CMOS 555 LEDフラッシャー：長時間・低消費電力赤色LEDパルス回路

部品と材料

• 単3電池2個
• 電池クリップ（Radio Shackカタログ#270-398B）
• デジタルマルチメータ（DVM）または電圧・電流計（VOM）1台
• U1 — CMOS TLC555タイマーIC（Radio Shackカタログ#276-1718または同等品）
• D1 — 赤色LED（Radio Shackカタログ#276-041または同等品）
• R1 — 1.5MΩ、¼W、5%抵抗
• R2 — 47kΩ、¼W、5%抵抗
• C1 — 1µFタンタルコンデンサ（Radio Shackカタログ272-1025または同等品）
• C2 — 100µF電解コンデンサ（Radio Shackカタログ272-1028または同等品）

関連リファレンス

Lessons In Electric Circuits、第1巻、第16章：「電圧と電流の計算」

Lessons In Electric Circuits、第1巻、第16章：「未知時間の解法」

Lessons In Electric Circuits、第3巻、第9章：「静電気放電」

Lessons In Electric Circuits、第4巻、第10章：「マルチバイブレータ」

学習目標

• 実用回路にRC時定数を適用する
• CMOS 555非安定マルチバイブレータ構成を実装する
• デューティサイクルを理解し、計算する
• 静電気放電（ESD）感受性部品を安全に取り扱う

回路図

イラストレーション

手順

CMOS 555はESDに非常に敏感なため、第3巻、第9章に従って電池接続前に保護してください。ICの消費電流は非常に少ないですが、LEDを連続駆動すると電池が急速に消耗します。この設計は、遅いフラッシュレートと高抵抗タイミングネットワークを使用して、平均電流を1mA以下に抑えます。

TLC555は2V〜18Vの電源範囲をサポートし、単一の1.5V単3電池ペアからの動作を可能にします。出力は1Hzのフラッシュレートで30msパルスでLEDを駆動し、デューティサイクルは約3%です。20mA定格のLEDと仮定すると、平均電流はわずか0.6mAで、LEDは単3電池で数ヶ月間点灯し続けられます。

大きな抵抗で電流を制限し、オフ期間中に電解コンデンサ（C2）を充電して電源電圧をバッファリングします。このシンプルなトリックで、公称容量をはるかに超える電池寿命を実現します。

回路組み立て後、LEDは即座に点滅を開始します。TLC555に電源供給中の電池出力を測定することで低消費電流を確認できます。典型的な読み取り値は、チップロットによって9mA〜24mAの間です。

動作理論

核心は標準的な非安定マルチバイブレータです。ピン7の内部トランジスタが、タイミングコンデンサ（C1）をR1とR2を通じて充放電します。コンデンサ電圧が2/3 V_CCに達するとフリップフロップがリセットし、放電トランジスタがオンになって電圧を1/3 V_CCまで引き下げます。このサイクルが繰り返され、LEDを駆動する矩形波出力が生成されます。

大きなC2コンデンサが、97%の「オフ」期間中に電池エネルギーの大部分を蓄え、3%の「オン」期間中に短い電流パルスを供給します。これにより電池への平均負荷が大幅に減少します。

TLC555の出力電流は電源電圧に合わせて減少するため、電池消耗につれてLED輝度は低下します。それでも回路は点滅を継続し、低消費電力設計の有効性を実証します。