Электроника:Эксперименты/Аналоговые интегральные схемы/Наклонный генератор на таймерной схеме 555

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Наклонный генератор на таймерной схеме 555[1]

Оборудование и материалы

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

Схематическая диаграмма

Рис. 1. Схематическая диаграмма: наклонный генератор на таймерной схеме 555.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: наклонный генератор на таймерной схеме 555.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: наклонный генератор на таймерной схеме 555.
Рис. 2. Иллюстрация: наклонный генератор на таймерной схеме 555.

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»:

Рис. 3. При постоянном токе сигнал наклонный, а не пилообразный.
Рис. 3. При постоянном токе сигнал наклонный, 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