Простой ночник на микросхеме NE555 – Своими Руками

Простой ночник на микросхеме NE555

Микросхема серии 555 (NE555, SE555, NA555, SA555 и их аналоги) представляет собой доступный и дешевый таймер – устройство для генерации импульсов с определенными временными характеристиками. На базе этих микросхем может быть построено множество простых устройств – от регулятора оборотов электродвигателя до реле времени и стабилизатора напряжения.
В статье речь пойдет об одном из наиболее распространенных применений NE555 – диммере для регулировки яркости светодиодов, который можно приспособить под самодельный ночник.

Часть 1. Электроника.

Схема устройства представлена ниже:

Диоды VD1 и VD2 можно брать любые, например 1N4148. R1 регулирует яркость светодиодов VD3-VD9. Переменный резистор можно взять совмещенный с выключателем, такой вариант будет хорошо смотреться в стилизации под старые керосиновые лампы, в которых яркость пламени контролировалась специальной ручкой. Если же вы не планируете менять яркость светильника, то подойдет любой подстроечный резистор, выставленный на подходящее значение. Конденсатор C3 может быть и меньшего номинала, либо его вообще может не быть – схема все равно запустится, однако в таком случае диммер будет издавать едва слышимый писк.

Светодиоды разделены на две группы по 4 и 3 светодиода. Их, конечно же, может быть больше или меньше, но нужно помнить, что от количества и мощности светодиодов зависит выбор транзистора VT1. Для небольшого количества маломощных светодиодов, как у меня, подойдет любой NPN транзистор, даже КТ315 или его зарубежные аналоги. Для более “прожорливой” нагрузки (например, светодиодной ленты и мощных светодиодов) лучше выбрать транзистор типа EB13005, который можно найти в любой энергосберегающей лампе, или широко распространенный полевой транзистор IRFZ44N.

NE555 обладает широким диапазоном питающего напряжения, поэтому для схемы можно использовать любой подходящий блок питания (например от ноутбука) или зарядку от телефона. Питать диммер от батареек или акумуляторов не рекомендуется, так как схема включения светодиодов с ограничительными резисторами не предполагает достаточно высокого КПД, и источник питания быстро разрядятся.

От напряжения будет зависеть количество светодиодов и сопротивление их токоограничительных резисторов. Если вы знаете, как оно расчитывается, смело переходите к следующей части, если нет – потратьте пару минут на прочтение краткого руководства.

Итак, сопротивление вычисляется по формуле:
R = Uпит – Uсв / Iсв, где
R – сопротивление токоограничительного резистора;
Uпит – напряжение питания схемы;
Uсв – падение напряжения на светодиоде;
Iсв – ток питания светодиода.

Значения Uсв и Iсв различаются в зависимости от цвета и мощности светодиодов, его следует уточнять в документации к конкретной модели. Если же документации нет (что норма для подавляющего большинства китайской продукции), то можно воспользоваться усредненными значениями из таблицы:

Падение напряжения на светодиоде (вольт)

Ток питания светодиода (ампер)

* Для светодиодов 1 Ватт и более необходим радиатор для охлаждения.
** Ток в 0.05-0.07 А требуется для сверхярких белых светодиодов.

Представленные в таблице параметры приблизительны. Так, например, у 5-миллиметровых светодиодов ток питания может варьироваться в достаточно широком диапазоне – от 5 до 35 мА, однако при минимальном значении они будут светиться тускло, а при максимальном быстро перегреются и выйдут из строя.

Теперь воспользуемся приведенной выше формулой и рассчитаем сопротивление резистора для цепочки из четырех последовательно соединенных светодиодов: трех желтых и одного белого. Пусть напряжение питания схемы составляет 12 вольт.

Для начала узнаем падение напряжения на всей цепочке по формуле
Uсв = U1 + U2 + . + Un, где
U1, U2, Un – напряжение падения на каждом светодиоде цепочки.
Uсв = 1.9 + 1.9 + 1.9 + 2.5 = 8.2 вольт.

Ток при последовательном соединии не изменяется, то есть на всех элементах цепи его значение будет равно 0.02 А.

Переходим к расчету сопротивления:
R = 12 – 8.2 / 0.02 = 3.8 / 0.02 = 190 Ом.
Подбираем из стандартной линейки резистор, близкий к полученному результату – 200 Ом.

Заодно неплохо бы рассчитать и минимальную мощность резистора:
P = (Uпит – Uсв) * Iсв
P = (12 – 8.2) * 0.02 = 3.8 * 0.02 = 0.076 Вт
Ближайший по мощности – 0.125 Вт, но можно выбрать и с запасом – 0.25 Вт.

Резистор может быть и большего сопротивления (в разумных пределах). При сборке схемы я не нашел у себя резистор в 300 Ом и заменил его на 470 Ом, ограничив ток до 0.015 А. Благодаря тому, что соотношение ток/яркость у светодиодов носит нелинейный характер, такая замена не сильно сказалась на конечном результате.

Теперь вы знаете, как самостоятельно расчитать номиналы, подходящие под ваши нужды. Комбинируя различные цвета, можно получить красивые сочетания и оттенки, которые сделают ночник более “волшебным”. Так сочетание оранжевого и теплого белого дают приятный персиковый цвет, а из желтого и зеленого получится мягкий цвет “зеленой лужайки”.

Часть 2. Внешний вид.

Как известно, собранная и рабочая плата – это только половина устройства. Не менее важно и оформление, а с ним зачастую возникают проблемы. Хорошо, если у вас есть подходящий корпус от какого-нибудь китайского ночника за $1, но если нет, не нужно отчаиваться, простые и оригинальные решения могут найтись в самом неожиданном месте. Например, в ванной.
Итак, нам понадобятся:
1. Пустая пластиковая банка (к примеру, от кондиционера для волос) – 1 шт.
2. Крышки от этой и еще одной такой же банки – 2 шт.
3. Матовая самоклейка с рисунком.
4. Кусочек наждачной бумаги.
5. Жидкость для снятия лака или ацетон.

1. Освобождаем банку от наклеенной бумажки. С помощью жидкости для снятия лака удаляем остатки клея. Не забывайте хорошо проветривать помещение! Избавившись от клея, промываем банку теплой водой с мылом и высушиваем ее.
2. Мелкой шкуркой матируем поверхность банки. Отрезаем кусочек самоклейки подходящей длины и ширины, обклеиваем им банку по окружности. Подбирайте такой рисунок, который будет хорошо и красиво рассеивать свет.
3. Теперь приклеиваем одну крышку к нижней части банки – это будет “дно” лампы. Вы можете предварительно окрасить крышки из баллончика, а можете оставить как есть – тогда они будут просвечиваться светодиодами, создавая дополнительный эффект.

4. Во второй крышке сверлим отверстие под провод питания (и, если нужно, под переменный резистор). Их расположение зависит от выбранной конструкции: в подвесном светильнике отверстие под провод лучше располагать в центре крышки, в настольном – сбоку. Кроме того, в настольном варианте плату удобнее располагать внизу светильника, то есть приклеенное “дно” окажется сверху, а прикручиваемая крышка с платой внутри – снизу, так как незаметно лежащий на столе провод выглядит эстетичнее, чем свисающий откуда-то сверху. Продеваем провод в отверстие и припаиваем его к плате. Не забудьте также про разъем для подключения к блоку питания и выключатель, их можно сделать навесными. Саму плату можно закрепить с обратной стороны крышки силиконовым клеем.

5. Прикручиваем верхнюю крышку.

Осталось только соорудить какое-нибудь крепление, если вы планируете делать ночник подвесным.
Светильник готов!

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Простой светодиодный диммер на NE555 своими руками

Простая схема диммера на основе микросхемы таймера 555

В этом проекте мы разработаем светодиодный диммер на основе ШИМ с использованием таймера 555. Основным принципом этой схемы является генерация ШИМ-сигнала с помощью старой доброй надежной ИС таймера 555 и изменение мощности, подаваемой на светодиоды и, следовательно, достижение эффекта затемнения светодиода.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) играет важную роль в управлении большим количеством цепей. Если вы хотите контролировать скорость двигателя, ШИМ играет ключевую роль. Здесь, в нашем проекте, ШИМ используется для диммирования (затемнения) светодиодов.

Используя технику ШИМ, мощность питания, подаваемого на устройство, варьируется, и, следовательно, если мы можем контролировать ширину импульса сигнала, мы можем легко управлять устройством, например, заставить простой двигатель постоянного тока вращаться медленно или быстро или уменьшать интенсивность свечения светодиода.

Принцип работы светодиодного диммера с использованием таймера 555

На следующем рисунке показана блок-схема светодиодного диммера на основе ШИМ с использованием таймера 555.

Источник напряжения постоянного тока 12 В используется для питания всей цепи, включая ИС таймера 555 и светодиоды. Таймер 555 используется для генерации ШИМ-сигнала с помощью нескольких пассивных компонентов. Затем сгенерированный сигнал ШИМ подается на группу светодиодов, и в зависимости от рабочего цикла сигнала ШИМ интенсивность светодиодов может быть высокой или низкой.

Что такое микросхема таймера 555

Таймер 555 представляет собой 8-выводную интегральную схему, доступную в корпусе Dual-In-Line, первоначально разработанном Signetics. Это одна из самых популярных интегральных схем и используется для различных приложений, таких как таймер, генератор и генерация импульсов.

Схема контактов (распиновка) микросхемы таймера 555 показана на следующем рисунке. Вывод 8, который является выводом VCC, используется для подачи напряжения основного источника питания на ИС. Рабочее напряжение может варьироваться от 3 до 15 В. Контакты 2, 6 и 7 – это триггер, порог и выводы разряда.

Контакт 4 является выводом сброса и используется для сброса всей микросхемы. Выходной сигнал микросхемы может быть взят с выходного контакта, то есть контакта 3. Контакт 5 является управляющим контактом. Микросхема таймера 555 может работать в трех различных режимах: нестабильный, моностабильный и бистабильный. Она имеет такие функции, как хронометраж от микросекунд до часов, настраиваемые рабочие циклы и способность работать при различных уровнях напряжения и т. д. Она имеет широкий спектр применений, таких как диммеры, управление двигателем, джойстики и т. д.

Схема светодиодного диммера на основе микросхемы таймера 555

Напряжение 12 В постоянного тока подается на вывод VCC для обеспечения рабочего напряжения таймера 555. Контакт сброса также напрямую подключен к 12 В, как показано на принципиальной схеме. Для сброса микросхемы, в случае ошибки во время работы цепи, подключите контакт RESET к GND на секунду, а затем снова подключите его к 12В.

Контакт 5 или контакт управления напряжением в этом приложении не используются. Следовательно, развязывающий конденсатор 0,01 мкФ подключен между контактом 5 и заземлением.

Триггерный контакт (вывод 2) и пороговый контакт (вывод 6) закорочены, и здесь подключен вывод потенциометра POT. Кроме того, конденсатор 0,1 мкФ подключен между выводом 6 (или выводом 2) и заземлением. Одна клемма POT подключена к аноду диода (предпочтительно 1N4148), а другая клемма POT подключена к катоду другого диода. Другие концы обоих этих диодов подключены к разрядному контакту, то есть к выводу 7. Кроме того, резистор 1 кОм подключен между контактом 7 и VCC. Вывод OUT подключен к светодиодной панели через транзистор.

Принцип работы светодиодного диммера

Здесь, в этом проекте, таймер 555 предназначен для работы в режиме нестабильного мультивибратора. Резистор 1 кОм, POT 50 кОм и конденсатор 0,1 мкФ, подключенные к контактам 2, 6 и 7, будут играть важную роль.

На основании времени зарядки и разрядки конденсатора генерируется сигнал ШИМ на выводе OUT, то есть на выводе 3 ИС таймера 555. Выход 555 (контакт 3), подключен к светодиодной панели через NPN-транзистор (здесь используется 2N2222) и резистор 1 кОм.

Резистор 1 кОм используется для ограничения тока базы транзистора, а транзистор используется в качестве усилителя для ограничения или усиления тока, который подается на светодиодную панель.

Firefly Light, Светлячок на таймере 555

Спецификация набора

То, что у вас уже есть, вы можете удалить в корзине.

Для изучения таймера 555 предлагаем провести несколько весёлых экспериментов в виде командной игры. Для этого нужно будет подготовить несколько «светлячков». Чем больше, тем эффектнее эксперименты. Каждый «светлячок» собран на таймере 555 по схеме – моностабильный мультивибратор. Подробная инструкция по сборке и демонстрация экспериментов показаны в видео.

Электическая схема

Схема включения микросхемы в «светлячке»показана на рисунке. RC цепочка (R3C2) включена между плюсом и минусом питания. К месту соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 – Стоп. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 – Разряд.
Входной импульс подается на вывод 2 – Запуск. Это вход компаратора №2.
Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень – около нуля вольт, конденсатор С2 разряжен и заряжаться не будет, поскольку открыт транзистор в таймере к которому он подключен через вывод 7. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время. При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор 2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе (3) устанавливается высокий уровень напряжения. Светодиод светится. Транзистор в таймере закрывается и начинает заряжаться конденсатор С2 через резистор R3. Все время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует, ни на какие внешние раздражители, поступающие на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия на состояние таймера! Конденсатор продолжает заряжаться. Когда он зарядится до напряжения 2/3 Uпит, сработает компаратор 1 подключенный к выводу 6 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор откроется и через вывод 7 разрядит конденсатор С2.
Время, на которое таймер выходит из стабильного состояния, может быть от одной миллисекунды до сотен секунд. Считается оно так: T=1.1*R3*C2. Это и будет время на которое зажигается светодиод.
В нашем опыте очень важно чтобы таймер запускался по спаду сигнала – заднему фронту импульса. Для этого построим простой формирователь импульса. Это узел, состоящий из фототранзистора, конденсатора C1, резисторов R1 и R2. В начальном состоянии, после подключения питания, конденсатор C1 оказывается заряженным через R2 и R1. Т.к. сопротивление перехода эмиттер-коллектор фототранзистора очень велико (Мы ведь ещё не засветили его пучком света) и он практически не влияет на заряд C1. На входе 2 таймера высокий потенциал и ничего не происходит. Как только мы подадим на фототранзистор луч света, сопротивление фототранзистора резко упадет, левая пластина конденсатора зарядит положительным потенциалом. Пока тоже ничего не происходит. А вот как только мы выключим свет, сопротивление перехода фототранзистора резко возрастет и он практически отключится от конденсатора C1. Вот в этот момент конденсатор C1 разрядится на минус питания через резистор R1. По нему пройдет ток разряда. И на это время вывод 2 таймера будет подключен к минусу питания. Таймер запустится. Светодиод на выходе зажжется на некоторое время.
Этот световой импульс попадает на фототранзистор следующего «светлячка» и в нем происходят те же процессы. И так по цепочке световой импульс передается от одного «светлячка» к другому. Можно сделать из «светлячков» ветки и световой импульс пройдет поочередно по всем веткам. Можно замкнуть их в круг и тогда импульс свет будет бесконечно кружится.
Для питания «светлячка» можно использовать практически любые элементы напряжением от 3В до 9В. В видеоролике мы использовали по два элемента CR2016 установленные в держатель для CR2032 (получалось 6В) и батарейку крона (9В). Можно использовать и один элемент CR2016 или 2032 (3В), но в этом случае придется подбирать светодиод на 2В (не более!), а с двумя CR2016 зажигается практически любой светодиод небольшой мощности.
Светодиод можно поставить любой круглый выводной.

Печатная плата

Файлы печатной платы во вложении, её можно изготовить лазерно утюжной технологией.

Схему, проект в KiCad можно скачать в разделе техническая документация.

Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется – Creative Commons – Attribution – Share Alike license.

Источники:

http://sdelaysam-svoimirukami.ru/3412-prostoy-nochnik-na-mikrosheme-ne555.html
http://digitrode.ru/articles/1810-prostoy-svetodiodnyy-dimmer-na-ne555-svoimi-rukami.html
http://www.chipdip.ru/product/firefly-light