LED-timer met shift register HC595

Om de kinderen (een beetje) het concept tijd bij te proberen brengen, heb ik een LED-timer gemaakt.
Leuk projectje zonder microcontroller, lekker uit mijn comfort-zone... Voor zo'n zaken zou ik vroeger direct een microcontroller nemen, aangezien het hardware-gebeuren niet mijn sterkste punt is.

Werking:
Schakelaar heeft 3 standen:

  • Uit - spreekt voor zich
  • Init - initialisatie van de shift register (wissen) en timer (niet starten)
  • Start - starten van de timer, LED's lopen één per één aan. Bij de laatste LED zal er ook een zoemer starten.
    Tijd van de timer is instelbaar met een schuifweerstand
    Frequentie van de zoemer is instelbaar
    Aan-Uit interval van de zoemer is instelbaar

In onderstaande tekening heb ik getracht mijn gedachtegang van de schakeling zo volledig mogelijk neer te schrijven.
(Het zou kunnen dat ik niet altijd de 'standaard-tag' (vb. Vcc e.d.) heb gebruikt, voor mij zijn dat gewoon naampjes die je aan een pin moet hangen)

IMG_0877.MOV

Alles fijn voorbereid in een breadboard, na veel testen en proberen alles werkende gekregen.
Printplaat uitgetekend in SMD, laten maken en alles erop gesoldeerd... Werkt niet.

Eerste probleem was direct zichtbaar: transistoren die een rookpluimpje kregen. Direct nagekeken wat de 'aansluitingen' waren en of deze correct waren neergezet, en dit was correct.
Op zich vind ik dit een vreemd fenomeen, aangezien ik op de printplaat transistoren voor een groter bereik heb genomen.

  • Breadboard: BC548 & BC558 (30V, 100mA)
  • Printplaat: 5C / BC807 (50V, 500mA)

Eens ik de SMD transistoren vervangen heb met de BC548 & BC558, had ik in ieder geval geen rookpluimpjes meer...
Kan iemand me uitleggen wat ik hier fout heb aangepakt?

Om het tweede probleem uit te leggen, moet ik ook doorverwijzen naar de tekening die ik heb toegevoegd.
Zoals je kan zien wilde ik werken met een 9V-batterij. Aangezien de HC595 maar maximaal 6V toelaat, had ik 2 LED's toegevoegd om de spanning voor dit systeem te verlagen. (plaats besparen om geen step-down te moeten toevoegen)
Reden waarom ik 9V wil gebruiken is om mijn zoemer luid genoeg te kunnen krijgen.
Probleemstelling:
Na een korte tijd (enkele seconden), veranderd de spanning van 5V naar 7 à 8V en de HC595 werkt niet meer (ik vermoed dat dit het enige is dat niet meer werkt, aangezien de indicatie-LED nog veranderd van toestand (volgens Timer 1)
Eerst dacht ik dat het probleem zich bij de 2 LED's bevond en heb ik een LM2576 er tussen gestopt, maar hetzelfde probleem bleef zich voordoen.
Het lijkt dat ergens na een korte tijd de spanning doorslaat, maar dit fenomeen heb ik (weeral) niet tegengekomen op mijn breadboard-sturing.

Mijn twee vragen zijn momenteel:

  • Waarom branden de SMD-transistoren wel door en de through-hole niet?
  • Hoe komt het dat de spanning met ±2,5V de hoogte ingaat
Sine

Moderator

Woehaa, ik vind zelf een donkere achtergrond wel prettig normaalgezien, maar dit is HEEL slecht te lezen..
Het zelfde met connectors, als je in en uit letterlijk naast elkaar staan voegen ze niet veel toe.

Anyhoo, als er transistors roken zit er op je print iets anders dan op het schema, er kan niets roken wat alle weerstanden zijn zo groot dat er nergens een noemenswaardige stroom kan lopen.
Of je hebt de weerstanden per ongeluk 1000x te klein oid.

Ik mis overigens iets van een pull-up aan S2.

Je voeding van de 595 is ... interessant ;) Er bestaan ook schuifregisters in CMOS (de HEF4094 bijvoorbeeld), die kun je voeden tot 15V zonder vreemde dingen.

-edit-

Ga je met S1 en S2 met 9V naar de 595? Dat gaat niet goed nie.
Als je daarmee rechstreeks naar de transistors gaat op punten S1 en S2 gaat ook dat niet goed, dat zou eventueel niet zo happy onderdeeltjes kunnen verklaren.

Ik zou in dit geval de hele schakeling voeden uit 5V, met een lm7805 regelaar er tussen. Of direct met drie AA's in serie. Dan heb je meteen een stuk grotere capaciteit dan dat 9V blokje.

Er zijn zoemers waarvan je doof wordt op 5V, ik denk dat die 9V je hier meer ellende brengt dan wat anders.
Of maak alles 5V of alles 9V, dan ben je al van een hoop onzin af.

Ha Christopher,

Je SMD versie mag veel minder dissiperen heeft wel een hogere spanning stroom is het zelfde maar let op de SOA.
De LED is niet stabiel wordt warm en veroorzaakt een thermal runaway beter een weerstandje en een 5,1 V zener diode.

Ps, de opmerking van @Sine deel ik wel ik kan het niet goed volgen maar dat ligt aan mij ik heb altijd wat moeite met contrast ;(

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 25 oktober 2020 22:04:26 (20%)]

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Misschien ook interessant om te melden. Dit is klein ontstaan (lees: enkel shift register met de LED's), maar de ideeën bleven maar komen. Waarschijnlijk ook daardoor dat ik ben blijven verderbouwen op wat ik al had... 8)7

Op 25 oktober 2020 21:58:51 schreef Sine:
Woehaa, ik vind zelf een donkere achtergrond wel prettig normaalgezien, maar dit is HEEL slecht te lezen..
Het zelfde met connectors, als je in en uit letterlijk naast elkaar staan voegen ze niet veel toe.

Connectors staan naast elkaar omdat dit in de schematische view voor mij makkelijker is om het samen te houden. Dit zijn in het echt twee separate printplaten
Ik heb geprobeerd in witte achtergrond, bracht geen verschil, komt eerder door de zoom. Heb dus even het beeld in 2 gedeeld:

Op 25 oktober 2020 21:58:51 schreef Sine:
Anyhoo, als er transistors roken zit er op je print iets anders dan op het schema, er kan niets roken wat alle weerstanden zijn zo groot dat er nergens een noemenswaardige stroom kan lopen.
Of je hebt de weerstanden per ongeluk 1000x te klein oid.

Ik heb grote weerstanden genomen om een zo laat mogelijk stroomverbruik te hebben om batterij te sparen (is dit een logische oplossing?)

Op 25 oktober 2020 21:58:51 schreef Sine:
Ik mis overigens iets van een pull-up aan S2.

Bedoel je dan aan de HC595? En waarom exact? En hoeveel dan?
Zoals al gezegd, is het hardware gedoe niet mijn sterkste punt. Heb het concept van elektronica maar pas echt beginnen snappen toen ik er thuis mee begon te prutsen, ook al heb ik vanaf het middelbaar (tot in het hoger onderwijs zelfs!) een beetje gezien van elektronica

Op 25 oktober 2020 21:58:51 schreef Sine:
Je voeding van de 595 is ... interessant ;) Er bestaan ook schuifregisters in CMOS (de HEF4094 bijvoorbeeld), die kun je voeden tot 15V zonder vreemde dingen.

Ik ben me er van bewust dat er ook voor hogere spanningen bestaan, het feit dat ik deze wilde gebruiken (los van de uitdaging |:( ) is dat ik er nog een 15-tal had liggen.
heeey, en de voeding werkte op het breadboard :P

Op 25 oktober 2020 21:58:51 schreef Sine:
Ga je met S1 en S2 met 9V naar de 595? Dat gaat niet goed nie.
Als je daarmee rechstreeks naar de transistors gaat op punten S1 en S2 gaat ook dat niet goed, dat zou eventueel niet zo happy onderdeeltjes kunnen verklaren.

Aangezien die S2 aan de 595 op de Reset zit en die pin "niet GND" moet zijn in regulier, veronderstelde ik dat dit concept ook zou werken. (wederom wat het wel deed op breadboard)

Op 25 oktober 2020 21:58:51 schreef Sine:
Ik zou in dit geval de hele schakeling voeden uit 5V, met een lm7805 regelaar er tussen. Of direct met drie AA's in serie. Dan heb je meteen een stuk grotere capaciteit dan dat 9V blokje.

Er zijn zoemers waarvan je doof wordt op 5V, ik denk dat die 9V je hier meer ellende brengt dan wat anders.
Of maak alles 5V of alles 9V, dan ben je al van een hoop onzin af.

Ik heb nu alles op 3 AA'tjes zitten en het werkt, ik hoop enkel slimmer te worden uit mijn fouten :-)
En die zoemer luider te krijgen...

Op 25 oktober 2020 22:02:33 schreef electron920:
Je SMD versie mag veel minder dissiperen heeft wel een hogere spanning stroom is het zelfde maar let op de SOA.

Hier kan ik totaal niet mee volgen. Kun je dit eens toelichten?

Op 25 oktober 2020 22:02:33 schreef electron920:
De LED is niet stabiel wordt warm en veroorzaakt een thermal runaway beter een weerstandje en een 5,1 V zener diode.

Ik dacht dat ik voor de zenerdiode die weerstand moest bepalen en dat ik daar op vast was gelopen. Aangezien ik niet wist hoeveel deze ging zijn.
Of is dit maar een dwaas excuus en kon ik gewoon een weerstand 'kiezen' die groot genoeg is?
Wel een interessante uitleg waarom je geen LED moet gebruiken... :-)

Ha Christopher,

Ik kan je zo niet zeggen of dat je probleem is met de SMD transistoren maar daar let ik eigenlijk direct op maar ik heb niet doorgerekend welk vermogen er in de transistor gedissipeerd wordt !
Maar voor de BC548 is dit 625 mW en voor de BC807 250 mW misschien totaal geen punt omdat je er ver binnen blijf maar ik ga kijken.
Ook voor de zener diode met weerstandje hoor je ook van mij.

PS, de zener diode ziet er als volgt uit weerstandje 300 Ω 0,25 Watt en een zener diode 5 V 0,25 Watt.
Ik ben uitgegaan van een minimale belasting 8,75 mA dat is 1 uitgang en alle uitgangen 70 mA dit is wat de chip maximaal mag leveren.

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 26 oktober 2020 00:37:10 (23%)]

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Sine

Moderator

Op 25 oktober 2020 23:42:43 schreef Christopher:
[...]
Bedoel je dan aan de HC595? En waarom exact? En hoeveel dan?

Ja, je wilt van TTL (of cmos) logica nooit pennen zwevend laten, je wilt ze altijd dicht bij de voedingsrails houden, daar kan een pullup of pulldown helpen.

Aangezien die S2 aan de 595 op de Reset zit en die pin "niet GND" moet zijn in regulier, veronderstelde ik dat dit concept ook zou werken. (wederom wat het wel deed op breadboard)

Niet GND is goed, maar hoger dan VCC is heel fout, dan gaat er stroom lopen van die pen naar de VCC van je IC, en je gaat die VCC optrekken tot je spanning op de ingangspen.
Naast dat die spanning in dit geval hoger is dan wat de arme 595 uberhaupt mag hebben is dit op zich zelf al potentieel dodelijk voor het IC. Want er gaan stromen lopen door onderdelen in het IC die niet bedoeld zijn om dat soort stromen te voeren.

Ik heb nu alles op 3 AA'tjes zitten en het werkt, ik hoop enkel slimmer te worden uit mijn fouten :-)
En die zoemer luider te krijgen...

Het geheel op 4,5 a 5V houden is prima, daarmee heb je ook geen extra stroomverbruik van je spanningsregelaar, en je bent van je vreemde spanningsverschillen af. Anders kom je de print aan het verbouwen zodat je de spanningen echt gescheiden houdt.

Op 5V moet je een buzzer kunnen fabrieken waar je zo ongeveer doof van wordt, let er op dat de frequentie niet onbelangrijk is, ze maken de meeste herrie rond een bepaalde frequentie. Zelf gebruik ik ze meestal met ingebouwde elektronica

De ratings van je transistor doen er hier niet toe, die hebben amper stroom te verwerken, normaal gezien dan, ik vermoed dat ze hier ook ergens met verschillende spanningsniveaus verstrikt zitten.

Je schrijft overigens niet welke torretjes je uitgerookt hebt, ik kan me wat problemen voorstellen bij Q5 en Q6, misschien ook bij Q3

Op 25 oktober 2020 23:56:19 schreef electron920:
Ik kan je zo niet zeggen of dat je probleem is met de SMD transistoren maar daar let ik eigenlijk direct op maar ik heb niet doorgerekend welk vermogen er in de transistor gedissipeerd wordt !
Maar voor de BC548 is dit 625 mW en voor de BC807 250 mW misschien totaal geen punt omdat je er ver binnen blijf maar ik ga kijken.

Wat ik me nu bedenk, na het verwerken van jullie uitleg:
Aangezien ik de 595 op bepaalde punten voeding van 9V geef; zou het kunnen dat er stromen in 'verkeerde richten' vloeien naar de transistoren en daardoor kapot zijn gegaan?

Wat ik me wel afvraag: Als die SMD's zijn gemaakt om een bepaalde stroom en spanning te verdragen, dan is het de bedoeling dat deze worden gekoeld? en dan zal dit dus luchtkoeling moeten zijn, aangezien deze zo klein zijn?
Het is wel een interessant punt, aangezien ik in mijn sturingen nooit rekening hou met het vermogen (ervan uitgaande dat dit altijd lage stromen zijn)

Op 25 oktober 2020 23:56:19 schreef electron920:
PS, de zener diode ziet er als volgt uit weerstandje 300 Ω 0,25 Watt en een zener diode 5 V 0,25 Watt.
Ik ben uitgegaan van een minimale belasting 8,75 mA dat is 1 uitgang en alle uitgangen 70 mA dit is wat de chip maximaal mag leveren.

Als ik het goed begrijp:
Je hebt de maw. stroom bepaald die het circuit moet leveren.
Weerstand moet 4V dissiperen, waaruit je het max. vermogen van de weerstand bepaald?
Klopt dit?

Op 26 oktober 2020 01:20:48 schreef Sine:
..., je wilt ze altijd dicht bij de voedingsrails houden, daar kan een pullup of pulldown helpen.

Dicht bij de voedingsrails moet ik niet als letterlijk opvatten? Want ik heb nooit begrepen waarom deze zo'n verschil maken. IK begrijp dat je daarmee de stroom richting de ic kunt bepalen, maar is dit van zo'n belang?

Op 26 oktober 2020 01:20:48 schreef Sine:
Je schrijft overigens niet welke torretjes je uitgerookt hebt, ik kan me wat problemen voorstellen bij Q5 en Q6, misschien ook bij Q3

Ik weet het niet exact, aangezien ik niet de tools, noch de kennis, heb om het na te meten.
Visueel was Q3 er volgens mij wel als eerste uit. Q4 en/of Q5 waren ook bij de slachtoffers. Q6 zat op de onderkant van de print, dus dat heb ik niet kunnen zien...

Was het trouwens een juiste oplossing om grote weerstanden te nemen om een zo laag mogelijk stroomverbruik te hebben, om batterij te sparen?

Sine

Moderator

Op 26 oktober 2020 13:16:58 schreef Christopher:
[...]
Wat ik me nu bedenk, na het verwerken van jullie uitleg:
Aangezien ik de 595 op bepaalde punten voeding van 9V geef; zou het kunnen dat er stromen in 'verkeerde richten' vloeien naar de transistoren en daardoor kapot zijn gegaan?

Jazeker, dat is wat ik in mijn post hierboven bedoelde, ook de 595 is daar NIET blij mee!

Je mag een ingang NOOIT meer voeren dan de voedingsspanning van het IC

Staar je overigens niet blind op die transistors, die moeten bij normale spanningen precies werken zoals je bedoeld.
Maar het mengen van 5 en 9V brengt hier spanningen waar ze niet moeten zijn.

Dicht bij de voedingsrails moet ik niet als letterlijk opvatten? Want ik heb nooit begrepen waarom deze zo'n verschil maken. IK begrijp dat je daarmee de stroom richting de ic kunt bepalen, maar is dit van zo'n belang?

Het heeft niets met stroomrichting te maken (tenzij je er lompweg 9V in gaat dumpen) een ingang is zo hoogohmig dat hij amper stroom opneemt.
Een digitale ingang is of 1 (hoog) of nul (laag) bij alles daartussen kun je ongewenste effecten verwachten. Dus je doet je best om bij vage spanningen uit de buurt te blijven.
Daarnaast wil je ook geen zwevende (hoogohmige) ingangen, die kunnen (en zullen) door signalen uit de omgeving gaan klapperen.

Dat er rook ontsnapt met 9V op een TTL ingang is overigens niet vreemd.

Was het trouwens een juiste oplossing om grote weerstanden te nemen om een zo laag mogelijk stroomverbruik te hebben, om batterij te sparen?

Ja, ik zie hier ook niets waar een groot verbruik te verwachten is.