Электроника:Эксперименты/Аналоговые интегральные схемы/Наклонный генератор на таймерной схеме 555: различия между версиями
Myagkij (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
(не показана 1 промежуточная версия 1 участника) | |||
Строка 8: | Строка 8: | ||
*Две батарейки по 6 вольт | *Две батарейки по 6 вольт | ||
*Один конденсатор, электролитический 470 мкФ, 35 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack №272-1030 или аналог) | *Один [[конденсатор]], электролитический [[470 мкФ]], 35 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack №272-1030 или аналог) | ||
*Один конденсатор, 0,1 мкФ, неполяризованный (каталог Radio Shack №272-135) | *Один [[конденсатор]], [[0,1 мкФ]], неполяризованный (каталог Radio Shack №272-135) | ||
*Одна микросхема таймера 555 (каталог Radio Shack №276-1723) | *Одна [[микросхема таймера 555]] (каталог Radio Shack №276-1723) | ||
*Два PNP- | *Два [[PNP-транзистор]]а – рекомендуемые модели [[2N2907]] или [[2N3906]] (каталог Radio Shack №276-1604 – это пакет из пятнадцати [[PNP-транзистор]]ов, идеально подходящий для этого и других экспериментов) | ||
*Два | *Два [[светодиод]]а (каталог Radio Shack №276-026 или аналог) | ||
*Один резистор 100 кОм | *Один [[резистор]] 100 кОм | ||
*Один резистор 47 кОм | *Один [[резистор]] 47 кОм | ||
*Два резистора по 510 Ом | *Два [[резистора]] по 510 Ом | ||
*Аудиодетектор с наушниками | *[[Аудиодетектор]] с наушниками | ||
Номинальное напряжение на | Номинальное напряжение на [[конденсатор]]е [[470 мкФ]] не критично, если оно значительно превышает максимальное напряжение источника питания. В этой конкретной схеме это максимальное напряжение составляет 12 вольт. Убедитесь, что вы подключили этот [[конденсатор]] в цепи правильно, соблюдая полярность! | ||
== Ссылки по теме == | == Ссылки по теме == | ||
Строка 27: | Строка 27: | ||
== Цели эксперимента == | == Цели эксперимента == | ||
*Проиллюстрировать, как использовать таймер 555 в качестве нестабильного мультивибратора | *Проиллюстрировать, как использовать [[таймер 555]] в качестве [[нестабильного мультивибратора]] | ||
*Показать практическое использование схемы токового зеркала | *Показать практическое использование схемы [[токового зеркала]] | ||
*Понять взаимосвязь между током | *Понять взаимосвязь между током [[конденсатор]]а и скоростью изменения напряжения [[конденсатор]]а | ||
== Схематическая диаграмма == | == Схематическая диаграмма == | ||
Строка 41: | Строка 41: | ||
== Ход эксперимента == | == Ход эксперимента == | ||
Опять же, мы используем таймерную микросхему 555 в качестве нестабильного мультивибратора или | Опять же, мы используем [[таймерную микросхему 555]] в качестве [[нестабильного мультивибратора]] или [[генератор]]а. Однако на этот раз мы сравним его работу в двух разных режимах зарядки [[конденсатор]]ов: традиционном RC и при постоянном токе. | ||
Подключите первую контрольную точку ('''КТ<sub>1</sub>''') к третьей ('''КТ<sub>3</sub>''') с помощью перемычки. Это позволяет | Подключите первую контрольную точку ('''КТ<sub>1</sub>''') к третьей ('''КТ<sub>3</sub>''') с помощью перемычки. Это позволяет [[конденсатор]]у заряжаться через резистор [[47 кОм]]. Когда [[конденсатор]] достигает ⅔ напряжения питания, [[таймер 555]] переключается в режим «разрядки» и практически сразу разряжает [[конденсатор]] до уровня ⅓ напряжения питания. В этот момент цикл зарядки начинается снова. | ||
Измерьте напряжение непосредственно на | Измерьте напряжение непосредственно на [[конденсатор]]е с помощью вольтметра (предпочтительнее [[цифровой вольтметр]]) и отметьте скорость зарядки [[конденсатор]]а с течением времени. Сначала оно должно быстро возрастать, а затем снижаться по мере увеличения напряжения питания до ⅔, как и следовало ожидать от RC-цепи зарядки. | ||
Снимите перемычку с '''КТ<sub>3</sub>''' и снова подключите ее к '''КТ<sub>2</sub>'''. Это позволяет заряжать конденсатор через отвод управляемого тока схемы токового зеркала, образованной двумя PNP- | Снимите перемычку с '''КТ<sub>3</sub>''' и снова подключите ее к '''КТ<sub>2</sub>'''. Это позволяет заряжать [[конденсатор]] через отвод управляемого тока схемы токового зеркала, образованной двумя [[PNP-транзистор]]ами. Снова измерьте напряжение непосредственно на [[конденсатор]]е, отметив разницу в скорости зарядки с течением времени по сравнению с последней конфигурацией схемы. | ||
При подключении '''КТ<sub>1</sub>''' к '''КТ<sub>2</sub>''' конденсатор получает почти постоянный зарядный ток. Постоянный зарядный ток | При подключении '''КТ<sub>1</sub>''' к '''КТ<sub>2</sub>''' [[конденсатор]] получает почти постоянный зарядный ток. Постоянный зарядный ток [[конденсатор]]а даёт линейную кривую напряжения, описываемую уравнением '''i''' = '''C'''('''de'''/'''dt''') . Если ток [[конденсатор]]ов постоянен, то будет и скорость изменения напряжения с течением времени. В результате получается «наклонный» сигнал, а не «пилообразный»: | ||
[[File:VI-6_8_3.png|400px|center|thumb|'''Рис. 3.''' При постоянном токе сигнал наклонный, а не пилообразный.|alt=Рис. 3. При постоянном токе сигнал наклонный, а не пилообразный.]] | [[File:VI-6_8_3.png|400px|center|thumb|'''Рис. 3.''' При постоянном токе сигнал наклонный, а не пилообразный.|alt=Рис. 3. При постоянном токе сигнал наклонный, а не пилообразный.]] | ||
Зарядный ток | Зарядный ток [[конденсатор]]а можно измерить напрямую, заменив перемычку [[амперметр]]ом. [[Амперметр]] нужно будет настроить на измерение тока в диапазоне сотен микроампер (десятых долей миллиампер). Подключённый между '''КТ<sub>1</sub>''' и '''КТ<sub>3</sub>''', вы должны увидеть ток, который начинается с относительно высокого значения в начале цикла зарядки и сужается к концу. Однако при подключении между '''КТ<sub>1</sub>''' и '''КТ<sub>2</sub>''' ток будет намного более стабильным. | ||
На данный момент это интересный эксперимент по изменению температуры любого токового зеркального | На данный момент это интересный эксперимент по изменению температуры любого токового зеркального [[транзистор]]а, если коснуться его пальцем. Когда [[транзистор]] нагревается, он будет проводить больший ток [[коллектор]]а при том же напряжении [[база]]/[[эмиттер]]. Если прикоснуться к управляющему [[транзистор]]у (подключённому к [[резистор]]у [[100 кОм]]), ток уменьшится. | ||
При прикосновении к управляемому | При прикосновении к управляемому [[транзистор]]у ток увеличивается. Для наиболее стабильной работы токового зеркала два [[транзистор]]а должны быть склеены вместе, чтобы их температуры никогда не различались на сколь-нибудь существенную величину. | ||
Эта схема работает так же хорошо на высоких частотах, как и на низких. Замените конденсатор ёмкостью 470 мкФ на конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ и с помощью | Эта схема работает так же хорошо на высоких частотах, как и на низких. Замените [[конденсатор]] ёмкостью [[470 мкФ]] на [[конденсатор]] ёмкостью 0,1 мкФ и с помощью [[аудиодетектор]]а определите форму волны напряжения на выходной [[клемме 555]]. Детектор должен издавать звуковой тон, который легко услышать. Напряжение [[конденсатор]]а теперь будет изменяться слишком быстро, чтобы его можно было увидеть с помощью [[вольтметр]]а в режиме постоянного тока, но мы всё ещё можем измерить ток [[конденсатор]]а с помощью [[амперметр]]а. | ||
С | С [[амперметр]]ом, подключённым между '''КТ<sub>1</sub>''' и '''КТ<sub>3</sub>''' (режим RC), измерьте как микроамперы постоянного тока, так и микроамперы переменного тока. Запишите эти текущие цифры на бумаге. Теперь подключите амперметр между '''КТ<sub>1</sub>''' и '''КТ<sub>2</sub>''' (режим постоянного тока). | ||
Измерьте как в микроамперах постоянного тока, так и микроамперах переменного тока, отмечая любые различия в показаниях тока между этой конфигурацией схемы и предыдущей. Измерение переменного тока в дополнение к постоянному току – это простой способ определить, какая конфигурация схемы обеспечивает наиболее стабильный зарядный ток. | Измерьте как в микроамперах постоянного тока, так и микроамперах переменного тока, отмечая любые различия в показаниях тока между этой конфигурацией схемы и предыдущей. Измерение переменного тока в дополнение к постоянному току – это простой способ определить, какая конфигурация схемы обеспечивает наиболее стабильный зарядный ток. | ||
Если бы схема токового зеркала была идеальной – ток заряда | Если бы схема токового зеркала была идеальной – ток заряда [[конденсатор]]а абсолютно постоянен – измерительный прибор показал бы нулевой переменный ток. | ||
=См.также= | =См.также= | ||
=Внешние ссылки= | =Внешние ссылки= | ||
Строка 75: | Строка 75: | ||
<references /> | <references /> | ||
{{Навигационная таблица/Электроника | {{Навигационная таблица/Портал/Электроника}} | ||
Текущая версия от 21:54, 22 мая 2023
Наклонный генератор на таймерной схеме 555[1]
Оборудование и материалы
- Две батарейки по 6 вольт
- Один конденсатор, электролитический 470 мкФ, 35 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack №272-1030 или аналог)
- Один конденсатор, 0,1 мкФ, неполяризованный (каталог Radio Shack №272-135)
- Одна микросхема таймера 555 (каталог Radio Shack №276-1723)
- Два PNP-транзистора – рекомендуемые модели 2N2907 или 2N3906 (каталог Radio Shack №276-1604 – это пакет из пятнадцати PNP-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
- Два светодиода (каталог Radio Shack №276-026 или аналог)
- Один резистор 100 кОм
- Один резистор 47 кОм
- Два резистора по 510 Ом
- Аудиодетектор с наушниками
Номинальное напряжение на конденсаторе 470 мкФ не критично, если оно значительно превышает максимальное напряжение источника питания. В этой конкретной схеме это максимальное напряжение составляет 12 вольт. Убедитесь, что вы подключили этот конденсатор в цепи правильно, соблюдая полярность!
Ссылки по теме
- «Уроки по электрическим цепям», том I «Постоянный ток», глава 13: «Конденсаторы»
- «Уроки по электрическим цепям», том IV «Цифровая электроника», глава 10: «Мультивибраторы»
Цели эксперимента
- Проиллюстрировать, как использовать таймер 555 в качестве нестабильного мультивибратора
- Показать практическое использование схемы токового зеркала
- Понять взаимосвязь между током конденсатора и скоростью изменения напряжения конденсатора
Схематическая диаграмма
Иллюстрации
Ход эксперимента
Опять же, мы используем таймерную микросхему 555 в качестве нестабильного мультивибратора или генератора. Однако на этот раз мы сравним его работу в двух разных режимах зарядки конденсаторов: традиционном RC и при постоянном токе.
Подключите первую контрольную точку (КТ1) к третьей (КТ3) с помощью перемычки. Это позволяет конденсатору заряжаться через резистор 47 кОм. Когда конденсатор достигает ⅔ напряжения питания, таймер 555 переключается в режим «разрядки» и практически сразу разряжает конденсатор до уровня ⅓ напряжения питания. В этот момент цикл зарядки начинается снова.
Измерьте напряжение непосредственно на конденсаторе с помощью вольтметра (предпочтительнее цифровой вольтметр) и отметьте скорость зарядки конденсатора с течением времени. Сначала оно должно быстро возрастать, а затем снижаться по мере увеличения напряжения питания до ⅔, как и следовало ожидать от RC-цепи зарядки.
Снимите перемычку с КТ3 и снова подключите ее к КТ2. Это позволяет заряжать конденсатор через отвод управляемого тока схемы токового зеркала, образованной двумя PNP-транзисторами. Снова измерьте напряжение непосредственно на конденсаторе, отметив разницу в скорости зарядки с течением времени по сравнению с последней конфигурацией схемы.
При подключении КТ1 к КТ2 конденсатор получает почти постоянный зарядный ток. Постоянный зарядный ток конденсатора даёт линейную кривую напряжения, описываемую уравнением i = C(de/dt) . Если ток конденсаторов постоянен, то будет и скорость изменения напряжения с течением времени. В результате получается «наклонный» сигнал, а не «пилообразный»:
Зарядный ток конденсатора можно измерить напрямую, заменив перемычку амперметром. Амперметр нужно будет настроить на измерение тока в диапазоне сотен микроампер (десятых долей миллиампер). Подключённый между КТ1 и КТ3, вы должны увидеть ток, который начинается с относительно высокого значения в начале цикла зарядки и сужается к концу. Однако при подключении между КТ1 и КТ2 ток будет намного более стабильным.
На данный момент это интересный эксперимент по изменению температуры любого токового зеркального транзистора, если коснуться его пальцем. Когда транзистор нагревается, он будет проводить больший ток коллектора при том же напряжении база/эмиттер. Если прикоснуться к управляющему транзистору (подключённому к резистору 100 кОм), ток уменьшится.
При прикосновении к управляемому транзистору ток увеличивается. Для наиболее стабильной работы токового зеркала два транзистора должны быть склеены вместе, чтобы их температуры никогда не различались на сколь-нибудь существенную величину.
Эта схема работает так же хорошо на высоких частотах, как и на низких. Замените конденсатор ёмкостью 470 мкФ на конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ и с помощью аудиодетектора определите форму волны напряжения на выходной клемме 555. Детектор должен издавать звуковой тон, который легко услышать. Напряжение конденсатора теперь будет изменяться слишком быстро, чтобы его можно было увидеть с помощью вольтметра в режиме постоянного тока, но мы всё ещё можем измерить ток конденсатора с помощью амперметра.
С амперметром, подключённым между КТ1 и КТ3 (режим RC), измерьте как микроамперы постоянного тока, так и микроамперы переменного тока. Запишите эти текущие цифры на бумаге. Теперь подключите амперметр между КТ1 и КТ2 (режим постоянного тока).
Измерьте как в микроамперах постоянного тока, так и микроамперах переменного тока, отмечая любые различия в показаниях тока между этой конфигурацией схемы и предыдущей. Измерение переменного тока в дополнение к постоянному току – это простой способ определить, какая конфигурация схемы обеспечивает наиболее стабильный зарядный ток.
Если бы схема токового зеркала была идеальной – ток заряда конденсатора абсолютно постоянен – измерительный прибор показал бы нулевой переменный ток.
См.также
Внешние ссылки