Flasheur LED CMOS 555 — Impulsions rouge longue durée, faible consommation

COMPOSANTS ET MATÉRIEL

• Deux piles AAA
• Connecteur de pile (Radio Shack catalogue #270-398B)
• Un multimètre numérique (DVM) ou voltmètre-ampèremètre (VOM)
• U1 – CI temporisateur CMOS TLC555 (Radio Shack catalogue #276-1718 ou équivalent)
• D1 – LED rouge (Radio Shack catalogue #276-041 ou équivalent)
• R1 – résistance 1,5 MΩ, ¼ W, 5 %
• R2 – résistance 47 kΩ, ¼ W, 5 %
• C1 – condensateur tantale 1 µF (Radio Shack catalogue 272-1025 ou équivalent)
• C2 – condensateur électrolytique 100 µF (Radio Shack catalogue 272-1028 ou équivalent)

RÉFÉRENCES CROISÉES

Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Ch. 16 : « Calculs de tension et courant »

Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Ch. 16 : « Résolution pour temps inconnu »

Lessons In Electric Circuits, Vol. 3, Ch. 9 : « Décharge électrostatique »

Lessons In Electric Circuits, Vol. 4, Ch. 10 : « Multivibrateurs »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Appliquer la constante de temps RC à un circuit réel
• Implémenter une configuration multivibrateur astable CMOS 555
• Comprendre et calculer le cycle de travail (duty cycle)
• Manipuler les composants sensibles à la décharge électrostatique (ESD) en toute sécurité

SCHÉMA ÉLECTRIQUE

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Puisque le CMOS 555 est hautement sensible à l'ESD, protégez-le selon le Volume 3, Ch. 9 avant de connecter les piles. Le CI consomme très peu de courant, pourtant il épuisera rapidement les piles si la LED est pilotée en continu. Cette conception utilise un taux de clignotement lent et un réseau de temporisation à haute valeur pour maintenir le courant moyen sous 1 mA.

Le TLC555 supporte une plage d'alimentation de 2 V à 18 V, permettant le fonctionnement à partir d'une seule paire AAA 1,5 V. La sortie pilote la LED pour une impulsion de 30 ms à un taux de clignotement de 1 Hz, donnant un cycle de travail d'environ 3 %. En supposant un courant nominal de 20 mA pour la LED, le courant moyen n'est que de 0,6 mA, donc les LED peuvent briller pendant plusieurs mois sur des piles AAA.

Utilisez les grandes résistances pour limiter le courant, et maintenez le condensateur électrolytique (C2) chargé pendant les périodes « off » pour tamponner la tension d'alimentation. Cette astuce simple prolonge la durée de vie des piles bien au-delà de la capacité nominale.

Après l'assemblage du circuit, la LED devrait clignoter immédiatement. Vous pouvez vérifier la faible consommation en mesurant la sortie de la pile pendant que le TLC555 est alimenté ; une lecture typique se situe entre 9 mA et 24 mA selon le lot de puces.

THÉORIE DE FONCTIONNEMENT

Au cœur, le circuit est un multivibrateur astable standard. Le transistor interne de la broche 7 charge et décharge le condensateur de temporisation (C1) à travers R1 et R2. Lorsque la tension du condensateur atteint 2/3 V_CC, le bascule se réinitialise, allumant le transistor de décharge et ramenant la tension à 1/3 V_CC. Le cycle se répète, produisant une sortie carrée qui pilote la LED.

Le grand condensateur C2 stocke la majeure partie de l'énergie de la pile pendant la période « off » à 97 %, délivrant la brève impulsion de courant pendant la période « on » à 3 %. Cela réduit considérablement la charge moyenne sur les piles.

Parce que le courant de sortie du TLC555 diminue avec la tension d'alimentation, la luminosité de la LED diminue à mesure que les piles se déchargent. Néanmoins, le circuit continue de clignoter, démontrant l'efficacité de la conception à faible puissance.