CMOS 555 Peças mínimas de longa duração LED vermelho pisca-pisca

PEÇAS E MATERIAIS

• Duas pilhas AAA
• Clipe de bateria (catálogo Radio Shack nº 270-398B)
• Um DVM ou VOM
• U1 - T One CMOS TLC555 temporizador IC (catálogo Radio Shack # 276-1718 ou equivalente)
• D1 - Díodo emissor de luz vermelha (catálogo Radio Shack # 276-041 ou equivalente)
• R1 - resistor 1,5 MΩ 1 / 4W 5%
• R2 - 47 KΩ 1 / 4W 5% resistor
• C1 - Capacitor de tântalo de 1 µF (catálogo Radio Shack 272-1025 ou equivalente)
• C2 - Capacitor eletrolítico de 100 µF (catálogo Radio Shack 272-1028 ou equivalente)

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 16:“Cálculos de tensão e corrente”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 16:“Resolvendo o tempo desconhecido”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 9:"Descarga eletrostática"

Aulas de circuitos elétricos , Volume 4, capítulo 10:"Multivibradores"



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Aprenda uma aplicação prática para uma constante de tempo RC
• Aprenda uma das várias configurações de multivibrador astável com 555 cronômetros
• Conhecimento prático do ciclo de trabalho
• Aprenda como lidar com peças sensíveis a ESD

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

NOTA! Este projeto usa uma parte sensível à estática, o CMOS 555. Se você não usar proteção conforme descrito no Volume 3, Capítulo 9, Descarga eletrostática , você corre o risco de destruí-lo.

O 555 não é um devorador de energia, mas é um filho da década de 1970, criado em 1971. Ele vai sugar a bateria até o fim em dias, senão horas. Felizmente, o design foi reinventado usando a tecnologia CMOS. A nova implementação não é perfeita, pois falta a fantástica unidade de corrente do original, mas para um dispositivo CMOS a corrente de saída ainda é muito boa. As principais vantagens incluem uma faixa de tensão de alimentação mais ampla (as especificações da fonte de alimentação são de 2 V a 18 V e funcionará com uma bateria de 11/2 V) e baixa energia. Este projeto usa o TLC555, um design da Texas Instruments. Existem outros CMOS 555 por aí, muito semelhantes, mas com algumas diferenças. Esses chips são projetados para serem substitutos imediatos e funcionam muito bem, desde que a saída não seja substancialmente carregada.

Este projeto transforma um déficit em uma vantagem, já que o inversor de corrente só piora com tensões de fonte de alimentação mais baixas, suas especificações não são mais do que 3ma para 2 VCC. Este projeto tenta fazer com que as baterias durem o máximo possível, usando várias abordagens diferentes. O CMOS IC tem corrente extremamente baixa e envia ao LED um pulso de 30ms (que é um tempo muito curto, mas dentro da persistência da visão humana), bem como usa uma taxa de flash lenta (1 segundo) usando resistores realmente grandes para minimizar a corrente. Com um ciclo de trabalho de 3%, este circuito passa a maior parte do tempo desligado e (assumindo 20ma para o LED) a corrente média é de 0,6ma. O grande problema é usar a limitação de corrente embutida deste IC, já que ele não é classificado para uma corrente específica, e a corrente do LED pode variar muito entre os diferentes ICs CMOS.

É possível ter problemas com capacitores eletrolíticos ao lidar com correntes muito baixas (2µa neste caso) em que o vazamento pode ser excessivo, uma condição de falha limite. Se sua experiência parecer fazer isso, pode ser consertado carregando na bateria e, em seguida, descarregando o capacitor C1 em qualquer condutor várias vezes.

Quando você completar este circuito, o LED deve começar a piscar e continuará a piscar por vários meses. Se você usar baterias maiores, como células D, essa duração aumentará dramaticamente.

Para medir o consumo de corrente que alimenta o LED, conecte C1 + ao Vcc com um jumper (mostrado em vermelho na ilustração), que ligará o TLC555. Meça a amperagem que flui da bateria para o circuito. A corrente desejada é 20ma, medi 9ma a 24ma usando diferentes CMOS 555s. Isso não é crítico, embora afete a vida útil da bateria.



TEORIA DA OPERAÇÃO

Um leitor atento notará que este é fundamentalmente o mesmo circuito que foi usado no 555 OSCILADOR DE ÁUDIO experimentar. Muitos projetos usam os mesmos projetos e conceitos básicos de várias maneiras diferentes, esse é o caso. Um 555 IC convencional funcionaria neste projeto se a fonte de alimentação não fosse tão baixa e um resistor limitador de corrente de LED fosse usado. Além do tipo de transistores usados, o diagrama de blocos mostrado na Figura 1 é basicamente o mesmo que um 555 convencional.







Este oscilador em particular depende do transistor do pino 7, muito parecido com o Multivibrador monoestável 555 mostrado em um experimento anterior. A condição de inicialização é com o capacitor descarregado, a saída alta e o transistor do pino 7 desligado. O capacitor começa a carregar conforme mostrado na Figura 2.









Quando a tensão entre os pinos 2 e 6 atinge 2/3 da fonte de alimentação, o flip-flop é redefinido por meio do comparador interno C1, que liga o transistor do pino 7 e inicia a descarga do capacitor C1 através de R2, conforme mostrado na Figura 3. A corrente mostrado através de R1 é acidental e não é importante, a não ser que consome a bateria. É por isso que o valor do resistor é tão grande.







Quando a tensão entre os pinos 2 e 6 atinge 1/3 da fonte de alimentação, o flip-flop é definido através do comparador interno C2, quando desliga o transistor do pino 7, permitindo que o capacitor comece a carregar novamente através de R1 e R2, conforme mostrado em Figura 2. Este ciclo se repete.

O capacitor C2 prolonga a vida útil das baterias, pois irá armazenar a tensão durante 97% do tempo em que o circuito estiver desligado, e fornecer a corrente durante os 3% em que estiver ligado. Esta simples adição levará as baterias para além de sua vida útil por uma grande margem.

Ao realizar este experimento, houve um mecanismo de feedback que eu não havia previsto. A corrente de saída do TLC555 não é proporcional, como a tensão da fonte de alimentação diminui, a corrente de saída reduz muito mais. Meu pisca-pisca durou 6 meses antes de encerrar o experimento. Ainda estava piscando, apenas muito escuro.