Jak zaprogramować... lampki choinkowe?

Aby uzyskać efekt migania diod, trzeba połączyć układ tak, aby timer 555 pracował w trybie astabilnym. Napięcie na jego wyjściu będzie skokowo zmieniało się od 0 V do 9 V. Na rysunku pokazałem schemat układu.

Rysunek. Schemat układu

Kondensator o wartości 4,7 µF powinien mieć napięcie znamionowe 10 V lub więcej. Aby uzyskać ciekawy efekt, diody LED można połączyć tak, aby na przemian miały kolor na przykład zielony (tj. LED1, LED3, LED5, LED7) i czerwony (tj. LED2, LED 4, LED6, LED8).

Oko ludzkie jest najbardziej czułe na kolor czerwony. Dlatego, mimo iż diody mają niemal identyczne napięcie przewodzenia (U_F = 1,93 V — dioda zielona, U_F = 1,92 V — dioda czerwona) i będzie przez nie płynął prąd o podobnym natężeniu, odniesiemy wrażenie, że diody w kolorze czerwonym świecą jaśniej.

Częstotliwość migotania zależy od wartości dwóch rezystorów i kondensatora, znajdujących się po lewej stronie schematu. W przykładzie mają one odpowiednio wartości: 10 kΩ, 100 kΩ, 4,7 µF.

Kondensator ładuje się przez rezystor 10 kΩ. Dlatego do obliczeń należy wziąć jego wartość tylko raz.

Pojemność ładuje się i rozładowuje przez rezystor 100 kΩ. Z tego względu we wzorze na częstotliwość migotania lampek występuje on dwukrotnie:

Innymi słowy: dla pokazanych na schemacie wartości diody będą migotały półtora raza na sekundę.

Ponieważ rezystor, przez który kondensator się ładuje, jest dziesięć razy mniejszy od rezystora, przez który kondensator się ładuje i rozładowuje, czas świecenia diod LED powinien być mniej więcej taki sam jak czas ich wyłączenia.

Jeżeli w układzie używane są diody LED, należy zawsze w szereg z nimi włączyć rezystor, który będzie ograniczał wartość prądu płynącego przez diody.

Dioda LED świeci intensywnie, gdy płynie przez nią prąd o natężeniu od 10 mA do 15 mA. W układzie (rysunek wyżej) równolegle połączonych jest osiem diod. Oznacza to, że natężenie prądu czerpanego z układu 555 powinno zawierać się w przedziale od 80 mA do 120 mA. Taki prąd powinien płynąć przez rezystor ograniczający.

Prąd przepływający przez rezystor ograniczający będzie dzielony między diody LED.

Dioda LED świeci przy napięciu przewodzenia wynoszącym około 2 V. Na wyjściu układu 555 (nóżka 3) będzie pojawiało się napięcie niemal równe napięciu zasilania (9 V). Na rezystorze musi więc powstać spadek napięcia nie mniejszy niż 9 V − 2 V = 7 V. Jeżeli rezystor ograniczający będzie miał wartość 100 Ω, wówczas przy prądzie o natężeniu 80 mA powstanie na nim spadek napięcia 8 V, a przy prądzie 120 mA — 12 V. Jest to więcej niż napięcie zasilające. Jeżeli się okaże, że diody nie świecą, można zmniejszyć wartość rezystora. Gdy zaś zastosuję za mały rezystor i na przykład układ scalony ulegnie bezpowrotnemu uszkodzeniu, wówczas trzeba będzie go wyrzucić.

Jeśli zachodzi potrzeba podłączenia większej liczby diod LED, należy pamiętać, że timer 555 może maksymalnie dostarczyć prąd tylko o natężeniu około 200 mA. Co najwyżej można więc podłączyć na przykład dwadzieścia diod LED, przez które będzie płynął prąd ograniczony do 10 mA.

W układzie stosowanych jest osiem diod LED (rysunek 2). Warto zwrócić uwagę na ich poprawne podłączenie.

Rysunek 2. W większości diod dłuższa nóżka powinna być dołączona do wyższego napięcia

Na rysunku 3 pokazałem zmontowany układ.

Rysunek 3. Migacz w akcji

Do połączenia diod LED można użyć kabla ze słuchawek do telefonu komórkowego. Aby wyprowadzenia diody nie powodowały zwarć, trzeba po przylutowaniu zabezpieczyć je izolacją lub koszulką termokurczliwą.

Jeżeli układ pracuje nieregularnie, przyczyną tego mogą być zakłócenia (wahania) napięcia zasilającego. Stabilność pracy układu powinna się poprawić po włączeniu pomiędzy „+” i „−” zasilania kondensatora elektrolitycznego o pojemności 470 µF i napięciu znamionowym nie mniejszym niż 16 V.

Fragment pochodzi z książki "Elektronika. Projekty dla pasjonatów", Witold Wrotek, Helion 2023