, da die Spannung, die der Induktor erzeugen kann, etwas von der Batteriespannung abhängt. Für die Zwecke dieses Experiments wurden zwei unterschiedliche LEDs verwendet, um ihre Unabhängigkeit vom LED-Spannungsabfall zu demonstrieren. Die hohe Intensität der blauen LED überlagert die rote LED, aber wenn Sie genau hinsehen, werden Sie feststellen, dass die rote LED ihre maximale Helligkeit erreicht. Sie können so ziemlich jede beliebige LED-Farbe für dieses Experiment verwenden.

Im Allgemeinen muss die durch induktiven Rückschlag erzeugte Hochspannung eliminiert werden. Diese Schaltung verwendet es, aber wenn Sie bei der Polarität der LEDs einen Fehler machen, wird die blaue LED, die ESD-empfindlicher ist, wahrscheinlich sterben (dies wurde überprüft). Ein unkontrollierter Impuls von einer Spule ähnelt einem ESD-Ereignis. Der Transistor und der TLC555 können ebenfalls gefährdet sein.

Der Induktor in dieser Schaltung ist wahrscheinlich der am wenigsten kritische Teil im Design. Der Begriff Induktor ist allgemein gehalten, man findet diese Komponente auch als Drossel oder Spule. Eine Magnetspule würde auch funktionieren, da dies auch eine Art Induktivität ist. So würde die Spule von einem Relais. Von allen Komponenten, die ich verwendet habe, ist dies wahrscheinlich die am wenigsten kritisch, die mir begegnet ist. Tatsächlich sind Spulen wahrscheinlich die praktischste Komponente, die Sie selbst herstellen können. Ich werde behandeln, wie man eine Spule herstellt, die in diesem Design nach der Betriebstheorie funktioniert, aber das in der Abbildung gezeigte Teil ist eine 200-µH-Drossel, die ich bei einem lokalen Elektronikhändler gekauft habe.

THEORIE DES BETRIEBES

Sowohl Kondensatoren als auch Induktivitäten speichern Energie. Kondensatoren versuchen, eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten, während Induktivitäten versuchen, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten. Beide widersetzen sich einer Veränderung ihres jeweiligen Aspekts. Dies ist die Grundlage für den Flyback-Transformator, eine gängige Schaltung, die in alten CRT-Schaltungen und anderen Anwendungen verwendet wird, bei denen Hochspannung mit minimalem Aufwand benötigt wird. Wenn Sie eine Spule aufladen, dehnt sich um sie herum ein Magnetfeld aus, im Grunde ist es ein Elektromagnet, und das Magnetfeld ist gespeicherte Energie. Wenn der Strom aufhört, bricht dieses Magnetfeld zusammen und erzeugt Elektrizität, wenn das Feld die Drähte in der Spule durchquert.

Diese Schaltung verwendet zwei astabile Multivibratoren. Der erste Multivibrator steuert den zweiten. Beide sind auf minimalen Strom ausgelegt, ebenso wie der Wechselrichter aus Q1. Beide Oszillatoren sind sich sehr ähnlich, der erste wurde in früheren Experimenten behandelt. Das Problem ist, dass es in 97% der Fälle an bleibt oder hoch ist. Bei den vorherigen Schaltungen haben wir den niedrigen Zustand verwendet, um die LED zu leuchten, in diesem Fall schaltet der hohe den zweiten Multivibrator ein. Die Verwendung eines einfachen Transistor-Wechselrichters, der für extra niedrige Ströme ausgelegt ist, löst dieses Problem. Dies ist eigentlich eine sehr alte Logikfamilie, RTL, die für Widerstandstransistorlogik steht.

Der zweite Multivibrator schwingt mit 68,6 KHz, mit einer Rechteckwelle von etwa 50%. Diese Schaltung verwendet genau die gleichen Prinzipien wie im Minimum Parts LED Flasher . gezeigt . Auch hier werden die größten praktischen Widerstände verwendet, um den Strom zu minimieren, und dies bedeutet einen wirklich kleinen Kondensator für C2. Diese hochfrequente Rechteckwelle wird verwendet, um Q2 als einfachen Schalter ein- und auszuschalten.

Abbildung 1 zeigt, was passiert, wenn Q2 leitet und die Spule zu laden beginnt. Wenn Q2 eingeschaltet bleiben würde, würde ein effektiver Kurzschluss zwischen den Batterien resultieren, aber da dies Teil eines Oszillators ist, wird dies nicht passieren. Bevor die Spule ihren maximalen Strom erreichen kann, schaltet Q2 und der Schalter ist offen.

Abbildung 2 zeigt Q2, wenn es sich öffnet und die Spule geladen ist. Die Spule versucht, den Strom aufrechtzuerhalten, aber wenn kein Entladepfad vorhanden ist, kann sie dies nicht tun. Wenn es keinen Entladungspfad gäbe, würde die Spule einen Hochspannungsimpuls erzeugen, um den durch sie fließenden Strom aufrechtzuerhalten, und diese Spannung wäre ziemlich hoch. Wir haben jedoch ein paar LEDs im Entladepfad, so dass der Spulenimpuls schnell zum Spannungsabfall der kombinierten LEDs geht und dann den Rest seiner Ladung als Strom abgibt. Dadurch wird keine Hochspannung erzeugt, sondern es erfolgt eine Umwandlung in die zum Leuchten der LEDs erforderliche Spannung.

Die LEDs sind gepulst und die Lichtkurve folgt ziemlich genau der Entladungskurve der Spule. Das menschliche Auge mittelt diese Lichtleistung jedoch auf etwas, das wir als kontinuierliches Licht wahrnehmen.

TEILE UND MATERIALIEN

• 26 Fuß (8 Meter) 26AWG Magnetdraht (Radio Shack Katalog Nr. 278-1345 oder gleichwertig)
• 6/32X1,5-Zoll-Schraube, eine M4X30-mm-Schraube oder ein Nagel mit ähnlichem Durchmesser, der auf die richtige Größe zugeschnitten ist, aus Stahl oder Eisen, aber nicht rostfrei
• Passende Kontermutter (optional)
• Transparentes Klebeband (optional, bei Verwendung von Schrauben erforderlich)
• Superkleber
• Lötkolben, Lötzinn

Wie bereits erwähnt, handelt es sich hierbei nicht um ein Präzisionsteil. Induktivitäten im Allgemeinen können für viele Anwendungen eine große Varianz aufweisen, und diese kann speziell auf der hohen Seite stark abweichen. Das Ziel ist hier größer als 220µH.

Wenn Sie eine Schraube verwenden, verwenden Sie eine Schicht des transparenten Klebebands zwischen den Gewinden und dem Draht. Dies soll verhindern, dass sich das Gewinde der Schraube in den Draht einschneidet und die Spule kurzschließt. Wenn Sie eine Sicherungsmutter verwenden, setzen Sie diese 25 mm vom Schraubenkopf entfernt auf die Schraube. Beginnen Sie etwa 1 Zoll von einem Ende des Drahtes entfernt und verwenden Sie den Kleber, um den Draht wie abgebildet auf den Kopf des Nagels oder der Schraube zu heften. Lassen Sie den Kleber aushärten.

Wickeln Sie den Draht ordentlich und fest um 1 Zoll der Länge der Schraube und befestigen Sie ihn wieder mit Sekundenkleber. (Abbildung oben). Sie können dabei einen Bohrer mit variabler Geschwindigkeit verwenden, solange Sie vorsichtig sind. Wie alle Elektrogeräte kann es Sie beißen. Halten Sie den Draht fest, bis der Kleber aushärtet, und wickeln Sie dann eine zweite Schicht über die erste. Fahren Sie mit diesem Vorgang fort, bis der gesamte Draht außer dem letzten 1 Zoll aufgebraucht ist, und verwenden Sie den Kleber, um den Draht gelegentlich festzuheften. Ordnen Sie den Draht auf der letzten Schicht so an, dass sich die zweite Induktorleitung am anderen Ende der Schraube von der ersten entfernt befindet. Kleben Sie dies ein letztes Mal mit dem Kleber fest. Vollständig trocknen lassen.

Nehmen Sie vorsichtig eine scharfe Klinge und kratzen Sie die Emaille von jedem Ende der beiden Leitungen ab. Verzinnen Sie das freigelegte Kupfer mit dem Lötkolben und dem Lot, und Sie haben jetzt einen funktionsfähigen Induktor, der in diesem Experiment verwendet werden kann.

So sah das von mir erstellte aus:Abbildung unten.

Die gezeigten Verbindungen werden verwendet, um die Induktivität zu messen, die ziemlich nahe bei 220µH lag.