Gerador de Rampa Linear com Timer 555 – Guia Prático de Laboratório

Peças e Materiais

• Duas baterias de 6 V (ou fonte de 12 V)
• Capacitor eletrolítico de 470 µF, 35 V (Radio Shack #272‑1030 ou equivalente)
• Capacitor não polarizado de 0,1 µF (Radio Shack #272‑135)
• CI Timer 555 (Radio Shack #276‑1723)
• Dois transistores PNP (2N2907 ou 2N3906 recomendados; Radio Shack #276‑1604 é pacote de 15 que funciona bem)
• Dois LEDs (Radio Shack #276‑026 ou equivalente)
• Resistor de 100 kΩ
• Resistor de 47 kΩ
• Dois resistores de 510 Ω
• Detector de áudio com fones de ouvido

A classificação de tensão do capacitor de 470 µF só precisa exceder confortavelmente a tensão de alimentação — 12 V neste exemplo. Certifique-se de observar a polaridade ao instalá-lo.

Referências Cruzadas

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Cap. 13: "Capacitores"
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 4, Cap. 10: "Multivibradores"

Objetivos de Aprendizado

• Demonstrar o timer 555 como multivibrador astável.
• Mostrar uma aplicação prática de circuito espelho de corrente.
• Ilustrar a relação entre corrente do capacitor e taxa de variação de tensão.

Diagrama Esquemático

Ilustração

Procedimento

Usamos o timer 555 em modo astável para gerar um oscilador que aciona um capacitor. O experimenta compara dois caminhos de carga: uma rede RC clássica e uma fonte de corrente constante implementada com um espelho de corrente feito com dois transistores PNP.

Conecte o ponto de teste TP1 a TP3 com um jumper. O capacitor de 470 µF agora carrega através do resistor de 47 kΩ. Quando sua tensão atinge dois terços da alimentação, o 555 muda para descarga, puxando a tensão para baixo até um terço da alimentação quase instantaneamente. Esse ciclo se repete, produzindo uma forma de onda dente de serra.

Meça a tensão do capacitor com um multímetro digital. A curva subirá íngreme no início e depois se nivelará à medida que se aproxima de 2/3 V_cc, característica de uma curva de carga RC.

Em seguida, remova o jumper de TP3 e conecte-o a TP2. O capacitor agora recebe uma corrente controlada do espelho de corrente formado pelos dois transistores PNP. Meça a tensão novamente. A curva de carga deve ser agora linear — uma rampa verdadeira — porque a corrente permanece essencialmente constante, satisfazendo i = C·dV/dt.

Para verificar o comportamento da corrente, substitua o jumper por um amperímetro na faixa de microampères. Quando conectado entre TP1 e TP3, a corrente começará alta e diminuirá. Quando conectado entre TP1 e TP2, a corrente deve ser muito mais estável, com componente CA mínimo.

Para um toque prático, tente aquecer um dos transistores. Aquecer o transistor controlador (conectado ao resistor de 100 kΩ) diminui a corrente espelhada, enquanto aquecer o transistor controlado a aumenta. Em um setup de precisão, os dois transistores são fisicamente unidos para manter suas temperaturas iguais.

O circuito também funciona em frequências de áudio. Substitua o capacitor de 470 µF por um de 0,1 µF e alimente a saída do 555 no detector de áudio. O detector produzirá um tom claro. Embora um multímetro DC não consiga resolver as rápidas oscilações de tensão, você ainda pode usar o amperímetro para comparar correntes CA e CC nos modos RC e corrente constante.

Se o espelho de corrente fosse perfeito, o componente CA da corrente medida seria zero, indicando uma corrente de carga perfeitamente constante.