第8节 CMOS 555 长持续时间红色 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）
- DVM 或 VOM
- U1 - CMOS TLC555 定时器 IC（Radio Shack 目录 #276-1718 或同等产品）
- Q1 - 2N3906 PNP 晶体管（Radio Shack 目录 #276-1604（15 包）或同等产品）
- Q2 - 2N2222 NPN 晶体管（Radio Shack 目录 #276-1617（15 包）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
- R3 - 2.2 KΩ 1/4W 5% 电阻
- R4 - 27 Ω 1/4W 5% 电阻（或测试选择更好的值）
- 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)”
电路课程，第 3 卷，第 4 章：“双极结型晶体管 (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
- 如何处理 ESD 敏感部件
- 如何使用晶体管提高电流增益
- 如何计算 LED 的正确电阻
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。
前面实验中显示的电路，CMOS 555 Long Duration Minimum Parts Red LED Flasher，有一个很大的缺点，就是缺乏 LED 电流控制。本实验使用相同的基本 555 原理图并添加晶体管驱动器来纠正此问题。
用于该晶体管驱动器的部件并不重要。它旨在将 TLC555 加载到绝对最小值，并且仍然完全打开 Q2。这很重要，因为当电池电压接近 2V 时，来自 TLC555 的驱动会降低到其最小值。双极晶体管 (opens new window)可以是很好的开关。
由于 LED 可以有如此多的变化，因此应调整 R4 以匹配所使用的特定 LED。电流限制为 18.5ma，27Ω 和 2.5V 的 Vf（LED 正向下降电压），2.1V 的 LED Vf 将消耗 33ma，1.5 的 LED Vf 将消耗 56mA。后者电流太大，更不用说对电池寿命有什么影响了。假设目标电流为 20mA，如果 Vf 为 2.1V，则使用 47Ω 来纠正此问题；如果 Vf 为 1.5V，则使用 75Ω。
您可以使用图中以红色显示的跳线测量 Vf，这将使 LED 全时亮起。您可以使用以下等式计算 R4 的值：
R4 = (3V-Vf) / 0.02A
之前的实验中提到过电容C2可以延长电池的寿命。一个有趣的实验是定期删除这部分，看看会发生什么。起初，您会注意到 LED 变暗，一两周后电路会在没有它的情况下消失，并在更换后几秒钟内恢复工作。这款闪光灯使用新的碱性 AAA 电池可工作 3 个月。
操作理论
CMOS (opens new window) 555 振荡器在之前的实验中已经充分解释过了，所以晶体管驱动器将是本次解释的重点。
晶体管驱动器结合了 Q1 上的公共集电极配置和 Q2 上的公共发射极配置的元素。这允许非常高的输入电阻，同时允许 Q2 完全开启。晶体管的输入电阻是晶体管的β（增益）乘以发射极电阻。如果 Q1 的增益为 50（最小值），则驱动器会为 TLC555 加载超过 100KΩ 的负载。即使在同一个系列中，晶体管的增益也会有很大的变化。
当 Q1 开启时，1ma 被发送到 Q2。这足以完全打开 Q2，这称为饱和。Q2 用作 LED 的简单开关。
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