CMOS 555, длительное время, минимальное количество деталей, красный светодиодный индикатор

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Две батареи AAA
• Зажим для аккумулятора (каталог Radio Shack № 270-398B)
• Один DVM или VOM
• ИС таймера U1 - T One CMOS TLC555 (каталог Radio Shack № 276-1718 или аналог)
• D1 - Красный светодиод (каталог Radio Shack № 276-041 или аналог)
• R1 - резистор 1,5 МОм 1/4 Вт, 5%
• R2 - резистор 47 кОм 1 / 4Вт, 5%
• C1 - танталовый конденсатор 1 мкФ (каталог Radio Shack 272-1025 или аналог)
• C2 - электролитический конденсатор 100 мкФ (каталог Radio Shack 272-1028 или аналог)

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 16:«Расчеты напряжения и тока»

Уроки электрических цепей , Том 1, глава 16:«Решение для неизвестного времени»

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

Уроки электрических цепей , Том 4, глава 10:«Мультивибраторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Изучите практическое применение постоянной времени RC.
• Изучите одну из нескольких конфигураций нестабильного мультивибратора с таймером 555
• Практическое знание рабочего цикла
• Узнайте, как обращаться с деталями, чувствительными к электростатическому разряду.

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.

555 - это не аккумулятор, но это детище 1970-х годов, созданное в 1971 году. Он высасывает батарею за несколько дней, если не часов. К счастью, конструкция была заново изобретена с использованием технологии CMOS. Новая реализация не идеальна, так как в ней отсутствует фантастический токовый привод оригинала, но для устройства CMOS выходной ток по-прежнему очень хороший. К основным преимуществам можно отнести более широкий диапазон питающих напряжений (характеристики блока питания от 2 до 18 В, и он будет работать от батареи 11/2 В) и низкое энергопотребление. В этом проекте используется TLC555, разработка Texas Instruments. Существуют и другие CMOS 555, очень похожие, но с некоторыми отличиями. Эти микросхемы предназначены для быстрой замены и работают очень хорошо, пока выход не сильно загружен.

Такая конструкция превращает недостаток в преимущество, так как токовый привод только ухудшается при более низких напряжениях источника питания, его характеристики не превышают 3 мА для 2 В постоянного тока. Эта конструкция старается продлить срок службы батарей как можно дольше, используя несколько различных подходов. CMOS IC имеет чрезвычайно низкий ток и посылает светодиоду импульс длительностью 30 мс (что является очень коротким временем, но в пределах постоянства человеческого зрения), а также использует низкую частоту вспышки (1 секунду) с использованием действительно больших резисторов для минимизации тока. При рабочем цикле 3% эта схема проводит большую часть своего времени в выключенном состоянии, и (при условии 20 мА для светодиода) средний ток составляет 0,6 мА. Большая проблема заключается в использовании встроенного ограничения тока этой ИС, поскольку она не рассчитана на определенный ток, а ток светодиода может сильно различаться между разными ИС КМОП.

При очень малых токах (в данном случае 2 мкА) могут возникнуть проблемы с электролитическими конденсаторами, поскольку утечка может быть чрезмерной, что является пограничным состоянием отказа. Если в вашем эксперименте это удается, это можно исправить, зарядив батарею, а затем несколько раз разрядив конденсатор C1 через любой проводник.

Когда вы завершите эту схему, светодиодный индикатор должен начать мигать и будет продолжать мигать в течение нескольких месяцев. Если вы используете более крупные батареи, например, D-элементы, этот срок значительно увеличится.

Чтобы измерить ток, потребляемый светодиодом, подключите C1 + к Vcc с помощью перемычки (показанной красным на иллюстрации), которая включит TLC555. Измерьте силу тока, протекающую от батареи к цепи. Целевой ток составляет 20 мА, я измерял от 9 до 24 мА, используя разные CMOS 555. Это не критично, но повлияет на время автономной работы.

ТЕОРИЯ ДЕЙСТВИЯ

Внимательный читатель заметит, что это в основном та же схема, которая использовалась в АУДИОЦИЛЛЯТОРЕ 555 . эксперимент. Многие проекты используют одни и те же базовые конструкции и концепции несколькими разными способами, это такой случай. Обычная микросхема 555 работала бы в этой конструкции, если бы источник питания не был таким низким и использовался резистор, ограничивающий ток светодиода. За исключением типа используемых транзисторов, блок-схема, показанная на рисунке 1, в основном такая же, как у обычного 555-го.

Этот конкретный генератор зависит от транзистора с выводом 7, как и моностабильный мультивибратор 555, показанный в более раннем эксперименте. Условие запуска - разряженный конденсатор, высокий уровень на выходе и выключенный транзистор на контакте 7. Конденсатор начинает заряжаться, как показано на рисунке 2.

Когда напряжение на контактах 2 и 6 достигает 2/3 источника питания, триггер сбрасывается через внутренний компаратор C1, который включает транзистор на контакте 7 и запускает разряд конденсатора C1 через R2, как показано на рисунке 3. Ток Показанный через R1 является случайным и не имеет значения, кроме разряда батареи. Вот почему это сопротивление резистора такое большое.

Когда напряжение на контактах 2 и 6 достигает 1/3 от источника питания, триггер устанавливается через внутренний компаратор C2, когда выключается транзистор на контакте 7, позволяя конденсатору снова начать заряжаться через R1 и R2, как показано на Рисунок 2. Этот цикл повторяется.

Конденсатор C2 продлевает срок службы батарей, поскольку он будет сохранять напряжение в течение 97% времени, когда цепь отключена, и обеспечивать ток в течение 3% времени, когда она включена. Это простое дополнение значительно продлит срок службы батарей.

При проведении этого эксперимента был механизм обратной связи, которого я не ожидал. Выходной ток TLC555 непропорционален, поскольку напряжение источника питания падает, выходной ток уменьшается намного больше. Мой прошивальщик проработал 6 месяцев, прежде чем я прекратил эксперимент. Он все еще мигал, просто был очень тусклым.