PC関連工作＞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)