8.5: CMOS 555 Luz intermitente LED roja de piezas mínimas de larga duración
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- Dos Pilas AAA
- Clip de Batería (Radio Shack catálogo # 270-398B)
- Un DVM o VOM
- U1 - T One CMOS TLC555 temporizador IC (Radio Shack catálogo # 276-1718 o equivalente)
- D1 - Diodo emisor de luz rojo (Radio Shack catálogo # 276-041 o equivalente)
- R1 - 1.5 MΩ 1/4W 5% Resistor
- R2 - 47 KΩ 1/4W 5% Resistor
- C1 - Capacitor de tantalio de 1 µF (Catálogo Radio Shack 272-1025 o equivalente)
- Condensador electrolítico C2 - 100 µF (Catálogo Radio Shack 272-1028 o equivalente)
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, capítulo 16: “Cálculos de voltaje y corriente”
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 16: “Resolviendo por tiempo desconocido”
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 9: “Descarga Electrostática”
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 4, capítulo 10: “Multivibradores”
Objetivos de aprendizaje
- Aprende una aplicación práctica para una constante de tiempo RC
- Aprenda una de varias configuraciones de multivibrador Astable de 555 temporizadores
- Conocimiento práctico del ciclo de trabajo
- Aprende a manejar piezas sensibles a ESD
Diagrama esquemático
Ilustracion
INSTRUCCIÓN
¡NOTA! Este proyecto utiliza una parte sensible a la estática, la CMOS 555. Si no usa protección como se describe en el Volumen 3, Capítulo 9, Descarga Electrostática, corre el riesgo de destruirla.
El 555 no es un cerdo de poder, sino que es hijo de la década de 1970, creado en 1971. Chupará una batería seca en días, si no horas. Afortunadamente, el diseño ha sido reinventado utilizando la tecnología CMOS. La nueva implementación no es perfecta, ya que carece de la fantástica unidad de corriente del original, pero para un dispositivo CMOS la corriente de salida sigue siendo muy buena. Las principales ventajas incluyen un rango de voltaje de suministro más amplio (las especificaciones de la fuente de alimentación son de 2V a 18V, y funcionará con una batería de 11/2V) y baja potencia. Este proyecto utiliza el TLC555, un diseño de Texas Instruments. Hay otros CMOS 555's por ahí, muy similares pero con algunas diferencias. Estos chips están diseñados para ser reemplazos directos y funcionan muy bien siempre y cuando la salida no esté sustancialmente cargada.
Este diseño convierte un déficit en una ventaja ya que la unidad de corriente solo empeora a voltajes de fuente de alimentación más bajos, sus especificaciones no son más de 3ma para 2VDC. Este diseño intenta que las baterías duren el mayor tiempo posible utilizando varios enfoques diferentes. El CI CMOS es de corriente extremadamente baja, y envía al LED un pulso de 30ms (que es un tiempo muy corto pero dentro de la persistencia de la visión humana) además de usar una velocidad de flash lenta (1 segundo) usando resistencias realmente grandes para minimizar la corriente. Con un ciclo de trabajo del 3%, este circuito pasa la mayor parte de su tiempo apagado, y (suponiendo 20ma para el LED) la corriente promedio es de 0.6ma. El gran problema es usar la limitación de corriente incorporada de este IC, ya que no está clasificado para una corriente específica, y la corriente LED puede variar mucho entre diferentes CI CMOS.
Es posible encontrar problemas con los condensadores electrolíticos cuando se trata de corrientes muy bajas (2µa en este caso) en que la fuga puede ser excesiva, una condición límite de falla. Si su experimento parece hacer esto, podría solucionarse cargando a través de la batería, luego descargando el condensador C1 a través de cualquier conductor varias veces.
Cuando completes este circuito el LED debería comenzar a parpadear y seguiría haciéndolo durante varios meses. Si usa baterías más grandes, como celdas D, esta duración aumentará drásticamente.
Para medir el consumo de corriente que alimenta el LED, conecte C1+ a Vcc con un puente (que se muestra en rojo en la Ilustración), que encenderá el TLC555. Mida el amperaje que fluye de la batería al circuito. La corriente objetivo es 20ma, medí 9ma a 24ma usando diferentes CMOS 555s. Esto no es crítico, aunque afectará la duración de la batería.
TEORÍA DE OPERACIÓN
Un lector observador notará que este es fundamentalmente el mismo circuito que se utilizó en el experimento 555 AUDIO OSCILLATOR. Muchos diseños utilizan los mismos diseños básicos y conceptos de varias maneras diferentes, este es un caso así. Un IC 555 convencional funcionaría en este diseño si la fuente de alimentación no fuera tan baja y se usa una resistencia limitadora de corriente LED. Aparte del tipo de transistores utilizados el diagrama de bloques mostrado en la Figura 1 es básicamente el mismo que un 555 convencional.
Este oscilador en particular depende del transistor pin 7, al igual que el 555 Multivibrador Monoestable mostrado en un experimento anterior. La condición de arranque es con el condensador descargado, la salida alta y el transistor pin 7 apagado. El condensador comienza a cargarse como se muestra en la Figura 2.
Cuando el voltaje a través de los pines 2 y 6 alcanza 2/3 de la fuente de alimentación, el flip flop se reinicia a través del comparador interno C1, que enciende el transistor Pin 7, e inicia la descarga del condensador C1 a través de R2 como se muestra en la Figura 3. La corriente que se muestra a través de R1 es incidental, y no es importante aparte de que drena la batería. Es por ello que este valor de resistencia es tan grande.
Cuando el voltaje a través de los pines 2 y 6 alcanza 1/3 de la fuente de alimentación el flip-flop se establece a través del comparador interno C2, cuando se apaga el transistor pin 7, permitiendo que el condensador comience a cargarse nuevamente a través de R1 y R2, como se muestra en la Figura 2. Este ciclo se repite.
El condensador C2 extiende la vida útil de las baterías, ya que almacenará el voltaje durante el 97% de tiempo que el circuito esté apagado, y proporcionará la corriente durante el 3% que esté encendido. Esta simple adición llevará a las baterías más allá de su vida útil por un amplio margen.
Al ejecutar este experimento había un mecanismo de retroalimentación que no había anticipado. La corriente de salida del TLC555 no es proporcional, ya que el voltaje de la fuente de alimentación baja, la corriente de salida reduce mucho más. Mi intermitente duró 6 meses antes de que terminara el experimento. Todavía estaba parpadeando, simplemente estaba muy tenue.