CMOS 555 Long Duration 最小部件红色 LED 闪光灯
零件和材料
- 两节 AAA 电池
- 电池夹（Radio Shack 目录编号 270-398B）
- 一个 DVM 或 VOM
- U1 - T 一个 CMOS TLC555 定时器 IC（Radio Shack 目录号 #276-1718 或同等产品）
- D1 - 红色发光二极管（Radio Shack 目录 # 276-041 或同等产品）
- R1 - 1.5 MΩ 1/4W 5% 电阻器
- R2 - 47 KΩ 1/4W 5% 电阻器
- C1 - 1 µF 钽电容器（Radio Shack 目录 272-1025 或同等产品）
- C2 - 100 µF 电解电容器（Radio Shack 目录 272-1028 或同等产品）
交叉引用
电路课程 ，第 1 卷，第 16 章：“电压和电流计算”
电路课程 ，第 1 卷，第 16 章：“求解未知时间”
电路课程 ，第 3 卷，第 9 章：“静电放电”
电路课程 ，第 4 卷，第 10 章：“多谐振荡器”
学习目标
- 了解 RC 时间常数的实际应用
- 了解几种 555 定时器非稳态多谐振荡器配置之一
- 工作周期知识
- 了解如何处理 ESD 敏感部件
原理图
插图
说明
笔记！此项目使用静电敏感部件 CMOS 555。如果您不使用第 3 卷第 9 章 静电放电 中所述的保护 ，你冒着毁掉它的风险。
555 不是耗电大户，而是 1970 年代的产物，诞生于 1971 年。它会在数天甚至数小时内将电池吸干。幸运的是，该设计已经使用 CMOS 技术进行了重新设计。新的实现并不完美，因为它缺乏原始的梦幻般的电流驱动，但对于 CMOS 器件，输出电流仍然非常好。主要优点包括供电电压范围更广（供电规格为2V至18V，可使用11/2V电池工作）和低功耗。该项目使用德州仪器 (TI) 设计的 TLC555。还有其他 CMOS 555，非常相似但有一些差异。这些芯片被设计为直接替代品，只要输出没有大量加载，它们就可以很好地发挥作用。
这种设计将不足变成了优势，因为电流驱动只会在较低的电源电压下变得更糟，其规格对于 2VDC 不超过 3ma。这种设计尝试使用几种不同的方法使电池的使用寿命尽可能长。 CMOS IC 具有极低的电流，并向 LED 发送 30 毫秒的脉冲（这是一个非常短的时间，但在人类视觉的持久性范围内），并使用非常大的电阻器使用慢速闪光（1 秒）来最小化电流。在占空比为 3% 的情况下，该电路的大部分时间都处于关闭状态，并且（假设 LED 为 20ma）平均电流为 0.6ma。最大的问题是使用该 IC 的内置电流限制，因为它没有针对特定电流进行额定，并且不同 CMOS IC 之间的 LED 电流可能会有很大差异。
在处理非常低的电流（在这种情况下为 2μa）时，电解电容器可能会遇到问题，因为泄漏可能过多，这是一种临界故障条件。如果您的实验似乎是这样做的，则可以通过对电池充电，然后通过任何导体对电容器 C1 放电几次来解决此问题。
当你完成这个电路时，LED 应该开始闪烁，并且会持续数月。如果您使用较大的电池，例如 D 型电池，则此持续时间会显着增加。
要测量馈送 LED 的电流消耗，请使用跳线将 C1+ 连接到 Vcc（在插图中以红色显示），这将打开 TLC555。测量从电池流向电路的安培数。目标电流是20ma，我用不同的CMOS 555s测了9ma到24ma。这并不重要，但会影响电池寿命。
操作原理
细心的读者会注意到，这与 555 音频振荡器 中使用的电路基本相同 实验。许多设计以几种不同的方式使用相同的基本设计和概念，就是这种情况。如果电源不那么低并且使用 LED 限流电阻器，则传统的 555 IC 可以在此设计中工作。除了使用的晶体管类型外，图1所示框图与传统555基本相同。
这个特定的振荡器取决于引脚 7 晶体管，很像早期实验中显示的 555 单稳态多谐振荡器。启动条件是电容器放电，输出为高电平，引脚 7 晶体管关闭。电容开始充电，如图2所示。
当引脚 2 和 6 上的电压达到电源的 2/3 时，触发器通过内部比较器 C1 复位，从而打开引脚 7 晶体管，并开始电容器 C1 通过 R2 放电，如图 3 所示。 电流通过 R1 显示是偶然的，除了耗尽电池之外并不重要。这就是为什么这个电阻值这么大。
当引脚 2 和 6 上的电压达到电源的 1/3 时，触发器通过内部比较器 C2 置位，当关闭引脚 7 晶体管时，允许电容器再次通过 R1 和 R2 开始充电，如图所示图 2. 这个循环重复。
电容器 C2 延长了电池的寿命，因为它会在 97% 的电路关闭期间存储电压，并在 3% 期间提供电流。这种简单的添加将使电池大大超出其使用寿命。
在运行这个实验时，有一个我没有预料到的反馈机制。 TLC555 的输出电流是不成比例的，随着电源电压的下降，输出电流会减少很多。在我终止实验之前，我的闪光器持续了 6 个月。它仍在闪烁，只是很暗。
工业技术