CMOS 555 Langzeit-Flyback-LED-Flasher

Benötigte Bauteile & 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 (15er Pack) oder gleichwertig)
• D1 – Rote LED (Radio Shack Katalog # 276-041 oder gleichwertig)
• D2 – Blaue LED (Radio Shack Katalog # 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 Tantal-Kondensator (Radio Shack Katalog # 272-1025 oder gleichwertig)
• C2 – 100 pF Keramik-Kondensator (Radio Shack Katalog # 272-123)
• C3 – 100 µF Elektrolytkondensator (Radio Shack Katalog # 272-1028 oder gleichwertig)
• L1 – 200 µH Drossel oder Induktor (Exakter Wert nicht kritisch, siehe Ende des Kapitels)

Querverweise

• Lessons In Electric Circuits, Band 1, Kapitel 16: „Induktor Transientenverhalten“
• Lessons In Electric Circuits, Band 1, Kapitel 16: „Warum L/R und nicht LR?“
• Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 4: „Der Common-Emitter-Verstärker“
• Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 9: „Elektrostatische Entladung“
• Lessons In Electric Circuits, Band 4, Kapitel 10: „Monostabile Multivibratoren“

Lernziele

• Einen weniger gängigen Betriebsmodus des 555-Timers erkunden
• Richtige elektrostatische Entladung (ESD) Handhabungstechniken anwenden
• Einen Transistor als einfachen Inverter-Gatter nutzen (Widerstand-Transistor-Logik)
• Induktiven Flyback zur Spannungserhöhung für LED-Beleuchtung nutzen
• Einen benutzerdefinierten Induktor aus leicht verfügbaren Materialien bauen

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

HINWEIS: Der CMOS 555 ist hoch empfindlich gegen elektrostatische Entladung. Befolgen Sie die Schutzrichtlinien in Band 3, Kapitel 9, „Elektrostatische Entladung“, um den IC nicht zu beschädigen.

Dieses Experiment baut auf der „Kommutierungsdiode“ (Band 6, Kapitel 5) auf. Lesen Sie diesen Abschnitt vor dem Fortfahren.

Wir nutzen einen CMOS 555, um eine LED zu blinken, während die Batteriespannung mit induktivem Flyback erhöht wird, was dem Prinzip eines Joule Thief entspricht. Obwohl der 555 für mindestens 2 V spezifiziert ist, kann die Schaltung dank hocheffizienter Energieumwandlung mit 1,5-V-Batterien laufen.

Das Design kann mehrere LEDs in Reihe treiben; mit steigender Anzahl sinkt die Batterielebensdauer, da die Spitzen-Spannung des Induktors von der Versorgungsspannung abhängt. In diesem Beispiel demonstrieren zwei verschiedene LEDs die Unabhängigkeit der Schaltung von individuellen LED-Spannungsfällen. Die blaue LED dominiert die wahrgenommene Helligkeit, doch die rote LED erreicht ihre maximale Intensität.

Sorgfältige LED-Polarität ist essenziell. Eine falsch herum eingebaute blaue LED, die empfindlicher gegen ESD ist, wird wahrscheinlich durch den induktiven Impuls zerstört. Ebenso können Transistor und 555 IC durch unkontrollierte Spitzen beschädigt werden.

Der Induktor ist das nachsichtigste Bauteil. Es kann eine Standarddrossel, eine Solenoide-Spule oder sogar eine Relais-Spule sein. Unten finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Bau einer 220-µH-Spule mit 26 AWG Lackdraht.

Bauteile & Materialien für die Spule

• 26 ft (8 m) 26 AWG Lackdraht (Radio Shack Katalog # 278-1345 oder gleichwertig)
• 6/32×1,5-Zoll-Schraube, M4×30-mm-Schraube oder ähnlich großer Stahl- oder Eisennagel (nicht Edelstahl)
• Optional Kontermutter
• Optional transparentes Klebeband (bei Schrauben)
• Superkleber
• Lötkolben & Lötzinn

Spulen sind keine Präzisionsbauteile; ihre Induktivität kann variieren. Zielen Sie auf ≥220 µH. Die folgenden Konstruktionsschritte sind unkompliziert und reproduzierbar.

1. Wickeln Sie den Draht in einer einzelnen festen Lage um die Schraube oder den Nagel, halten Sie die Spulenlänge auf 1 Zoll (25 mm). Befestigen Sie den Spulenanfang mit einem dünnen Streifen transparenten Klebebands oder einem Klebepunkt.
2. Tragen Sie eine kleine Menge Superkleber am Schraubenkopf auf, um die erste Lage zu fixieren. Lassen Sie den Kleber aushärten, bevor Sie weitere Windungen hinzufügen.
3. Weiter wickeln, bei Bedarf Kleber auftragen, um Spannung und Form beizubehalten, bis der Draht fast vollständig aufgewickelt ist. Lassen Sie einen 1-Zoll-Abschnitt Draht für den zweiten Anschluss frei.
4. Entfernen Sie den Lack von den Enden der beiden Anschlüsse, verzinne sie mit Lötzinn, und Sie haben einen funktionsfähigen Induktor.
5. Messen Sie die Induktivität mit einem Multimeter oder LCR-Meter; typische Werte liegen nahe 220 µH.

Die Abbildungen unten illustrieren die fertige Spule und den Messaufbau.