Самодельный таймер против IC

Таймеры 555 потребляют порядка одного миллиампера тока (самое низкое значение составляет около 0,5 мА, насколько я знаю). Тем не менее, это далеко не нижний предел для интегральных схем с синхронизацией, поскольку даже небольшой микроконтроллер может легко работать с потреблением около 200 мкА, а некоторые (если не большинство) RTC потребляют простые наноамперы (не то, чтобы они помогли в этом конкретном случае). случае, так как вам потребуется микроконтроллер для извлечения времени из ИС).

Теперь давайте посмотрим на симметричный мультивибратор. В любой данный момент ровно один из транзисторов проводит, а другой нет, поэтому ток проходит через соединение BE этого транзистора и R2/R3 (в зависимости от того, какой из двух проводящих), а также через R4/R1 и CE. узел. Кроме того, в вашей конкретной схеме есть постоянный ток через R1 / R4 и соответствующие диоды. В целом, у нас есть ток, проходящий через оба резистора 470 Ом и один резистор 10 кОм (кроме того, конденсатор на противоположной стороне заряжается через другой резистор 10 кОм, но мы пока проигнорируем это), что дает нам ток порядка 9 В*(2/470 Ом + 1/10 кОм) ≈ 40 мА. Это в несколько раз выше, чем могут достичь ИС.

Однако обратите внимание, что, за исключением возможных незначительных нелинейных эффектов, это в основном зависит от используемых резисторов; увеличение всех сопротивлений в несколько раз резко снижает ток, потребляемый самим мультивибратором, с единственным недостатком, который заключается в том, что полезный выходной ток соответственно уменьшается, однако в этом случае вы можете просто использовать другой транзистор для переключения нагрузки.

Еще одна очевидная вещь, которую нужно сделать, — это переместить светодиоды, чтобы они не шунтировали транзисторы, сократив потребляемый ток почти вдвое. Точно так же, если вы используете только одну из половин для переключения, установка большого резистора вместо нагрузки сократит потери в состоянии покоя.

Подводя итог: дискретные схемы синхронизации, включая симметричные мультивибраторы, могут быть более эффективными, чем схемы на основе ИС, но они также могут быть очень неэффективными, и конкретная конфигурация, опубликованная вами, является одной из последних.

Различия в мощности, потребляемой между вашей дискретной схемой и решениями на ИС, будут связаны с различиями во внутренней схеме и в том, как она работает. Например, вот внутренняя схема упомянутого вами таймера 555, в котором используются биполярные транзисторы, подобные вашей схеме. Он потребляет несколько мА.

Обратите внимание на три резистора, выделенные синим цветом, каждый из них на 5 кОм — отсюда и цифра 555.

Версия CMOS здесь. Он рассчитан на потребление менее 150 мкА (за исключением нагрузки).

Тот же функционал, другая схема.

ваша схема теряет почти 20 мА на неосвещенной стороне. но если вы переместите светодиоды последовательно с R1 и R4 и добавите шунтирующий резистор 10 кОм к светодиоду, вы обнаружите, что он потребляет примерно половину мощности.

555 будет на том же уровне.

Вы можете использовать CMOS 555 и маломощные светодиоды и получить очень низкое энергопотребление. Или используйте небольшой 8-контактный микроконтроллер с низкочастотными (например, 32 кГц) часами.

Любой из них будет потреблять менее 1 мВт, поэтому в энергопотреблении, вероятно, преобладают светодиоды.

Это действительно ответ на ваши дополнительные вопросы: «пренебрежимо ли сопротивление дискретных соединений» и «есть ли какая-либо физическая эффективность устройств IC».

Сопротивлением проводов можно пренебречь. Однако при попытке построить чрезвычайно энергоэффективные схемы, вплоть до нано- и фемтоампер, у вас может возникнуть другая проблема: сопротивление печатной платы на самом деле не бесконечно. Например, вы можете обнаружить небольшое количество тока, просачивающегося через отпечаток пальца на его поверхности. См. http://m.electronicdesign.com/test-amp-measurement/whats-all-femtoampere-stuff-anyhow .

Более серьезная проблема, если вы строите схему из видимых компонентов, заключается в том, что мощность, необходимая для поддержания биполярного транзистора во включенном состоянии, пропорциональна его размеру. Полевые транзисторы намного приятнее, они пропускают через затвор лишь небольшую часть, но действуют как маленькие конденсаторы, которые необходимо заряжать.

ИС всегда будут побеждать в соревновании по энергопотреблению, потому что их можно сделать намного меньше, в аккуратных изолирующих корпусах, с очень повторяемыми свойствами. Окончательным выражением этого являются цифровые часы, которые могут запускать таймер и отображать информацию на крошечной батарейке в течение многих лет.