Există mai multe circuite și kituri pe piață care pot comanda orice număr de LED-uri sau lumini periodic, aleatoriu sau secvențial, dar un IC foarte versatil care poate fi folosit pentru a produce un simplu circuit de aprins LED-uri este contorul binar ripple.

Contoarele Ripple sunt de fapt flip-flop toggle care pot fi utilizate ca divizoare de frecvență pentru a împărți intrarea ceasului de referință cu o valoare setată pentru a da o frecvență nouă, mai mică și pe care o putem folosi ca parte a schemei noastre simplă de LED flasher.

Aceste tipuri de contoare sunt asincrone, deoarece nu toate flip-flop-urile se schimbă sau basculează împreună cu aplicarea unui impuls de ceas extern. De obicei, bascularea se face pe frontul negativ al impulsului de ceas.

Flip-flop-ul toggle sau tip-T este blocul de bază al tuturor contoarelor cu contoare asincrone denumite în mod obișnuit "contoare ripple", deoarece impulsul de ceas de intrare apare ca o "trecere de undă" prin contor fiindcă intrarea de ceas pentru un etaj este generată de ieșirea etajului anterior. Rezultatul este un efect ripple deoarece fiecare etaj schimbă în secvență și putem folosi acest lucru, cu efect bun, într-un simplu circuit LED flasher.

Contoarele ripple sunt construite dintr-un număr de flip-flop-uri tip-T, divide-cu-2, legate în cascadă, pentru a forma un singur divizor de frecvență divide-cu-N, unde N este egal cu numărul de biți ai contoarelor. Disponibile în mod obișnuit, IC-uri cu contor ripple binar includ: 74LS93 pe 4 biți (÷ 16), CMOS 4024 pe 7 biți (÷ 128), CMOS 4040 12 biți (÷ 4096) sau CMOS 4060 mai mare pe 14 biți (÷ 16.384).

Atunci, numărul lor de ieșire (Qn) va fi definit ca etajul al "N-lea" al contorului. Deci, de exemplu, ieșirea Q6 este 2⁶ = 64 (1/64 din frecvența ceasului) și Q12 este 2¹² = 4096 (1/4096 din frecvența de ceas) și așa mai departe.

După cum am văzut, există numeroase contoare binare care pot aprinde orice număr de lumini periodic, aleatoriu sau secvențial, dar un IC foarte versatil pentru a produce un simplu LED flasher pentru utilizarea într-o varietate de afișaje de iluminare diferite este contorul binar pe 12 biți CMOS CD4040B.

CD4040B este un complet contor ripple binar de comutare rapidă, pe 12 biți, cu 12 ieșiri complet decodate (realizând în total 12 secvențe de LED individuale). Aceste douăsprezece ieșiri comută secvențial la sosirea fiecărui front negativ a impulsului de ceas, producând o secvență de ieșire binară așa cum se arată în diagrama de contorizare.

Ieșirile lui 4040 comută între un logic "1" sau "HIGH" și un logic "0" sau "LOW" pe fiecare număr astfel încât să poată produce o secvență în mișcare, un chaser sau un efect aleatoriu, făcând 4040 ideal ca un simplu LED flasher sau afișaj de iluminare pentru un proiect de lumini.

Deoarece 4040 este un contor ripple de 12 biți, fiecare din cele douăsprezece ieșiri va bascula HIGH sau LOW într-o secvență binară de la 0 la 4096 (2¹²), iar acest lucru este prezentat în următoarea diagramă de contorizare.

Diagrama de contorizare a contorului Ripple 4040

Dar, înainte de a putea folosi contorul ripple 4040B ca parte a circuitului simplu de LED flasher, trebuie să producem un semnal de sincronizare. Există multe moduri diferite de a produce un semnal de sincronizare sau de ceas, lista este nesfârșită. Dar o modalitate foarte simplă și eficientă de a produce un semnal de sincronizare cu undă pătrată cu minimum de componente este prin utilizarea unui IC timer dedicat, cum ar fi NE555 Astable Timer.

Perioada de sincronizare T depinde de frecvența ceasului de intrare ales, unde T = 1/ƒ. De exemplu, dacă alegem un contor 4040 de 12 biți (÷ 4096) ca parte a circuitului nostru simplu de LED flasher și dorim ca cea mai lungă perioadă de timp pe al 12-lea bit să fie de 4 secunde (2 secunde ON și 2 secunde OFF) sau 0,25 Hz, atunci frecvența ceasului de intrare pe pinul 10 al contorului 4040 ar trebui să fie de aproximativ 1 kHz, (0,25 x 4096), după cum se arată.

Circuit simplu LED Flasher

Prin conectarea LED-urilor la diferite ieșiri, acestea vor lumina unul câte unul, dar la rate diferite între ele (fiecare ieșire jumătate din frecvența precedentă) și nu vor fi toate "ON" sau toate "OFF" împreună, făcându-l ideal pentru circuitul nostru.

Prin utilizarea divizoarelor/contoarelor de frecvență divide-cu-2, cu mai multe LED-uri conectate la ieșirile lor, este posibil să se producă un efect de lumină intermitentă sau lumină bliț sau orice afișaj luminos cu lumină intermitentă la alegere, în funcție de ieșirea ripple la care conectați LED-urile și cum le aranjați fizic.

Ieșirea contorului Ripple

Ieșirile contorului Q1 până la Q12 au capacitatea de a absorbi "Sink" sau a furniza "Source" un curent de sarcină de până la un maxim 15 mA, ceea ce este suficient pentru a comanda direct LED-urile. Capacitatea contorului 4040 atât pentru curentul "Sink" (absorbit), cât și pentru "source" (furnizat) înseamnă că LED-urile pot fi conectate între terminalul de ieșire al contorului și sursa de alimentare pentru a absorbi curentul de sarcină sau între terminalul de ieșire și masă pentru a furniza curentul de sarcină. De exemplu:

Absorbirea (sinking) și furnizarea (sourcing) ieșirilor

În primul circuit de mai sus, LED-ul este conectat între șina de alimentare pozitivă (+ Vcc) și ieșirea, în acest caz Q8. Acest lucru înseamnă că curentul va fi absorbit sau curge în borna de ieșire a contoarelor 4040, iar LED-ul va fi "ON" când ieșirea este "LOW".

Al doilea circuit arată că LED-ul este conectat între ieșirea Q8 și masă (0v). Acest lucru înseamnă că curentul va fi furnizat sau va ieși din Q8 al lui 4040 și LED-ul va fi "ON" când ieșirea este "HIGH".

Abilitatea contorului ripple de a absorbi și furniza curentul de sarcină de ieșire înseamnă că ambele LED-uri pot fi conectate la un terminal de ieșire crescând numărul de LED-uri pe care le putem folosi în circuitul de LED flasher. Dar, numai un LED va fi comutat "ON" în orice moment, în funcție de starea de ieșire "HIGH" sau "LOW".

Circuitul de mai sus arată un exemplu. Cele două LED-uri vor fi comutate alternativ "ON" și "OFF" în funcție de ieșire, creând o acțiune alternativă intermitentă. Pot fi utilizate rezistoare serie, dacă este necesar, pentru a limita curentul LED-ului la sub 15 mA.

Am spus mai devreme că maximul curentului de ieșire pentru a absorbi sau furniza curent de sarcină prin pinii de ieșire este de aproximativ 15 mA și această valoare este mai mult decât suficientă pentru a comanda sau comuta LED-uri sau lămpi mici etc. Dar dacă am fi vrut să comutăm sau controla dispozitive de putere mai mari, cum ar fi motoare, electromagneți sau relee, în locul acestui LED flasher? Atunci, ar fi trebuit să folosim tranzistoare pentru a asigura un curent suficient de ridicat pentru a comanda sarcina.

Driver cu tranzistor pentru contor Ripple

Tranzistorul din cele două exemple de mai sus poate fi înlocuit cu un dispozitiv Power MOSFET sau tranzistoare Darlington când curentul de sarcină este ridicat. Atunci când se utilizează o sarcină inductivă, cum ar fi motor, releu sau electromagnet, se recomandă conectarea unei "diode supresoare" direct pe terminalele de sarcină pentru a absorbi orice tensiuni emf inverse, generate de dispozitivul inductiv când el schimbă starea.

Este, de asemenea, posibil să adăugați mai multe LED-uri la ieșire, dar amintiți-vă că, în general, fiecare LED necesită aproximativ 15 la 20 mA la 1,2 V pentru a ilumina complet, atunci când conectați circuitul la o baterie sau sursă de alimentare. Un avantaj al IC 4040 este faptul că el limitează automat curentul său de intrare/ieșire maxim, astfel încât LED-urile pot fi conectate direct fără a fi nevoie de rezistoare de limitare a curentului.

Am văzut că putem crea un simplu circuit LED flasher doar prin utilizarea câtorva componente disponibile în mod obișnuit, un timer NE555 pentru a crea semnalul ceasului de sincronizare și un contor ripple asincron CMOS 4040 de 12 biți pentru interfața cu LED-uri. Cel mai simplu circuit LED flasher poate fi construit folosind doar flip-flop-uri tip-T cu un singur bit, dacă este necesar, deoarece caracteristica de basculare este natural potrivită pentru implementarea operației de numărare.

Contoarele ripple multi-bit pot fi legate în cascadă pentru a produce divizoare (sau contoare) ripple de biți mai mulți la alegere sau decodate pentru a reseta după un anumit număr binar. Modulul 4060B este un contor ripple binar pe 14 biți care are propriul său circuit oscilator încorporat, așa că prin adăugarea unui condensator de temporizare și a două rezistoare, poate fi construit un circuit simplu LED flasher, fără nevoia unui circuit de timing NE555 suplimentar.