CMOS 555 Long Duration Flyback LED Flasher

零件和材料

• 两节 AAA 电池
• 电池夹（Radio Shack 目录编号 270-398B）
• U1、U2 - CMOS TLC555 定时器 IC（Radio Shack 目录号 # 276-1718 或同等产品）
• Q1 - 2N3906 PNP 晶体管（Radio Shack 目录 #276-1604（15 包）或同等产品）
• Q2 - 2N2222 NPN 晶体管（Radio Shack 目录 #276-1617（15 包）或同等产品）
• D1 - 红色发光二极管（Radio Shack 目录 # 276-041 或同等产品）
• D2 - 蓝色发光二极管（Radio Shack 目录号 # 276-311 或同等产品）
• R1 - 1.5 MΩ 1/4W 5% 电阻器
• R2 - 47 KΩ 1/4W 5% 电阻器
• R3、R5 - 10 KΩ 1/4W 5% 电阻器
• R4 - 1 MΩ 1/4W 5% 电阻器
• R6 - 100 KΩ 1/4W 5% 电阻器
• R7 - 1 KΩ 1/4W 5% 电阻器
• C1 - 1 µF 钽电容器（Radio Shack 目录号 #272-1025 或同等产品）
• C2 - 100 pF 陶瓷圆盘电容器（Radio Shack 目录 # 272-123）
• C3 - 100 µF 电解电容器（Radio Shack 目录 272-1028 或同等产品）
• L1 - 200 µH 扼流圈或电感器（确切值不重要，见章节结尾）

交叉引用

电路课程 ，第 1 卷第 16 章：标题“电感瞬态响应”

电路课程 ，第 1 卷，第 16 章：标题“为什么是 L/R 而不是 LR？”

电路课程 , 第 3 卷第 4 章：标题“共发射极放大器”

电路课程 ，第 3 卷第 9 章：标题“静电放电”

电路课程 ，第 4 卷，第 10 章：标题“单稳态多谐振荡器”

学习目标

• 了解 555 的另一种操作模式
• 如何处理 ESD 部件
• 如何将晶体管用于简单的栅极（电阻晶体管反相器）
• 电感器如何使用电感反激转换功率
• 如何制作电感

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。

这个特殊的实验建立在另一个实验“换向二极管”（第 6 卷，第 5 章）的基础上。值得在继续之前查看该部分。

这是长效 LED 闪光灯系列的最后一款。他们展示了如何使用 CMOS 555 使 LED 闪烁，以及如何提高电池的电压，使 LED 的压降大于所使用的电池。这里我们做同样的事情，但用电感器代替电容器。

基本概念改编自另一项发明，焦耳窃贼。焦耳小偷是一个简单的晶体管振荡器，它也使用电感反冲从 11/2 电池点亮白光 LED，LED 至少需要 3.6 伏才能开始导电！像焦耳小偷一样，可以使用 11/2 伏特使该电路工作。但是，由于 CMOS 555 的额定电压为 2 伏，因此不建议使用最小 11/2 伏，但我们可以利用该电路的极高效率。如果您想了解有关焦耳小偷的更多信息，可以在网上找到大量信息。

该电路还可以驱动多于 1 个或 2 个串联的 LED。随着 LED 数量的增加，电池持续长时间的能力下降，因为电感器可以产生的电压量在某种程度上取决于电池电压。出于本实验的目的，使用了两个不同的 LED 来证明其对 LED 电压降的独立性。蓝色 LED 的高强度淹没了红色 LED，但如果仔细观察，您会发现红色 LED 处于最大亮度。您几乎可以使用为此实验选择的任何颜色的 LED。

一般来说，感应反冲产生的高电压是需要消除的。该电路使用它，但如果您弄错了 LED 的极性，则对 ESD 更敏感的蓝色 LED 可能会死亡（这已得到验证）。来自线圈的不受控制的脉冲类似于 ESD 事件。晶体管和 TLC555 也有风险。

该电路中的电感可能是设计中最不重要的部分。术语电感器是通用的，您还可以找到称为扼流圈或线圈的组件。螺线管线圈也可以工作，因为它也是一种电感器。继电器的线圈也是如此。在我使用过的所有组件中，这可能是我遇到的最不重要的组件。事实上，线圈可能是您可以自己制作的最实用的组件。在完成工作原理之后，我将介绍如何制作可在此设计中工作的线圈，但插图中显示的部分是我从当地电子产品零售商处购买的 200µH 扼流圈。

操作原理

电容器和电感器都存储能量。电容器试图保持恒定电压，而电感器试图保持恒定电流。两者都拒绝改变各自的方面。这是回扫变压器的基础，它是用于旧 CRT 电路和其他需要高电压而无需大惊小怪的用途的常用电路。当你给线圈充电时，它周围的磁场会扩大，基本上它是一个电磁体，磁场是储存能量。当电流停止时，这个磁场就会崩溃，当磁场穿过线圈中的电线时会产生电力。

该电路使用两个非稳态多谐振荡器。第一个多谐振荡器控制第二个。两者都设计用于最小电流，以及使用 Q1 制造的逆变器。两个振荡器非常相似，第一个已在之前的实验中介绍过。问题是它在 97% 的时间里保持开启或很高。在前面的电路中，我们使用低电平来点亮 LED，在这种情况下，高电平是打开第二个多谐振荡器的原因。使用专为超低电流设计的简单晶体管逆变器解决了这个问题。这实际上是一个非常古老的逻辑家族，RTL，是电阻晶体管逻辑的缩写。

第二个多谐振荡器以 68.6 KHz 的频率振荡，方波约为 50%。该电路使用与最少零件 LED 闪光灯中所示完全相同的原理 .同样，最大的实际电阻用于最小化电流，这意味着 C2 的电容器非常小。这个高频方波作为一个简单的开关用于开启和关闭 Q2。

图 1 显示了当 Q2 导通且线圈开始充电时会发生什么。如果 Q2 保持开启，则会导致电池间的有效短路，但由于这是振荡器的一部分，因此不会发生。在线圈达到最大电流之前，Q2 开关，开关打开。

图 2 显示 Q2 打开时，线圈已充电。线圈试图保持电流，但如果没有放电路径，它就无法做到这一点。如果没有放电路径，线圈会产生一个高压脉冲，试图保持流过它的电流，这个电压会很高。然而，我们在放电路径中有几个 LED，所以线圈脉冲会迅速到达组合 LED 的压降，然后将其剩余的电荷作为电流转储。结果没有产生高电压，但转换为点亮 LED 所需的电压。

LED 是脉冲的，光曲线非常接近线圈的放电曲线。然而，人眼将这种光输出平均为我们认为是连续光的东西。

零件和材料

• 26 英尺（8 米）的 26AWG 电磁线（Radio Shack 目录 #278-1345 或同等产品）
• 6/32X1.5 英寸螺钉、M4X30mm 螺钉或类似直径的钉子，切割成钢或铁，但不是不锈钢
• 匹配的锁紧螺母（可选）
• 透明胶带（可选，如果使用螺丝则需要）
• 强力胶
• 烙铁、焊锡

如前所述，这不是精密零件。对于许多应用，电感器通常会有很大的差异，而这个特别是在高侧可能会有很大的偏差。这里的目标是大于220μH。

如果您使用的是螺钉，请在螺纹和电线之间使用一层透明胶带。这是为了防止螺钉的螺纹切入电线并使线圈短路。如果您使用锁紧螺母，请将其放在距离螺钉头部 1 英寸（25 毫米）的螺钉上。从线的一端开始大约 1 英寸，使用胶水将线钉在钉子或螺钉的头部，如图所示。让胶水凝固。

将电线整齐且紧密地缠绕 1 英寸的螺丝长度，再次用强力胶将其固定到位。 （上图）。只要你小心，你可以使用变速钻来帮助解决这个问题。像所有电源设备一样，它会咬你。握紧电线直到胶水凝固，然后开始在第一层上缠绕第二层。继续这个过程，直到用完最后 1 英寸以外的所有电线，偶尔使用胶水将电线固定下来。将导线布置在最后一层，使第二个电感器引线位于螺钉的另一端，远离第一个。最后一次用胶水把它粘住。完全晾干。

用锋利的刀片轻轻地刮掉两条引线两端的珐琅质。用烙铁和焊料将裸露的铜镀锡，你现在就有了一个可以用于这个实验的功能电感。

这是我制作的样子：下图。

所示连接用于测量电感，结果非常接近 220µH。