Piscador de LED Flyback de Longa Duração com CMOS 555

Peças e Materiais

• Duas pilhas AAA
• Conector de bateria (Radio Shack catálogo # 270-398B)
• U1, U2 – CI timer CMOS TLC555 (Radio Shack catálogo # 276-1718 ou equivalente)
• Q1 – Transistor PNP 2N3906 (Radio Shack catálogo # 276-1604 (pacote 15) ou equivalente)
• Q2 – Transistor NPN 2N2222 (Radio Shack catálogo # 276-1617 (pacote 15) ou equivalente)
• D1 – LED vermelho (Radio Shack catálogo # 276-041 ou equivalente)
• D2 – LED azul (Radio Shack catálogo # 276-311 ou equivalente)
• R1 – resistor de 1,5 MΩ 1/4W 5%
• R2 – resistor de 47 kΩ 1/4W 5%
• R3, R5 – resistores de 10 kΩ 1/4W 5%
• R4 – resistor de 1 MΩ 1/4W 5%
• R6 – resistor de 100 kΩ 1/4W 5%
• R7 – resistor de 1 kΩ 1/4W 5%
• C1 – capacitor de tântalo de 1 µF (Radio Shack catálogo # 272-1025 ou equivalente)
• C2 – capacitor cerâmico de 100 pF (Radio Shack catálogo # 272-123)
• C3 – capacitor eletrolítico de 100 µF (Radio Shack catálogo # 272-1028 ou equivalente)
• L1 – Choke ou indutor de 200 µH (Valor exato não crítico, veja final do capítulo)

Referências Cruzadas

• Lessons In Electric Circuits, Volume 1, capítulo 16: “Resposta transitória de indutor”
• Lessons In Electric Circuits, Volume 1, capítulo 16: “Por que L/R e não LR?”
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, capítulo 4: “O amplificador emissor comum”
• Lessons In Electric Circuits, Volume 3, capítulo 9: “Descarga Eletrostática”
• Lessons In Electric Circuits, Volume 4, capítulo 10: “Multivibradores monoestáveis”

Objetivos de Aprendizado

• Explorar um modo de operação menos comum do timer 555
• Aplicar técnicas adequadas de manuseio de descarga eletrostática (ESD)
• Usar um transistor como porta inversora simples (lógica resistor-transistor)
• Aproveitar flyback indutivo para elevar tensão para iluminação de LED
• Construir um indutor personalizado com materiais acessíveis

Diagrama Esquemático

Ilustração

Instruções

NOTA: O CMOS 555 é altamente sensível a descarga eletrostática. Siga as diretrizes de proteção no Volume 3, Capítulo 9, “Descarga Eletrostática” para evitar danificar o CI.

Este experimento baseia-se no "Diodo de comutação" (Volume 6, capítulo 5). Revise essa seção antes de prosseguir.

Usamos um CMOS 555 para piscar um LED enquanto elevamos a tensão da bateria com flyback indutivo, espelhando o princípio de um Joule Thief. Embora o 555 seja classificado para mínimo de 2 V, o circuito pode rodar em baterias de 1,5 V graças à conversão de energia de alta eficiência.

O design pode acionar múltiplos LEDs em série; à medida que a contagem aumenta, a vida da bateria diminui porque a tensão de pico do indutor depende da tensão de alimentação. Neste exemplo, dois LEDs diferentes demonstram a independência do circuito em relação às quedas de tensão individuais dos LEDs. O LED azul domina o brilho percebido, ainda assim o LED vermelho atinge sua intensidade máxima.

Polaridade cuidadosa dos LEDs é essencial. Um LED azul mal orientado, que é mais sensível a ESD, provavelmente será destruído pelo pulso indutivo. Da mesma forma, o transistor e o CI 555 podem ser danificados por picos descontrolados.

O indutor é o componente mais tolerante. Pode ser um choke padrão, uma bobina de solenoide ou até uma bobina de relé. Abaixo um guia passo a passo para construir uma bobina de 220 µH usando fio magnético 26 AWG.

Peças e Materiais para Bobina

• 26 ft (8 m) de fio magnético 26 AWG (Radio Shack catálogo # 278-1345 ou equivalente)
• Parafuso 6/32×1,5-pol, parafuso M4×30 mm, ou prego de aço ou ferro de tamanho similar (não inoxidável)
• Porca de trava opcional
• Fita transparente opcional (se usando parafusos)
• Super cola
• Ferro de solda e solda

Bobinas não são componentes de precisão; sua indutância pode variar. Almeje ≥220 µH. Os passos de construção abaixo são diretos e reprodutíveis.

1. Enrole o fio ao redor do parafuso ou prego em uma única camada apertada, mantendo o comprimento da bobina em 1 pol (25 mm). Prenda o início da bobina com uma fina tira de fita transparente ou ponto de cola.
2. Aplique pequena quantidade de super cola na cabeça do parafuso para travar a primeira camada. Deixe a cola secar antes de adicionar voltas subsequentes.
3. Continue enrolando, aplicando cola conforme necessário para manter tensão e forma, até que o fio esteja quase todo enrolado. Deixe uma seção de 1 pol de fio livre para o segundo terminal.
4. Remova o esmalte das extremidades dos dois terminais, estanhe com solda, e você agora tem um indutor funcional.
5. Meça a indutância com multímetro ou medidor LCR; valores típicos ficam próximos a 220 µH.

As figuras abaixo ilustram a bobina finalizada e o setup de medição.