Электроника:Эксперименты/Таймерные схемы 555/КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Материал из Онлайн справочника
Версия от 21:55, 22 мая 2023; EducationBot (обсуждение | вклад)
(разн.) ← Предыдущая версия | Текущая версия (разн.) | Следующая версия → (разн.)
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах[1]

Оборудование и материалы

  • Две батарейки ААА
  • Зажим для батареи (каталог Radio Shack №270-398B)
  • Один мультиметр (постоянного или переменного тока)
  • U1 – микросхема таймера КМОП TLC555 (каталог Radio Shack №276-1718 или аналог)
  • Q1 – 2N3906 PNP-транзистор, 15 шт. в упаковке (каталог Radio Shack №276-1604 или аналог
  • Q2 – транзистор 2N2222 NPN, 15 шт. в упаковке (каталог Radio Shack №276-1617 или аналог)
  • D1 – красный светодиод (каталог Radio Shack №276-041 или аналог)
  • R1 – резистор 1,5 Мом, ¼ Вт, 5%
  • R2 – резистор 47 кОм, ¼ Вт, 5%
  • R3 – резистор 2,2 кОм, ¼ Вт, 5%
  • R4 – резистор 27 Ом, ¼ Вт, 5 % (или проследите, чтобы выбрать лучшее значение)
  • C1 – танталовый конденсатор 1 мкФ (каталог Radio Shack №272-1025 или аналог)
  • C2 – электролитический конденсатор 100 мкФ (каталог Radio Shack №272-1028 или аналог)

Ссылки по теме

Цели эксперимента

  • Изучить практическое применение постоянной времени RC
  • Изучить одну из нескольких конфигураций нестабильного мультивибратора с таймером 555
  • Освоить концепцию рабочего цикла
  • Научиться обращаться с деталями, чувствительными к электростатическому разряду
  • Научиться использовать транзисторы для улучшения усиления по току
  • Научиться правильно рассчитывать номинал резистора для светодиода

Схематическая диаграмма

Рис. 1. Схематическая диаграмма: проблесковый прибор на синих светодиодах.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: проблесковый прибор на синих светодиодах.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: проблесковый прибор на синих светодиодах
Рис. 2. Иллюстрация: проблесковый прибор на синих светодиодах

.

Ход эксперимента

Осторожно!

В этом проекте используется чувствительная к статическому электричеству схема КМОП 555. Если вы не используете защиту (как описано в томе III «Полупроводники», глава 9 «Практические аналоговые полупроводниковые схемы», раздел «Электростатический разряд») то это может привести к её разрушению.

Схема, показанная в предыдущем эксперименте, имеет один большой недостаток — отсутствие контроля тока светодиода. В этом эксперименте используется та же базовая схема 555 и добавлены транзисторные драйверы, чтобы исправить это.

Детали, используемые для этого транзисторного драйвера, не являются критическими. Он предназначен для минимальной загрузки TLC555 и полного включения Q2. Это важно, так как при приближении напряжения батареи к 2 В драйв от TLC555 снижается до минимальных значений. Биполярные транзисторы могут быть хорошими переключателями.

Поскольку светодиоды могут иметь очень много вариаций, R4 следует настроить в соответствии с конкретным используемым светодиодом. Ток ограничен 18,5 мА при 27 Ом и Vf (прямое падение напряжения светодиода) 2,5 В, светодиод Vf 2,1 В потребляет 33 мА, а светодиод Vf 1,5 потребляет 56 мА. Последний случай имеет слишком большой ток, не говоря уже о том, что это может сказаться на сроке службы батареи. Чтобы исправить это, используйте 47 Ом, если Vf составляет 2,1 В, и 75 Ом, если Vf составляет 1,5 В, предполагая, что целевой ток составляет 20 мА.

Вы можете измерить Vf, используя перемычку, показанную красным на рисунке, которая будет постоянно включать светодиод. Вы можете рассчитать значение R4, используя уравнение:

R4 = (3 В - Vf) / 0,02 А

В предыдущем эксперименте упоминалось, что конденсатор С2 продлевает срок службы батарей. Интересный эксперимент – периодически снимать эту часть и смотреть, что получится. Сначала вы заметите, что угас светодиод, а через неделю-две схема сдохнет без него, однако через пару секунд возобновит работу при его замене. Этот «маячок» будет работать в течение 3 месяцев от свежих щелочных батареек типа ААА.

Теоретическое обоснование

Генератор КМОП 555 был полностью объяснён в предыдущем эксперименте, поэтому драйвер транзистора будет в центре этого объяснения.

Драйвер транзистора сочетает в себе элементы конфигурации с общим коллектором на транзисторе Q1 и схемы с общим эмиттером на транзисторе Q2. Это обеспечивает очень высокое входное сопротивление, позволяя Q2 полностью открыться. Входное сопротивление транзистора равно β (коэффициент усиления) транзистора, умноженному на сопротивление эмиттера. Если коэффициент усиления Q1 равен 50 (минимальное значение), драйвер нагружает TLC555 более чем 100 кОм. Транзисторы могут иметь большие различия в коэффициенте усиления даже в пределах одного семейства.

Когда Q1 включается, 1 мА отправляется на Q2. Этого более чем достаточно, чтобы полностью включить Q2, что называется насыщением. Q2 используется как простой переключатель для светодиода.

См.также

Внешние ссылки