CMOS 555, долговечный светодиодный мигающий индикатор с обратным ходом

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Две батареи AAA
• Зажим для аккумулятора (каталог Radio Shack № 270-398B)
• U1, U2 - микросхема таймера CMOS TLC555 (каталог Radio Shack № 276-1718 или аналог)
• Q1 - транзистор PNP 2N3906 (каталог Radio Shack № 276-1604 (15 шт.) или аналогичный)
• Q2 - 2N2222 NPN транзистор (каталог Radio Shack № 276-1617 (15 шт.) или аналогичный)
• D1 - Красный светодиод (каталог Radio Shack № 276-041 или аналог)
• D2 - Синий светодиод (каталог Radio Shack № 276-311 или аналог)
• R1 - резистор 1,5 МОм 1/4 Вт, 5%
• R2 - резистор 47 кОм 1 / 4Вт, 5%
• R3, R5 - резистор 10 кОм 1/4 Вт, 5%
• R4 - резистор 1 МОм 1/4 Вт, 5%
• R6 - резистор 100 кОм 1/4 Вт, 5%
• R7 - резистор 1 кОм 1 / 4Вт, 5%
• C1 - танталовый конденсатор 1 мкФ (каталог Radio Shack № 272-1025 или аналог)
• Керамический дисковый конденсатор C2 - 100 пФ (каталог Radio Shack № 272-123)
• C3 - электролитический конденсатор 100 мкФ (каталог Radio Shack 272-1028 или аналог)
• L1 - дроссель или индуктор 200 мкГн (точное значение не критично, см. конец главы)

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 16:Название «Переходная характеристика индуктора»

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 16:Название «Почему левый / правый, а не левый?»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4:Название «Усилитель с общим эмиттером»

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 9:Название «Электростатический разряд»

Уроки электрических цепей , Том 4, глава 10:Название «Моностабильные мультивибраторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Изучите другой режим работы для 555
• Как обращаться с деталями, вызывающими электростатические разряды
• Как использовать транзистор для простого затвора (резистивного транзисторного инвертора)
• Как индукторы могут преобразовывать мощность с помощью индуктивного обратного хода
• Как сделать индуктор

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

ПРИМЕЧАНИЕ! В этом проекте используется чувствительная к статическому электричеству часть, CMOS 555. Если вы не используете защиту, как описано в Томе 3, Глава 9, Электростатический разряд , вы рискуете его уничтожить.

Этот конкретный эксперимент основан на другом эксперименте, «Коммутирующий диод» (том 6, глава 5). Перед тем, как продолжить, стоит ознакомиться с этим разделом.

Это последняя из серии светодиодных мигалок длительного действия. Они показали, как использовать CMOS 555 для мигания светодиода и как повысить напряжение батарей, чтобы у светодиода падение напряжения было больше, чем у батарей, которые будут использоваться. Здесь мы делаем то же самое, но с катушкой индуктивности вместо конденсатора.

Основная концепция заимствована из другого изобретения - «Вор Джоуля». Похититель джоуля - это простой транзисторный генератор, который также использует индуктивную отдачу для зажигания белого светодиода от батареи 11/2, а для того, чтобы светодиод начал проводить, требуется не менее 3,6 вольт! Как и в случае с похитителем джоулей, для работы этой схемы можно использовать напряжение 11/2 вольт. Однако, поскольку CMOS 555 рассчитан на 2 вольта, минимум 11/2 вольт не рекомендуется, но мы можем воспользоваться исключительной эффективностью этой схемы. Если вы хотите узнать больше о воре джоуля, в Интернете можно найти много информации.

Эта схема также может управлять более чем 1 или 2 светодиодами последовательно. По мере увеличения количества светодиодов способность батарей работать в течение длительного времени снижается, поскольку величина напряжения, которое может генерировать индуктор, в некоторой степени зависит от напряжения батареи. Для целей этого эксперимента использовались два разных светодиода, чтобы продемонстрировать независимость от падения напряжения на светодиодах. Высокая интенсивность синего светодиода заглушает красный светодиод, но если вы присмотритесь, вы обнаружите, что красный светодиод имеет максимальную яркость. Вы можете использовать практически любой цвет светодиодов, который выберете для этого эксперимента.

Как правило, необходимо устранить высокое напряжение, создаваемое индуктивной отдачей. Эта схема использует его, но если вы ошибетесь с полярностью светодиодов, синий светодиод, который более чувствителен к электростатическому разряду, скорее всего, погаснет (это было проверено). Неконтролируемый импульс от катушки напоминает событие ESD. Транзистор и TLC555 также могут оказаться под угрозой.

Катушка индуктивности в этой цепи, вероятно, является наименее важной частью конструкции. Термин индуктор является общим, вы также можете найти этот компонент, называемый дросселем или катушкой. Катушка соленоида также будет работать, поскольку это тоже тип индуктора. Как и катушка от реле. Из всех компонентов, которые я использовал, это, вероятно, наименее критичный из встреченных мною. Действительно, катушки, вероятно, являются наиболее практичным компонентом из существующих. Я расскажу, как сделать катушку, которая будет работать в этой конструкции после Теории работы, но на рисунке показана часть дросселя 200 мкГн, который я купил у местного продавца электроники.

ТЕОРИЯ ДЕЙСТВИЯ

И конденсаторы, и катушки индуктивности накапливают энергию. Конденсаторы стараются поддерживать постоянное напряжение, а катушки индуктивности - постоянный ток. Оба сопротивляются изменению своего аспекта. Это основа для обратноходового трансформатора, который представляет собой обычную схему, используемую в старых схемах на ЭЛТ и других устройствах, где требуется высокое напряжение с минимумом суеты. Когда вы заряжаете катушку, вокруг нее расширяется магнитное поле, в основном это электромагнит, а в магнитном поле накапливается энергия. Когда ток прекращается, это магнитное поле коллапсирует, создавая электричество, когда поле пересекает провода в катушке.

В этой схеме используются два нестабильных мультивибратора. Первый мультивибратор управляет вторым. Оба рассчитаны на минимальный ток, как и инвертор, выполненный с использованием Q1. Оба генератора очень похожи, первый уже рассматривался в предыдущих экспериментах. Проблема в том, что он остается включенным или находится на высоком уровне 97% времени. В предыдущих схемах мы использовали низкое состояние для включения светодиода, в данном случае высокое - это то, что включает второй мультивибратор. Эту проблему решает простой транзисторный инвертор, рассчитанный на сверхнизкий ток. На самом деле это очень старое семейство логических схем, RTL, что является сокращением от логики резистивного транзистора.

Второй мультивибратор колеблется на частоте 68,6 кГц с прямоугольной волной около 50%. В этой схеме используются те же принципы, что и в светодиодном мигалке с минимальным количеством деталей . . Опять же, для минимизации тока используются самые большие на практике резисторы, а это означает действительно небольшой конденсатор для C2. Эта высокочастотная прямоугольная волна используется для включения и выключения Q2 в качестве простого переключателя.

На рисунке 1 показано, что происходит, когда Q2 проводит, а катушка начинает заряжаться. Если Q2 останется включенным, это приведет к эффективному короткому замыканию между батареями, но, поскольку он является частью генератора, этого не произойдет. Прежде чем катушка достигает максимального тока, Q2 переключается, и переключатель разомкнут.

На рисунке 2 показан Q2, когда он размыкается, и катушка заряжена. Катушка пытается поддерживать ток, но если нет пути разряда, она не может этого сделать. Если бы не было пути разряда, катушка создала бы импульс высокого напряжения, стремясь поддерживать ток, протекающий через нее, и это напряжение было бы довольно высоким. Однако у нас есть пара светодиодов на пути разряда, поэтому импульс катушки быстро переходит в падение напряжения объединенных светодиодов, а затем сбрасывает остаток своего заряда в виде тока. В результате высокое напряжение не генерируется, но происходит преобразование в напряжение, необходимое для зажигания светодиодов.

Светодиоды являются импульсными, и кривая блеска довольно точно повторяет кривую разряда катушки. Однако человеческий глаз усредняет этот световой поток до того, что мы воспринимаем как непрерывный свет.

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• 26 футов (8 метров) магнитного провода 26AWG (каталог Radio Shack № 278-1345 или аналог)
• Винт 6 / 32X1,5 дюйма, винт M4X30 мм или гвоздь аналогичного диаметра, нарезанный до нужного размера, из стали или железа, но не из нержавеющей стали.
• Соответствующая контргайка (необязательно)
• Прозрачная лента (необязательно, если используются винты)
• Супер клей
• Паяльник, припой

Как уже упоминалось ранее, это не прецизионная деталь. Индукторы в целом могут иметь большое отклонение для многих приложений, и этот, в частности, может иметь большое количество высокого напряжения. Целевое значение здесь превышает 220 мкГн.

Если вы используете винт, используйте один слой прозрачной ленты между нитками и проволокой. Это необходимо для предотвращения врезания резьбы винта в провод и замыкания катушки. Если вы используете контргайку, наденьте ее на винт на расстоянии 25 мм от головки винта. Начиная примерно на 1 дюйм от одного конца проволоки, используйте клей, чтобы закрепить проволоку на головке гвоздя или винта, как показано. Подождите, пока клей застынет.

Аккуратно и плотно намотайте проволоку на 1 дюйм длины винта, снова закрепив ее на месте суперклеем. (Рисунок выше). Вы можете использовать дрель с регулируемой скоростью, чтобы помочь в этом, если вы будете осторожны. Как и все электроприборы, он может вас укусить. Крепко держите проволоку, пока клей не схватится, затем начинайте наматывать второй слой поверх первого. Продолжайте этот процесс до тех пор, пока не будет использована вся проволока, за исключением последней 1 дюйм, иногда используя клей, чтобы закрепить проволоку. Расположите провод на последнем слое так, чтобы второй вывод индуктора находился на другом конце винта от первого. В последний раз закрепите это клеем. Дайте полностью высохнуть.

Осторожно возьмите острое лезвие и соскребите эмаль с каждого конца двух проводов. Оловите открытую медь с помощью паяльника и припоя, и теперь у вас есть функциональный индуктор, который можно использовать в этом эксперименте.

Вот как выглядел тот, который я сделал:Рисунок ниже.

Показанные соединения используются для измерения индуктивности, которая довольно близка к 220 мкГн.