Электроника:Эксперименты/Таймерные схемы 555/КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих 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 синих светодиодах[1]

Оборудование и материалы

  • Две батарейки ААА
  • Зажим для батареи (каталог Radio Shack №270-398B)
  • U1 – микросхема таймера 1CMOS TLC555 (каталог Radio Shack №276-1718 или аналог)
  • Q1 – 2N3906 PNP-транзистор, упаковка из 15 шт. (каталог Radio Shack №276-1604 или аналог)
  • Q2 – транзистор 2N2222 NPN, упаковка из 15 шт. (каталог Radio Shack №276-1617 или аналог)
  • CR1 – диод 1N914, упаковка из 10 шт. (каталог Radio Shack №276-1122 или аналогичный, см. инструкции)
  • D1 – синий светодиод (каталог Radio Shack №276-311 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 620 Ом, ¼ Вт, 5%
  • R5 – резистор 82 Ом, ¼ Вт, 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)
  • C3 – электролитический конденсатор 470 мкФ (каталог Radio Shack №272-1030 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 использовать конденсатор для удвоения напряжения с помощью переключателя

Схематическая диаграмма

Рис. 1. Схематическая диаграмма: 555-конфигурация мультивибратора с нестабильным таймером.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: 555-конфигурация мультивибратора с нестабильным таймером.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: 555-конфигурация мультивибратора с нестабильным таймером.
Рис. 2. Иллюстрация: 555-конфигурация мультивибратора с нестабильным таймером.

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.

Эта схема основана на двух предыдущих экспериментах (первый, второй), используя их особенности и дополняя их. Синие и белые светодиоды имеют более высокое Vf (прямое падение напряжения), чем большинство, оно составляет около 3,6 В. 3-вольтовые батареи не могут управлять ими без посторонней помощи, поэтому требуется дополнительная схема.

Как и в предыдущих схемах, на светодиод подаётся импульс длительностью 0,03 секунды (30 мс). C3 используется для удвоения напряжения этого импульса, но он может делать это только на короткое время. Измерение тока через светодиод нецелесообразно с этой схемой из-за короткой продолжительности, но синие светодиоды, как правило, более предсказуемы, потому что они были изобретены позже.

Эта конкретная конструкция также может использоваться с одной батареей 1½ В. Базовая концепция была создана с использованием уже устаревшей ИС LM3909, в которой использовались красный светодиод, микросхема и конденсатор. Как и в случае с этой схемой, она могла мигать красным светодиодом более года с одной D-ячейкой. Когда новые красные светодиоды увеличили свое Vf с 1,5 В до 2,5 В, этот старый чип перестал быть практичным, и многие любители до сих пор его не замечают. Если вы хотите попробовать батарею 1½ В, замените R5 на 10 Ом и используйте красный светодиод с лучшим CR1 (см. следующий абзац).

CR1 не лучший выбор для этого компонента, он был выбран потому, что это общая деталь и она работает. Почти любой диод будет работать в этом приложении. Диоды Шоттки и германиевые диоды падают гораздо меньше, кремниевый диод падает 0,6—0,7 В, а диод Шоттки падает 0,1—0,2 В, а германиевый диод падает 0,2—0,3 В. Если использовать эти компоненты, уменьшенное падение напряжения приведёт к увеличению яркости светодиодов, поскольку эффективность схемы увеличится.

Теоретическое обоснование

Q2 – это переключатель, который используется в этой схеме. Когда Q2 выключен, C3 заряжается до напряжения батареи за вычетом падения напряжения на диоде, как показано на рисунке 3 ниже. Поскольку напряжение синего светодиода Vf составляет от 3,4 до 3,6 В, он эффективно отключён от цепи.

Рис. 3. Синий светодиода Vf эффективно отключён от цепи.
Рис. 3. Синий светодиода Vf эффективно отключён от цепи.

На рисунке 4 ниже показано, что происходит, когда Q2 включается. Сторона (+) конденсатора C3 заземлена, что переводит сторону (-) на -2,4 В. Диод CR1 теперь смещён в обратном направлении и не включён в цепь. -2,4 В разряжается через R5 и D1 на +3,0 В аккумуляторов. 5,4 В обеспечивает много дополнительного напряжения для освещения синего светодиода. Задолго до того, как C3 разряжается, цепь переключается в обратный режим, и C3 снова начинает заряжаться.

Рис. 4. Цепь переключается, C3 снова заряжается.
Рис. 4. Цепь переключается, C3 снова заряжается.

В LM3909 CR1 был резистором. Диод использовался для минимизации тока, позволяя R4 иметь максимальное значение. Вы можете заметить тусклое синее свечение синего светодиода, когда он выключен. Это демонстрирует разницу между теорией и практикой: 3 В достаточно, чтобы вызвать некоторую утечку через синий светодиод, даже если он не проводит ток. Если бы вы измерили этот ток, он был бы крайне мал.

См.также

Внешние ссылки