CMOS 555 Langzeit-Rote-LED-Flasher – Präzisionstreiber für zuverlässige Leistung

Komponenten & Materialien

• 2 × AAA-Batterien (frische Alkaline empfohlen)
• Batterieclip (Radio Shack #270‑398B)
• Digitalmultimeter oder Spannungsmessgerät
• U1 – CMOS TLC555 Timer-IC (RS #276‑1718 oder gleichwertig)
• Q1 – 2N3906 PNP-Transistor (RS #276‑1604 oder gleichwertig)
• Q2 – 2N2222 NPN-Transistor (RS #276‑1617 oder gleichwertig)
• D1 – Rote LED (RS #276‑041 oder gleichwertig)
• R1 – 1,5 MΩ, ¼ W, 5 % Toleranz Widerstand
• R2 – 47 kΩ, ¼ W, 5 % Toleranz Widerstand
• R3 – 2,2 kΩ, ¼ W, 5 % Toleranz Widerstand
• R4 – 27 Ω, ¼ W, 5 % Toleranz Widerstand (an LED-Vorwärtsspannung anpassen)
• C1 – 1 µF Tantal-Kondensator (RS #272‑1025 oder gleichwertig)
• C2 – 100 µF Elektrolytkondensator (RS #272‑1028 oder gleichwertig)

Querverweise

• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16 – Spannungs- & Stromberechnungen
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16 – Unbekannte Zeit lösen
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 4 – Bipolare Transistoren
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 9 – Elektrostatische Entladung
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 4, Kap. 10 – Multivibratoren

Lernziele

• RC-Zeitkonstanten-Konzepte in einer realen Schaltung anwenden
• Einen Astabilen 555-Timer-Konfiguration erkunden
• Tastverhältnis verstehen und berechnen
• ESD-Schutz für empfindliche CMOS-Bauelemente implementieren
• Transistoren zur Stromverstärkung nutzen
• Richtigen LED-Vorwiderstand berechnen

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

ESD-Vorkehrungen

Da der TLC555 hoch empfindlich gegen statische Entladung ist, befolgen Sie die Richtlinien in Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 9. Nutzen Sie antistatische Armbänder oder arbeiten Sie auf einer geerdeten Matte.

Dieses Design baut auf dem früheren „Langzeit-Minimalteile-Rote-LED-Flasher“ auf, indem es Transistortreiber hinzufügt, die den LED-Strom stabil halten, selbst wenn die Batteriespannung fällt.

Q1 und Q2 bilden einen niederohmigen, hochverstärkenden Treiber, der den TLC555-Ausgang entlastet. Wenn die Batteriespannung Richtung 2 V sinkt, liefert der Treiber immer noch genug Strom, um Q2 in Sättigung zu treiben, sodass die LED während ihrer On-Phase voll leuchtet.

Da die LED-Vorwärtsspannung (V_F) variiert, muss R4 so gewählt werden, dass ein Ziel von ~20 mA eingehalten wird. Beispiel:

• V_F = 2,5 V → R4 ≈ 27 Ω (18,5 mA)
• V_F = 2,1 V → R4 ≈ 47 Ω (20 mA)
• V_F = 1,5 V → R4 ≈ 75 Ω (20 mA)

Messen Sie V_F mit der LED im Dauerbetrieb (nutzen Sie den in Rot gezeigten Jumper) und berechnen Sie R4 mit:

R4 = (3 V – V_F) / 0,02 A

Das Ersetzen von C2 (100 µF) verringert die Batterielebensdauer vorübergehend; die LED dimmt nach ein bis zwei Wochen, erholt sich aber innerhalb von Sekunden, sobald der Kondensator wiederhergestellt ist. Mit frischen AAA-Zellen kann dieser Flasher bis zu drei Monate ununterbrochen laufen.

Theorie der Funktionsweise

Der Transistortreiber setzt sich aus einer Common-Collector-Stufe (Q1) gefolgt von einer Common-Emitter-Stufe (Q2) zusammen. Diese Konfiguration bietet:

• Sehr hohen Eingangswiderstand (≥ 100 kΩ), sodass der TLC555 minimal belastet wird.
• Starke Ansteuerung, um Q2 in Sättigung zu treiben und die LED in jedem Zyklus voll einzuschalten.

Q1s β (≈ 50 Minimum) multipliziert den Emitterwiderstand, sodass der Treiber den 555 IC vernachlässigbar belastet. Selbst bei Verstärkungsschwankungen innerhalb derselben Transistorfamilie bleibt das Design robust. Wenn Q1 einschaltet, leitet es ca. 1 mA an Q2 weiter, was ausreicht, um Q2 in Sättigung zu treiben und die LED einzuschalten.