CMOS 555 Intermitente LED de retorno de larga duración

PIEZAS Y MATERIALES

• Dos pilas AAA
• Clip de batería (catálogo de Radio Shack n. ° 270-398B)
• U1, U2 - IC temporizador CMOS TLC555 (catálogo de Radio Shack n. ° 276-1718 o equivalente)
• Q1 - Transistor 2N3906 PNP (catálogo de Radio Shack n. ° 276-1604 (paquete de 15) o equivalente)
• Q2 - Transistor NPN 2N2222 (catálogo de Radio Shack n. ° 276-1617 (paquete de 15) o equivalente)
• D1 - Diodo emisor de luz roja (catálogo de Radio Shack n. ° 276-041 o equivalente)
• D2 - Diodo emisor de luz azul (catálogo de Radio Shack n. ° 276-311 o equivalente)
• R1 - Resistencia de 1,5 MΩ 1 / 4W 5%
• R2 - Resistencia de 47 KΩ 1 / 4W 5%
• R3, R5 - Resistencia de 10 KΩ 1 / 4W 5%
• R4 - Resistencia de 1 MΩ 1 / 4W 5%
• R6 - Resistencia de 100 KΩ 1 / 4W 5%
• R7 - Resistencia de 1 KΩ 1 / 4W 5%
• C1 - Condensador de tantalio de 1 µF (catálogo de Radio Shack n. ° 272-1025 o equivalente)
• C2 - Condensador de disco cerámico de 100 pF (catálogo de Radio Shack n. ° 272-123)
• C3 - Condensador electrolítico de 100 µF (catálogo de Radio Shack 272-1028 o equivalente)
• L1 - Estrangulador o inductor de 200 µH (el valor exacto no es crítico, consulte el final del capítulo)

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 16:Título "Respuesta transitoria del inductor"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 16:Título "¿Por qué L / R y no LR?"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 4:Título "El amplificador de emisor común"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 3, capítulo 9:Título "Descarga electrostática"

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 4, capítulo 10:Título “Multivibradores monoestables”

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Aprenda otro modo de funcionamiento del 555
• Cómo manejar piezas ESD
• Cómo usar un transistor para una puerta simple (inversor de transistor de resistencia)
• Cómo los inductores pueden convertir la energía mediante el retorno inductivo
• Cómo hacer un inductor

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

¡NOTA! Este proyecto utiliza una parte sensible a la electricidad estática, el CMOS 555. Si no usa la protección como se describe en el Volumen 3, Capítulo 9, Descarga electroestática , corre el riesgo de destruirlo.

Este experimento en particular se basa en otro experimento, "Diodo de conmutación" (Volumen 6, capítulo 5). Vale la pena revisar esa sección antes de continuar.

Este es el último de la serie de luces intermitentes LED de larga duración. Han mostrado cómo usar un CMOS 555 para hacer parpadear un LED y cómo aumentar el voltaje de las baterías para permitir que se use un LED con más caída de voltaje que las baterías. Aquí estamos haciendo lo mismo, pero con un inductor en lugar de un condensador.

El concepto básico está adaptado de otro invento, el Joule Thief. Un ladrón de julios es un oscilador de transistor simple que también usa un retroceso inductivo para encender un LED de luz blanca de una batería de 11/2, ¡y el LED necesita al menos 3.6 voltios para comenzar a conducir! Al igual que el ladrón de julios, es posible usar 11/2 voltios para que este circuito funcione. Sin embargo, dado que un CMOS 555 está clasificado para 2 voltios como mínimo, no se recomienda 11/2 voltios, pero podemos aprovechar la extrema eficiencia de este circuito. Si desea obtener más información sobre el ladrón de joules, puede encontrar mucha información en la web.

Este circuito también puede conducir más de 1 o 2 LED en serie. A medida que aumenta el número de LED, la capacidad de las baterías para durar mucho tiempo disminuye, ya que la cantidad de voltaje que puede generar el inductor depende en cierta medida del voltaje de la batería. Para los propósitos de este experimento, se utilizaron dos LED diferentes para demostrar su independencia de la caída de voltaje del LED. La alta intensidad del LED azul inunda al LED rojo, pero si miras de cerca, encontrarás que el LED rojo está en su brillo máximo. Puede utilizar prácticamente cualquier color de LED que elija para este experimento.

Generalmente, el alto voltaje creado por el retroceso inductivo es algo que debe eliminarse. Este circuito lo usa, pero si comete un error con la polaridad de los LED, es probable que el LED azul, que es más sensible a ESD, muera (esto ha sido verificado). Un pulso incontrolado de una bobina se asemeja a un evento de ESD. El transistor y el TLC555 también pueden estar en riesgo.

El inductor de este circuito es probablemente la parte menos crítica del diseño. El término inductor es genérico, también puede encontrar este componente llamado estrangulador o bobina. Una bobina de solenoide también funcionaría, ya que también es un tipo de inductor. También lo haría la bobina de un relé. De todos los componentes que he utilizado, este es probablemente el menos crítico con el que me he encontrado. De hecho, las bobinas son probablemente el componente más práctico que puede hacer usted mismo que existe. Hablaré sobre cómo hacer una bobina que funcione en este diseño después de la Teoría de funcionamiento, pero la parte que se muestra en la ilustración es un estrangulador de 200 µH que compré en un minorista de productos electrónicos local.

TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO

Tanto los condensadores como los inductores almacenan energía. Los condensadores intentan mantener un voltaje constante, mientras que los inductores intentan mantener una corriente constante. Ambos se resisten al cambio en su aspecto respectivo. Esta es la base para el transformador flyback, que es un circuito común que se usa en circuitos CRT antiguos y otros usos donde se necesita alto voltaje con un mínimo de esfuerzo. Cuando carga una bobina, un campo magnético se expande a su alrededor, básicamente es un electroimán, y el campo magnético es energía almacenada. Cuando la corriente se detiene, este campo magnético colapsa, genera electricidad cuando el campo cruza los cables de la bobina.

Este circuito utiliza dos multivibradores astables. El primer multivibrador controla el segundo. Ambos están diseñados para corriente mínima, así como el inversor fabricado con Q1. Ambos osciladores son muy similares, el primero se ha tratado en experimentos anteriores. El problema es que permanece encendido o es alto el 97% del tiempo. En los circuitos anteriores usamos el estado bajo para encender el LED, en este caso el alto es lo que enciende el segundo multivibrador. El uso de un inversor de transistor simple diseñado para una corriente muy baja resuelve este problema. Esta es en realidad una familia lógica muy antigua, RTL, que es la abreviatura de lógica de transistor de resistencia.

El segundo multivibrador oscila a 68,6 KHz, con una onda cuadrada que ronda el 50%. Este circuito utiliza exactamente los mismos principios que se muestran en el Intermitente LED de piezas mínimas . Nuevamente, las resistencias prácticas más grandes se utilizan para minimizar la corriente, y esto significa un condensador realmente pequeño para C2. Esta onda cuadrada de alta frecuencia se usa para encender y apagar Q2 como un simple interruptor.

La Figura 1 muestra lo que sucede cuando el Q2 está conduciendo y la bobina comienza a cargarse. Si Q2 permaneciera encendido, se produciría un cortocircuito efectivo entre las baterías, pero como esto es parte de un oscilador, esto no sucederá. Antes de que la bobina pueda alcanzar su corriente máxima, Q2 conmuta y el conmutador está abierto.

La figura 2 muestra Q2 cuando se abre y la bobina está cargada. La bobina intenta mantener la corriente, pero si no hay una ruta de descarga, no puede hacerlo. Si no hubiera una ruta de descarga, la bobina crearía un pulso de alto voltaje, buscando mantener la corriente que fluía a través de ella, y este voltaje sería bastante alto. Sin embargo, tenemos un par de LED en la ruta de descarga, por lo que el pulso de las bobinas va rápidamente a la caída de voltaje de los LED combinados y luego descarga el resto de su carga como corriente. Como resultado, no se genera alto voltaje, pero hay una conversión al voltaje requerido para encender los LED.

Los LED son pulsados ​​y la curva de luz sigue la curva de descarga de la bobina bastante de cerca. Sin embargo, el ojo humano promedia esta salida de luz a algo que percibimos como luz continua.

PIEZAS Y MATERIALES

• 26 pies (8 metros) de cable magnético de 26 AWG (catálogo de Radio Shack n. ° 278-1345 o equivalente)
• Tornillo de 6 / 32X1.5 pulgadas, un tornillo M4X30mm o un clavo de diámetro similar cortado a la medida, acero o hierro, pero no inoxidable
• Contratuerca a juego (opcional)
• Cinta transparente (opcional, necesaria si se utilizan tornillos)
• Súper pegamento
• Soldador, soldadura

Como se mencionó anteriormente, esta no es una pieza de precisión. Los inductores en general pueden tener una gran variación para muchas aplicaciones, y esta específicamente puede estar apagada en el lado alto una gran cantidad. El objetivo aquí es superior a 220 µH.

Si está usando un tornillo, use una capa de cinta transparente entre los hilos y el cable. Esto es para evitar que las roscas del tornillo corten el cable y provoquen un cortocircuito en la bobina. Si está usando una contratuerca, colóquela en el tornillo a 1 ”(25 mm) de la cabeza del tornillo. Comenzando alrededor de 1 ”de un extremo del alambre, use el pegamento para clavar el alambre en la cabeza del clavo o tornillo como se muestra. Deje que el pegamento se asiente.

Enrolle el cable de forma ordenada y ajustada a 1 ”de la longitud del tornillo, volviendo a colocarlo en su lugar con superpegamento. (Figura anterior). Puede usar un taladro de velocidad variable para ayudar con esto, siempre que tenga cuidado. Como todos los electrodomésticos, puede morderlo. Sujeta el alambre con fuerza hasta que el pegamento se fije, luego comienza a enrollar una segunda capa sobre la primera. Continúe este proceso hasta que se use todo el cable, excepto el último 1 ”, usando el pegamento para clavar el cable de vez en cuando. Coloque el cable en la última capa de modo que el segundo cable del inductor esté en el otro extremo del tornillo alejado del primero. Fija esto por última vez con el pegamento. Deje secar completamente.

Tome con cuidado una cuchilla afilada y raspe el esmalte de cada extremo de los dos cables. Estañe el cobre expuesto con el soldador y la soldadura, y ahora tiene un inductor funcional que puede usarse en este experimento.

Así es como se veía el que hice:Figura siguiente.

Las conexiones que se muestran se utilizan para medir la inductancia, que funcionó bastante cerca de 220 µH.