Chasing light with HEF4017

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Description

English # (just Google translater)

German version below!

  • Function running light # *

Basically our running light consists of 3 parts: an astable flip-flop, the HEF4017 and the LEDs with their series resistors. Since there is already below a document for the astable multivibrator, only the other two parts are discussed up here.

HEF4017

As the data sheet shows, the HEF4017 has the function of a counter IC, which means that as soon as the CP0 (= clockpin) receives a high signal from the astable multivibrator, the IC receives the Vdd (= supply voltage), in our case + 9V, switches to the next output. Thus, there is always voltage at only one output. Another useful feature is the MR pin (= master reset). As soon as a high signal is applied to it, the IC starts counting again from output number 1. Thus, if only 8 of the 10 outputs are needed, you can connect the 9th output to the MR pin. More detailed data of the HEF4017 can be found in the datasheet: https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4017B.pdf

LEDs and resistors

The LEDs are the optical, executive elements of the circuit and are intended to represent the current light from LED to LED. The series resistors are needed for current limitation, otherwise the LEDs would burn out. The value of the resistors depends on the LED and the color and thus there is a formula based on Ohm's law, for the calculation:

R = (9V supply voltage of the LED) / supply current of the LED

Stable tilting stage

An astable flip-flop is a circuit for generating a rectangular signal or PWM (pulse-width modulation) called. This basically consists of two transistors that turn each other on and off, thus resulting in the following two states. Which of these two conditions occurs first depends on the exact tolerances of the components.

First state

astabile kippstufe2.gif

In this case, we assume that certainly the capacitor C1 has been fully charged first and would therefore like to give up its energy. Therefore, there is now enough voltage at the transistor T2 that this can switch through. If we now measure negative Q at our output we will measure a high signal. While we will see a low signal at output Q because most of the current is flowing through the transistor. Thus, C2 charges as C1 is discharged, as soon as C1 is empty and C2 is full, the second state results.

** Second condition

astabile kippstufe1.gif

Now the whole thing reverses, so now C1 loads and C2 discharges, causing T1 to turn on and T2 to turn off. Therefore, one will now measure a high signal at Q and detect a low signal at Q-negative until C1 is fully charged and C2 is discharged, because then the first state occurs again. This continues until the circuit is disconnected from the supply.

Now there is the question why R1 to R4 are needed.

If we had resistors R1 and R4 in the circuit, a short circuit would be caused as soon as a transistor turns on, destroying the transistor.

In addition, with R2, R3 and the capacity of the capacitors, we can influence the frequency (how fast the capacitor is full / discharged) of the circuit, which can be seen in the following formula:

• f is the frequency (in Hertz) • R2 and R3 are resistance values ​​(in ohms) • C1 and C2 are capacity values ​​(in farads) • T is the period (in this case the sum of the two phase durations, in seconds)

German: # Funktion Lauflicht #

Grundlegend besteht unser Lauflicht aus 3 Teilen: einer astabilen Kippstufe, dem HEF4017 und der LEDs mit ihren Vorwiderständen. Da zu der astabilen Kippstufe bereits ein Dokument weiter unten besteht, wird hier nur auf die anderen zwei Teile eingegangen.

HEF4017

Wie dem Datenblatt zu entnehmen ist, hat der HEF4017 die Funktion eines ZählerICs, das heißt, dass sobald der CP0 (=clockpin) von der astabilen Kippstufe ein High-Signal empfängt der IC die Vdd (=Versorgungsspannung), in unserem Fall +9V, auf den nächsten Ausgang schaltet. Somit liegt immer nur an einem Ausgang Spannung an. Eine weitere nützliche Funktion ist der MR-Pin (=Master-Reset). Sobald an diesem ein High-Signal angelegt wird, fängt der IC wieder von Ausgang Nummer 1 zu zählen an. Somit kann man, wenn nur 8 der 10 Ausgange benötigt werden, den 9. Ausgang mit dem MR Pin verbinden. Genauere Daten des HEF4017 sind im Datenblatt zu finden: https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4017B.pdf

LEDs und Vorwiderstände

Die LEDs sind die optischen, ausführenden Elemente der Schaltung und sollen das laufende Licht von LED zu LED darstellen. Die Vorwiderstände werden zur Strom Begrenzung benötigt, da sonst die LEDs durchbrennen würden. Der Wert der Widerstände ist von der LED und der Farbe abhängig und somit gibt es eine Formel auf Basis des Ohm’schen Gesetzes, zur Berechnung:

R = ( 9V - Versorgungspannung der LED ) / Versorgungsstrom der LED

Astabile Kippstufe

Eine Astabile Kippstufe ist eine Schaltung zur Erzeugung eines Rechtecken Signal oder auch PWM (pulse-width modulation) genannt. Diese besteht grundlegend aus zwei Transistoren, die sich gegenseitig ein- und wieder ausschalten, somit ergeben sich folgende zwei Zustände. Welche dieser zwei Zustände als erstes auftritt hängt von den genauen Toleranzen der Bauteile ab.

Erster Zustand

astabile kippstufe2.gif

In diesen Fall gehen wir davon aus, dass sicher der Kondensator C1 als erster vollgeladen hat und somit seine Energie abgeben möchte. Daher liegt jetzt am Transistor T2 genügend Spannung an, dass dieser durchschalten kann. Wenn wir jetzt an unserem Ausgang negativ Q messen werden wir ein High-Signal messen. Während wir am Ausgang Q, da der Großteil des Stromes über den Transistor fließt, einen Low-Signal erkennen werden. Somit lädt sich C2 während C1 entladen wird, sobald C1 leer und C2 voll ist ergibt sich der zweite Zustand.

**Zweiter Zustand

astabile kippstufe1.gif

Nun kehrt sich das ganze um, somit lädt jetzt C1 und C2 entlädt sich, wodurch T1 durchschaltet und T2 sperrt. Daher wird man jetzt an Q ein High-Signal messen und an Q-negativ einen Low-Signal erkennen, bis C1 vollgeladen und C2 entladen ist, denn dann tritt wieder der erste Zustand ein. Dies setzt sich fort bis die Schaltung von der Versorgung genommen wird.

Nun ergibt sich noch die Frage warum R1 bis R4 benötigt werden.?

Hätten wir in der Schaltung die Wiederstände R1 und R4 nicht, würde sobald ein Transistor durchschaltet ein Kurzschluss verursacht werden, wodurch der Transistor zerstört werden würde.

Außerdem können wir mit R2, R3 und der Kapazität der Kondensatoren die Frequenz(wie schnell der Kondensator voll/entladen ist) der Schaltung beeinflussen, welches in folgender Formel ersichtlich wird:

• f ist die Frequenz (in Hertz) • R2 und R3 sind Widerstands-Werte (in Ohm) • C1 und C2 sind Kapazitäts-Werte (in Farad) • T ist die Periodendauer (in diesem Fall die Summe der beiden Phasendauern; in Sekunden)

Documents

PCB-HEF4017_(SMD)

PCB-HEF4017B_(THT)

Schematic for SMD version from HEF4017

BOM

ID Name Designator Footprint Quantity Mounted
1 470R R1,R4 MINI_MELF-0204W 2 Yes
2 47k R2,R3 MINI_MELF-0204W 2 Yes
3 680R R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12 MINI_MELF-0204W 8 Yes
4 10µ C1,C2 C0805K 2 Yes
5 Rot LED1,LED2,LED3,LED4,LED5,LED6,LED7,LED8 SMARTLED-TTW 8 Yes
6 BC817 Q1,Q2 SOT23-BEC 2 Yes
7 AB9V G1 VCC/GRD 1 Yes
8 HEF4017BT,653 U1 SOP-16_150MIL 1 Yes C108520

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Success
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