CMOS555長時間フライバックLEDフラッシャー

部品と材料

• 2つのAAAバッテリー
• バッテリークリップ（ラジオシャックカタログ＃270-398B）
• U1、U2-CMOS TLC555タイマーIC（Radio Shackカタログ番号276-1718または同等のもの）
• Q1-2N3906 PNPトランジスタ（Radio Shackカタログ＃276-1604（15パック）または同等品）
• Q2-2N2222 NPNトランジスタ（Radio Shackカタログ＃276-1617（15パック）または同等品）
• D1-赤色発光ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-041または同等のもの）
• D2-青色発光ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-311または同等のもの）
• R1-1.5MΩ1/ 4W 5％抵抗
• R2-47KΩ1/ 4W 5％抵抗
• R3、R5-10KΩ1/ 4W 5％抵抗
• R4-1MΩ1/ 4W 5％抵抗
• R6-100KΩ1/ 4W 5％抵抗
• R7-1KΩ1/ 4W 5％抵抗
• C1-1 µFタンタルコンデンサ（Radio Shackカタログ番号272-1025または同等品）
• C2-100 pFセラミックディスクコンデンサ（Radio Shackカタログ番号272-123）
• C3-100 µF電解コンデンサ（Radio Shackカタログ272-1028または同等品）
• L1-200 µHチョークまたはインダクタ（正確な値は重要ではありません。章の終わりを参照してください）

相互参照

電気回路の教訓 、第1巻、第16章：タイトル「インダクタ過渡応答」

電気回路の教訓 、第1巻、第16章：タイトル「なぜLRではなくL / Rなのか？」

電気回路の教訓 、第3巻、第4章：タイトル「エミッタ接地増幅器」

電気回路の教訓 、第3巻、第9章：タイトル「静電放電」

電気回路の教訓 、第4巻、第10章：タイトル「単安定マルチバイブレーター」

学習目標

• 555の別の操作モードを学ぶ
• ESD部品の取り扱い方法
• 単純なゲートにトランジスタを使用する方法（抵抗トランジスタインバータ）
• インダクタが誘導フライバックを使用して電力を変換する方法
• インダクタの作り方

回路図

イラスト

手順

ノート！このプロジェクトでは、静電気に弱い部品であるCMOS 555を使用します。第3巻、第9章、静電放電で説明されているように保護を使用しない場合は、 、あなたはそれを破壊する危険を冒します。

この特定の実験は、別の実験「整流ダイオード」（第6巻、第5章）に基づいています。先に進む前に、そのセクションを確認する価値があります。

これは、長時間のLEDフラッシャーシリーズの最後です。彼らは、CMOS 555を使用してLEDを点滅させる方法と、バッテリーの電圧を上げて、使用するバッテリーよりも電圧降下の大きいLEDを可能にする方法を示しました。ここでも同じことをしていますが、コンデンサの代わりにインダクタを使用しています。

基本的な概念は、別の発明であるジュール泥棒から採用されています。ジュール泥棒は、誘導キックバックを使用して11/2バッテリーから白色光LEDを点灯させる単純なトランジスタ発振器であり、LEDが導通を開始するには少なくとも3.6ボルトが必要です。ジュール泥棒のように、この回路を機能させるために11/2ボルトを使用することが可能です。ただし、CMOS 555の定格は2ボルトであるため、最小11/2ボルトは推奨されませんが、この回路の非常に高い効率を利用できます。ジュール泥棒についてもっと知りたい場合は、ウェブ上でたくさんの情報を見つけることができます。

この回路は、1つまたは2つ以上のLEDを直列に駆動することもできます。 LEDの数が増えると、インダクタが生成できる電圧の量がバッテリーの電圧にいくらか依存するため、バッテリーが長時間持続する能力が低下します。この実験の目的のために、2つの異なるLEDを使用して、LED電圧降下の独立性を実証しました。青色LEDの高輝度が赤色LEDを圧倒しますが、よく見ると、赤色LEDが最大の明るさであることがわかります。この実験で選択したLEDの色はほとんど何でも使用できます。

一般に、誘導キックバックによって生成される高電圧は排除する必要があります。この回路はそれを使用しますが、LEDの極性を間違えると、ESDに敏感な青色LEDが消える可能性があります（これは確認済みです）。コイルからの制御されていないパルスは、ESDイベントに似ています。トランジスタとTLC555も危険にさらされる可能性があります。

この回路のインダクタは、おそらく設計で最も重要でない部分です。インダクタという用語は一般的なもので、チョークまたはコイルと呼ばれるこのコンポーネントもあります。ソレノイドコイルもインダクタの一種であるため、ソレノイドコイルも機能します。リレーからのコイルもそうでしょう。私が使用したすべてのコンポーネントの中で、これはおそらく私が遭遇した中で最も重要ではありません。確かに、コイルはおそらくあなたが存在する自分で作ることができる最も実用的なコンポーネントです。動作理論の後で、この設計で機能するコイルの作成方法について説明しますが、図に示されている部分は、地元の電気店から購入した200µHのチョークです。

動作理論

コンデンサとインダクタの両方がエネルギーを蓄えます。コンデンサは定電圧を維持しようとしますが、インダクタは定電流を維持しようとします。どちらもそれぞれの側面への変化に抵抗します。これがフライバックトランスの基礎です。フライバックトランスは、古いCRT回路や、最小限の手間で高電圧が必要なその他の用途で使用される一般的な回路です。コイルを充電すると、その周りに磁場が広がります。基本的には電磁石であり、磁場はエネルギーを蓄えます。電流が止まると、この磁場が崩壊し、磁場がコイルのワイヤーを横切るときに電気が発生します。

この回路は2つの非安定マルチバイブレータを使用しています。最初のマルチバイブレータが2番目のマルチバイブレータを制御します。どちらも最小電流用に設計されており、Q1を使用して作られたインバーターも同様です。両方のオシレーターは非常に似ており、最初のオシレーターは以前の実験でカバーされています。問題は、97％の確率でオンのままであるか、高い状態にあることです。以前の回路では、低状態を使用してLEDを点灯しました。この場合、高は2番目のマルチバイブレータをオンにします。超低電流用に設計された単純なトランジスタインバータを使用すると、この問題が解決します。これは実際には非常に古いロジックファミリであるRTLであり、抵抗トランジスタロジックの略です。

2番目のマルチバイブレータは68.6KHzで振動し、方形波は約50％です。この回路は、最小部品LEDフラッシャーに示されているものとまったく同じ原理を使用しています。 。繰り返しになりますが、電流を最小限に抑えるために実用的な最大の抵抗が使用されます。これは、C2用の非常に小さなコンデンサを意味します。この高周波方形波は、簡単なスイッチとしてQ2のオンとオフを切り替えるために使用されます。

図1は、Q2が導通し、コイルが充電を開始したときに何が起こるかを示しています。 Q2をオンのままにすると、バッテリー間の効果的な短絡が発生しますが、これは発振器の一部であるため、これは発生しません。コイルが最大電流Q2スイッチに達する前に、スイッチが開いています。

図2は、Q2が開いて、コイルが充電されたときの状態を示しています。コイルは電流を維持しようとしますが、放電経路がない場合はこれを行うことができません。放電経路がない場合、コイルは高電圧パルスを生成し、それを流れる電流を維持しようとします。この電圧は非常に高くなります。ただし、放電経路には2つのLEDがあるため、コイルパルスは、組み合わされたLEDの電圧降下にすばやく移行し、残りの電荷を電流としてダンプします。その結果、高電圧は発生しませんが、LEDを点灯するために必要な電圧に変換されます。

LEDはパルス化され、光度曲線はコイルの放電曲線にかなり厳密に従います。ただし、人間の目は、この光出力を、私たちが連続光として知覚するものに平均化します。

部品と材料

• 26フィート（8メートル）の26AWGマグネットワイヤー（ラジオシャックカタログ＃278-1345または同等品）
• 6 / 32X1.5インチのネジ、M4X30mmのネジ、または同様の直径の釘をサイズ、鋼または鉄にカットしますが、ステンレスは使用しません
• マッチングロックナット（オプション）
• 透明テープ（オプション、ネジを使用する場合は必要）
• 瞬間接着剤
• はんだごて、はんだ

前述のように、これは精密部品ではありません。一般に、インダクタは多くのアプリケーションで大きな変動を示す可能性があり、これは特にハイサイドで大量にオフになる可能性があります。ここでの目標は220µHを超えています。

ネジを使用している場合は、ネジ山とワイヤーの間に透明なテープを1層使用します。これは、ネジのネジ山がワイヤーに食い込み、コイルが短絡するのを防ぐためです。ロックナットを使用している場合は、ネジの頭から1インチ（25mm）のネジに取り付けます。ワイヤーの一方の端から約1インチのところから始めて、図のように接着剤を使用して、釘またはネジの頭にワイヤーを固定します。接着剤をセットします。

ワイヤーをネジの長さ1インチにきちんとしっかりと巻き、再び瞬間接着剤で所定の位置に固定します。 （上の図）。注意している限り、可変速ドリルを使用してこれを支援することができます。すべての電化製品のように、それはあなたを噛むことができます。接着剤が固まるまでワイヤーをしっかりと保持してから、最初の層の上に2番目の層を巻き始めます。最後の1インチを除くすべてのワイヤーが使用されるまでこのプロセスを続け、接着剤を使用して時々ワイヤーを固定します。最後の層にワイヤを配置して、2番目のインダクタリードが最初の層から離れたネジのもう一方の端にくるようにします。最後に接着剤でこれを留めます。完全に乾かします。

鋭利な刃をそっと取り、2本のリードの両端からエナメルを削り取ります。露出した銅をはんだごてとはんだで錫メッキすると、この実験で使用できる機能的なインダクタができあがります。

私が作ったものは次のようになりました：下の図。

示されている接続は、220µHにかなり近いインダクタンスを測定するために使用されています。