CMOS 555长周期红LED闪烁器——可靠性能的精密驱动电路
元件与材料
- 2×AAA电池（推荐新碱性电池）
- 电池夹（Radio Shack #270-398B）
- 数字万用表或仅电压表
- U1——CMOS TLC555定时器IC（RS #276-1718或等效）
- Q1——2N3906 PNP晶体管（RS #276-1604或等效）
- Q2——2N2222 NPN晶体管（RS #276-1617或等效）
- D1——红LED（RS #276-041或等效）
- R1——1.5MΩ，¼W，5%公差电阻
- R2——47kΩ，¼W，5%公差电阻
- R3——2.2kΩ，¼W，5%公差电阻
- R4——27Ω，¼W，5%公差电阻（按LED正向电压调整）
- C1——1µF钽电容（RS #272-1025或等效）
- C2——100µF电解电容（RS #272-1028或等效）
交叉参考
- 电路课程，第1卷，第16章——电压与电流计算
- 电路课程，第1卷，第16章——求解未知时间
- 电路课程，第3卷，第4章——双极结型晶体管
- 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
- 在实际电路中应用RC时间常数概念
- 探索无稳态555定时器配置
- 理解并计算占空比
- 为敏感CMOS器件实施ESD防护
- 使用晶体管增强电流能力
- 计算合适LED串联电阻
原理图
实物接线图
实验步骤
ESD预防措施
因TLC555高度敏感于静电，遵循电路课程第3卷第9章指南。使用防静电腕带或接地垫工作。
此设计在早期"长周期最少元件红LED闪烁器"基础上添加晶体管驱动级，即使电池电压下降也能保持LED电流稳定。
Q1和Q2形成低负载、高增益驱动器，保留TLC555输出驱动能力。当电池电压跌向2V时，驱动器仍提供足够电流饱和Q2，确保LED在导通期全亮。
因LED正向电压（VF）变化，R4须选取以维持~20mA目标。例如：
- VF=2.5V → R4≈27Ω（18.5mA）
- VF=2.1V → R4≈47Ω（20mA）
- VF=1.5V → R4≈75Ω（20mA）
用跳线（红色显示）使LED全时导通测量VF，按以下公式计算R4：
R4 = (3V – VF) / 0.02A
替换C2（100µF）将暂时减少电池寿命；LED一两周后变暗但恢复电容后几秒内恢复。新AAA电池下，此闪烁器可连续运行长达三个月。
运行理论
晶体管驱动器采用共集电极级（Q1）后接共射极级（Q2）。此配置提供：
- 极高输入电阻（≥100kΩ），使TLC555见极小负载。
- 强驱动饱和Q2，每周期全开LED。
Q1的β（≥50最小值）乘以发射极电阻，确保驱动器对555 IC负载可忽略。即使同族晶体管增益变化，设计仍稳健。Q1导通时向Q2输送约1mA，足以饱和Q2开启LED。
工业技术