2014年3月10日月曜日

PC電飾パーツ製作>LEDブラックホールの製作③ 点滅制御部の検討①タイマーICLM555を使用した回路

まず、タイマーICのLM555を使った回路です。

[使用部品]
タイマーIC NE555N(=LM555 5個入り\100 秋月電子通商で購入)、抵抗2本、可変抵抗器、電解コンデンサー、コンデンサー(0.01μF)、ブレッドボードなど

[データーシートより]
●下図を参考にしてください。
●有名な汎用タイマーICらしく、低電力で動作するCMOS版もあるようですが(よくわからず一緒に買ってしまいました)、今回は特に電力には不自由しないので、通常版(?)を使用します。一般に555のタイマーの精度はあまり良くないようです。
●無安定動作の回路を使用します。2番と6番の端子を接続した場合、この回路は自身によってトリガされ、マルチバイブレータとしてフリーラン状態になるそうです。外付けコンデンサCは、RAとRBを通じて充電され、RBを通じて放電されます。したがってデューティー・サイクルを、2つの抵抗RAとRBの比によって精密に設定することができるそうです。なお、RA、RB、Cの値の関係は、グラフに示したとおりです。(適当に書いたので、詳しくは計算で算出してください)。RA、RBの値をむやみに小さくすると、ICに良くないそうです。(RAを0ΩにするとICが壊れるそうです)※3
●動作電圧は4.5V~16V、発振周波数は動作電圧に無関係だそうですが、今回は5Vを使いたいと思います。(LEDが並列に接続されているので)
●出力は最大100mAくらいまで大丈夫のようです。場合によっては、カレントミラー回路を使うのもいいのではないかと思います。
●発振周波数の計算等
計算の単位 RA・RB:Ω(オーム) C:F(ファラッド) T:Hz(ヘルツ)
温度・部品のばらつきで多少誤差が出ます
・充電(出力ハイ)時間(点灯時間) t1=Ln2(RA+RB)C=0.693×(RA+RB)×C
・放電(出力ロー)時間(消灯時間) t2=Ln2(RB)C=0.693×RB×C
・合計周期 T=t1+t2
・発振周波数 t=1/T
・デューティー比(小さいほど点滅周期が短い)=t1/(t1+t2)
Java-Scriptで自動計算できるサイトがありました。(※2)

§LM555のピンアサイン(データシートより)§


§無安定動作回路(データシートより)§


§発振周波数と抵抗値・コンデンサー容量との関係(データシートより)§


[実験方法]
●実際の回路を下図に示します。点滅間隔を調整するため、RAとRBの間に可変抵抗器VR1を入れます。※1
●コンデンサーC(下図ピンク丸で囲んだところ)は、5μF・10μF・100μFで実験しました。1000μFやコンデンサーなしでは、LEDは連続点灯状態になり、点滅しませんでした。(当然か)




●本来は、LED1つ1つに制限抵抗をつけなければいけないのですが、配線の都合上(実は単なる手抜き)とどのくらいの電圧で使うわからなかったので、このようなことになってしまいました。コンデンサーCをはずすと連続点灯状態となり、テスターでの電流実測値は、3本あたり(制限抵抗とLEDとの間)10~12mAでした。これって、LED1本あたり3mAくらいしか流れていないということなのでしょうか?



●実験に使用したブレッドボードです。ブレッドボードと、みの虫クリップを直に接続できないので、間に木ねじで固定した目玉クリップを付けてターミナルがわりとします。これで、ずいぶん回路の組み上げが楽になりました。左側3つは可変抵抗器へ、上側4つはLEDブラックホールの(+)側へ、右側は実験用電源とLEDブラックホールの(-)側につながってます。右下のLEDは、確認用につけてあるもので、本来は必要ありません。




[実験結果]
●RA、RBの値をかえて、t1とt2を調整し、点滅間隔を変えるようです。
●Cの値によっても点滅間隔が大きく変わります。Cを5μFくらいにすると、VR1の位置によってはほとんどつきっ放しになります。

●RA=1kΩ RB=1.5kΩ 可変抵抗器=10KΩB C=5μFの場合、可変抵抗器をゆっくり回転させた時のLEDの点滅の変化です。

●RA=1kΩ RB=1.5kΩ 可変抵抗器=10KΩB C=100μFの場合、可変抵抗器をゆっくり回転させた時のLEDの点滅の変化です。

[感想]
●これはこれでおもしろいのですが、単に点滅を繰り返すだけだと単調だと思いました。
●複雑な点滅は、PICを使ったり、自動点滅LEDを使うところでしょう。ただ、自動点滅LEDでは、点滅時間のコントロールができない、LED個々にばらつきがあるなど、それにそれだけで解決してしまっておもしろくないと思います。
●簡単な回路で、ナイトライダーみたいな点滅も考えられたらと思います。

[参考サイト]
どうもありがとうございました。
※1:ブレッドボードラジオ(http://bbradio.web.infoseek.co.jp)
※2:山本ワールド(http://yamatyuunet.bne.jp/)
※3:電子回路工作 素材集(http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/ckt.htm)

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