第5节 CMOS 555 长持续时间最小部件红色 LED 闪光灯 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 两节 AAA 电池
- 电池夹（Radio Shack 目录号 270-398B）
- 一台 DVM 或 VOM
- U1 - T 一个 CMOS TLC555 定时器 IC（Radio Shack 目录 #276-1718 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
- R2 - 47 KΩ 1/4W 5% 电阻
- 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 (opens new window)”
电路课程，第 1 卷，第 16 章：“求解未知时间 (opens new window)”
电路课，第 3 卷，第 9 章：“静电放电 (opens new window)”
电路课程，第 4 卷，第 10 章：“多谐振荡器 (opens new window)”
学习目标
- 学习 RC 时间常数的实际应用
- 学习几个 555 定时器 Astable Multivibrator 配置之一
- 工作周期的工作知识
- 了解如何处理 ESD 敏感部件
原理图，示意图
插图
指示
笔记！该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，则有损坏它的风险。
555 不是耗电大户，而是 1970 年代的产物，创建于 1971 年。它可以在数天甚至数小时内将电池吸干。幸运的是，该设计已使用 CMOS 技术进行了重新设计。新的实现并不完美，因为它缺乏原始的出色电流驱动，但对于 CMOS 器件，输出电流仍然非常好。主要优点包括更宽的电源电压范围（电源规格为 2V 至 18V，可使用 11/2V 电池工作）和低功耗。该项目使用 TLC555，德州仪器的设计。还有其他的 CMOS 555，非常相似，但有一些不同。这些芯片被设计为直接替代品，只要输出没有被充分加载，就可以做得很好。
这种设计将不足变为优势，因为电流驱动只会在较低的电源电压下变得更糟，其规格对于 2VDC 不超过 3ma。这种设计试图使用几种不同的方法使电池的使用寿命尽可能长。CMOS IC 的电流极低，向 LED 发送 30 毫秒的脉冲（这是一个非常短的时间，但在人类视觉的持久性范围内），并使用非常大的电阻器使用慢速闪光（1 秒）来最小化电流。占空比为 3% 时，该电路大部分时间都处于关闭状态，并且（假设 LED 为 20ma）平均电流为 0.6ma。最大的问题是使用该 IC 的内置电流限制，因为它没有针对特定电流进行额定，并且不同CMOS (opens new window) IC 之间的 LED 电流可能会有很大差异。
在处理非常低的电流（在这种情况下为 2µa）时，电解电容器可能会遇到问题，因为泄漏可能过多，这是一种临界故障情况。如果您的实验似乎可以做到这一点，则可以通过对电池充电，然后通过任何导体对电容器 C1 放电数次来解决此问题。
当您完成此电路时，LED 应开始闪烁，并将持续数月。如果您使用更大的电池，例如 D 电池，则此持续时间将显著增加。
要测量为 LED 供电的电流，请使用跳线将 C1+ 连接到 Vcc（在插图中以红色显示），这将打开 TLC555。测量从电池流向电路的安培数。目标电流为 20ma，我使用不同的 CMOS 555 测量了 9ma 到 24ma。这并不重要，尽管它会影响电池寿命。
操作理论
细心的读者会注意到，这与[555 AUDIO OSCILLATOR](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/experiments/chpt- 除了使用的晶体管类型之外，图1 (opens new window)所示的框图与传统的 555 基本相同。
这个特殊的振荡器取决于引脚 7 晶体管，很像早期实验中显示的 555 单稳态多谐振荡器。启动条件是电容器放电，输出高电平，引脚 7 晶体管关闭。电容器开始充电，如图 2 所示。
当引脚 2 和 6 上的电压达到电源的 2/3 时，触发器通过内部比较器 C1 复位，这会打开引脚 7 晶体管，并启动电容器 C1 通过 R2 放电，如图 3 所示。电流通过 R1 显示是偶然的，除了耗尽电池电量之外并不重要。这就是这个电阻值如此之大的原因。
当引脚 2 和 6 上的电压达到电源的 1/3 时，[触发器](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt- 电容器 (opens new window)通过 R1 和 R2 再次开始充电，如图所示图 2. 这个循环重复。
电容器 C2 延长了电池的使用寿命，因为它会在电路关闭的 97% 时间内存储电压，并在电路开启的 3% 期间提供电流。这种简单的添加将使电池大大超出其使用寿命。
在运行这个实验时，有一个我没有预料到的反馈机制。TLC555 的输出电流不成比例，随着电源电压的下降，输出电流会减少很多。在我终止实验之前，我的闪光器持续了 6 个月。它还在闪烁，只是非常昏暗。
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