CMOS 555 Flyback LED Flash de longa duração

PEÇAS E MATERIAIS

• Duas pilhas AAA
• Clipe de bateria (catálogo Radio Shack nº 270-398B)
• U1, U2 - CMOS TLC555 temporizador IC (catálogo Radio Shack # 276-1718 ou equivalente)
• Q1 - 2N3906 Transistor PNP (catálogo Radio Shack # 276-1604 (pacote com 15) ou equivalente)
• Q2 - 2N2222 Transistor NPN (catálogo Radio Shack nº 276-1617 (pacote com 15) ou equivalente)
• D1 - Díodo emissor de luz vermelha (catálogo Radio Shack # 276-041 ou equivalente)
• D2 - Díodo emissor de luz azul (catálogo Radio Shack # 276-311 ou equivalente)
• R1 - resistor 1,5 MΩ 1 / 4W 5%
• R2 - 47 KΩ 1 / 4W 5% resistor
• R3, R5 - 10 KΩ 1 / 4W 5% Resistor
• R4 - 1 MΩ 1 / 4W 5% resistor
• R6 - 100 KΩ 1 / 4W 5% resistor
• R7 - 1 KΩ 1 / 4W 5% Resistor
• C1 - Capacitor de tântalo de 1 µF (catálogo Radio Shack nº 272-1025 ou equivalente)
• C2 - Capacitor de disco de cerâmica 100 pF (catálogo Radio Shack nº 272-123)
• Capacitor eletrolítico C3 - 100 µF (catálogo Radio Shack 272-1028 ou equivalente)
• L1 - indutor ou indutor de 200 µH (valor exato não crítico, consulte o final do capítulo)

REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 16:Título “Resposta transitória do indutor”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 16:Título “Por que L / R e não LR?”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 4:Título “O amplificador emissor comum”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 3, capítulo 9:Título “Descarga eletrostática”

Aulas de circuitos elétricos , Volume 4, capítulo 10:Título “Multivibradores monoestáveis”



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Aprenda outro modo de operação para o 555
• Como manusear peças ESD
• Como usar um transistor para uma porta simples (inversor de transistor de resistor)
• Como os indutores podem converter energia usando flyback indutivo
• Como fazer um indutor

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.

Este experimento específico se baseia em outro experimento, “diodo de comutação” (Volume 6, capítulo 5). Vale a pena revisar essa seção antes de prosseguir.

Este é o último da série de pisca-pisca LED de longa duração. Eles mostraram como usar um CMOS 555 para piscar um LED e como aumentar a tensão das baterias para permitir que um LED com queda de tensão maior do que as baterias sejam usadas. Aqui estamos fazendo a mesma coisa, mas com um indutor em vez de um capacitor.

O conceito básico é adaptado de outra invenção, o Joule Thief. Um ladrão de joule é um oscilador de transistor simples que também usa recuo indutivo para acender um LED de luz branca de uma bateria 11/2, e o LED precisa de pelo menos 3,6 volts para começar a conduzir! Como o ladrão de joule, é possível usar 11/2 volts para fazer esse circuito funcionar. No entanto, como um CMOS 555 é classificado para 2 volts, no mínimo 11/2 volts não é recomendado, mas podemos aproveitar a extrema eficiência deste circuito. Se você quiser saber mais sobre o ladrão de joule, muitas informações podem ser encontradas na web.

Este circuito também pode acionar mais de 1 ou 2 LEDs em série. À medida que o número de LEDs aumenta, a capacidade das baterias de durar muito tempo diminui, pois a quantidade de voltagem que o indutor pode gerar depende um tanto da voltagem da bateria. Para o propósito deste experimento, dois LEDs diferentes foram usados ​​para demonstrar sua independência da queda de tensão do LED. A alta intensidade do LED azul inibe o LED vermelho, mas se você olhar de perto verá que o LED vermelho está com seu brilho máximo. Você pode usar praticamente qualquer cor de LED que escolher para este experimento.

Geralmente, a alta tensão criada pelo retrocesso indutivo é algo a ser eliminado. Este circuito usa, mas se você cometer um erro com a polaridade dos LEDs, o LED azul, que é mais sensível a ESD, provavelmente irá apagar (isso foi verificado). Um pulso não controlado de uma bobina se assemelha a um evento ESD. O transistor e o TLC555 também podem estar em risco.

O indutor neste circuito é provavelmente a parte menos crítica do projeto. O termo indutor é genérico, você também pode encontrar esse componente chamado de choke ou bobina. Uma bobina solenóide também funcionaria, uma vez que também é um tipo de indutor. O mesmo aconteceria com a bobina de um relé. De todos os componentes que usei, este é provavelmente o menos crítico que encontrei. Na verdade, as bobinas são provavelmente o componente mais prático que você pode fazer sozinho. Vou cobrir como fazer uma bobina que funcionará neste projeto após a Teoria de Operação, mas a parte mostrada na ilustração é uma bobina de 200 µH que comprei de um varejista de eletrônicos local.



TEORIA DA OPERAÇÃO

Tanto os capacitores quanto os indutores armazenam energia. Os capacitores tentam manter a tensão constante, enquanto os indutores tentam manter a corrente constante. Ambos resistem à mudança em seus respectivos aspectos. Esta é a base para o transformador flyback, que é um circuito comum usado em circuitos CRT antigos e outros usos onde a alta tensão é necessária com um mínimo de barulho. Quando você carrega uma bobina, um campo magnético se expande ao redor dela, basicamente é um eletroímã, e o campo magnético é energia armazenada. Quando a corrente pára, esse campo magnético entra em colapso, gerando eletricidade à medida que o campo atravessa os fios da bobina.

Este circuito usa dois multivibradores astáveis. O primeiro multivibrador controla o segundo. Ambos são projetados para corrente mínima, assim como o inversor feito em Q1. Ambos os osciladores são muito semelhantes, o primeiro foi abordado em experimentos anteriores. O problema é que ele permanece ativo, ou alto, 97% do tempo. Nos circuitos anteriores usamos o estado baixo para acender o LED, neste caso o alto é o que liga o segundo multivibrador. Usar um inversor de transistor simples projetado para corrente extra baixa resolve esse problema. Esta é, na verdade, uma família lógica muito antiga, RTL, que é a abreviação de lógica de transistor de resistor.

O segundo multivibrador oscila a 68,6 KHz, com uma onda quadrada em torno de 50%. Este circuito usa exatamente os mesmos princípios que são mostrados no Piscador de LED de partes mínimas . Novamente, os maiores resistores práticos são usados ​​para minimizar a corrente, e isso significa um capacitor realmente pequeno para C2. Esta onda quadrada de alta frequência é usada para ligar e desligar Q2 como uma chave simples.

A Figura 1 mostra o que acontece quando o Q2 está conduzindo e a bobina começa a carregar. Se Q2 permanecesse ligado, resultaria em um curto efetivo nas baterias, mas como isso faz parte de um oscilador, isso não acontecerá. Antes que a bobina possa atingir sua corrente máxima, Q2 muda, e a chave está aberta.







A Figura 2 mostra Q2 quando se abre e a bobina está carregada. A bobina tenta manter a corrente, mas se não houver caminho de descarga, ela não pode fazer isso. Se não houvesse nenhum caminho de descarga, a bobina criaria um pulso de alta tensão, buscando manter a corrente que estava fluindo por ela, e essa tensão seria bastante alta. No entanto, temos alguns LEDs no caminho de descarga, de modo que o pulso das bobinas vai rapidamente para a queda de tensão dos LEDs combinados e, em seguida, despeja o resto de sua carga como corrente. Como resultado, não há geração de alta voltagem, mas há uma conversão para a voltagem necessária para acender os LEDs.







Os LEDs são pulsados ​​e a curva de luz segue a curva de descarga da bobina de maneira bastante próxima. No entanto, o olho humano calcula a média dessa saída de luz para algo que percebemos como luz contínua.



PEÇAS E MATERIAIS

• 26 pés (8 metros) de fio magnético 26AWG (catálogo Radio Shack nº 278-1345 ou equivalente)
• Parafuso de 6 / 32X1,5 polegadas, um parafuso M4X30mm ou um prego de diâmetro semelhante cortado no tamanho, aço ou ferro, mas não inoxidável
• Porca de travamento correspondente (opcional)
• Fita transparente (opcional, necessária se usar parafusos)
• Super cola
• Ferro de soldar, solda

Como já foi mencionado, esta não é uma peça de precisão. Os indutores em geral podem ter uma grande variação para muitas aplicações, e este especificamente pode estar muito alto no lado alto. O alvo aqui é maior do que 220 µH.

Se você estiver usando um parafuso, use uma camada da fita transparente entre os fios e o fio. Isso evita que as roscas do parafuso cortem o fio e causem um curto na bobina. Se você estiver usando uma porca de bloqueio, coloque-a no parafuso a 1 ”(25 mm) da cabeça do parafuso. Começando a cerca de 1 ”de uma extremidade do fio, use a cola para pregar o fio na cabeça do prego ou parafuso conforme mostrado. Deixe a cola endurecer.







Enrole o fio de maneira organizada e apertada com 2,5 cm do comprimento do parafuso, novamente fixando-o no lugar com super cola. (Figura acima). Você pode usar uma furadeira de velocidade variável para ajudar nisso, contanto que seja cuidadoso. Como todos os aparelhos elétricos, ele pode morder você. Segure o fio com força até que a cola endureça e comece a enrolar uma segunda camada sobre a primeira. Continue esse processo até que todo o arame, exceto o último 1 ”seja usado, usando a cola para pregar ocasionalmente o arame. Disponha o fio na última camada de forma que o segundo indutor fique na outra extremidade do parafuso, longe do primeiro. Prenda isso uma última vez com a cola. Deixe secar completamente.

Delicadamente, pegue uma lâmina afiada e raspe o esmalte de cada extremidade dos dois fios. Estanhe o cobre exposto com o ferro de solda e a solda e você terá um indutor funcional que pode ser usado neste experimento.

Aqui está a aparência do que eu fiz:Figura abaixo.







As conexões mostradas estão sendo usadas para medir a indutância, que funcionou bem perto de 220 µH.