CMOS 555 Long Duration Red LED Flasher

零件和材料

• 两节 AAA 电池
• 电池夹（Radio Shack 目录编号 270-398B）
• DVM 或 VOM
• U1 - CMOS TLC555 定时器 IC（Radio Shack 目录 # 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）
• R1 - 1.5 MΩ 1/4W 5% 电阻器
• R2 - 47 KΩ 1/4W 5% 电阻器
• R3 - 2.2 KΩ 1/4W 5% 电阻器
• R4 - 27 Ω 1/4W 5% 电阻器（或测试选择更好的值）
• 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 4 章：“双极结晶体管”

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

• 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
• 如何处理 ESD 敏感部件
• 如何使用晶体管提高电流增益
• 如何计算 LED 的正确电阻

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。

前面实验中所示的电路，CMOS 555 Long Duration Minis Red LED Flasher ，有一个很大的缺点，就是缺乏 LED 电流控制。本实验使用相同的基本 555 原理图并添加晶体管驱动器来纠正此问题。

用于该晶体管驱动器的部件并不重要。它旨在将 TLC555 加载到绝对最小值并仍然完全开启 Q2。这很重要，因为随着电池电压接近 2V，来自 TLC555 的驱动会降低到其最小值。双极晶体管可以作为很好的开关。

由于 LED 可能有如此多的变化，因此应调整 R4 以匹配所使用的特定 LED。电流被限制为 18.5ma，27Ω，Vf（LED 正向压降）为 2.5V，2.1V 的 LED Vf 将消耗 33ma，1.5 的 LED Vf 将消耗 56mA。后者电流太大，更不用说这会对电池寿命产生什么影响。如果 Vf 为 2.1V，则使用 47Ω 进行校正，如果 Vf 为 1.5V，则使用 75Ω，假设目标电流为 20mA。

您可以使用图中红色所示的跳线来测量 Vf，这将使 LED 全时亮起。您可以使用以下公式计算 R4 的值：

R4 =(3V-Vf) / 0.02A

之前的实验中提到过电容C2延长了电池的寿命。一个有趣的实验是定期移除这部分，看看会发生什么。起初您会注意到 LED 变暗，一两周后电路将在没有它的情况下死亡，并在更换后几秒钟内恢复工作。这款闪光灯可以使用新的碱性 AAA 电池工作 3 个月。

操作原理

CMOS 555振荡器在前面的实验中已经讲得很清楚了，所以这次讲的重点是晶体管驱动器。

晶体管驱动器结合了 Q1 上的公共集电极配置以及 Q2 上的公共发射极配置的元素。这允许非常高的输入电阻，同时允许 Q2 完全开启。晶体管的输入电阻是晶体管的β（增益）乘以发射极电阻。如果 Q1 的增益为 50（最小值），则驱动器将超过 100KΩ 的负载加载到 TLC555。即使在同一系列中，晶体管的增益也可能有很大差异。

当 Q1 打开时，1ma 被发送到 Q2。这足以使 Q2 完全转动，这称为饱和。 Q2用作LED的简单开关。