Gerador de rampa 555

PEÇAS E MATERIAIS

• Duas baterias de 6 volts
• Um capacitor, 470 µF eletrolítico, 35 WVDC (catálogo Radio Shack # 272-1030 ou equivalente)
• Um capacitor, 0,1 µF, não polarizado (catálogo Radio Shack # 272-135)
• Um IC temporizador 555 (catálogo Radio Shack # 276-1723)
• Dois transistores PNP — modelos 2N2907 ou 2N3906 recomendados (o catálogo Radio Shack # 276-1604 é um pacote de quinze transistores PNP ideais para este e outros experimentos)
• Dois diodos emissores de luz (catálogo Radio Shack nº 276-026 ou equivalente)
• Um resistor de 100 kΩ
• Um resistor de 47 kΩ
• Dois resistores 510 Ω
• Detector de áudio com fones de ouvido

A classificação de tensão no capacitor de 470 µF não é crítica, desde que exceda generosamente a tensão máxima da fonte de alimentação. Neste circuito específico, a tensão máxima é de 12 volts. Certifique-se de conectar este capacitor no circuito corretamente, respeitando a polaridade!



REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 13:"Capacitores"

Aulas de circuitos elétricos , Volume 4, capítulo 10:"Multivibradores"



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Para ilustrar como usar o cronômetro 555 como um multivibrador astável
• Para mostrar um uso prático para um circuito de espelho de corrente
• Para ajudar a compreender a relação entre a corrente do capacitor e a taxa de variação da tensão do capacitor

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO







INSTRUÇÕES

Novamente, estamos usando um CI 555 temporizador como um multivibrador astável ou oscilador. Desta vez, no entanto, compararemos sua operação em dois modos diferentes de carregamento de capacitor:RC tradicional e corrente constante.

Conectando o ponto de teste nº 1 (TP1) ao ponto de teste nº 3 (TP3) usando um jumper. Isso permite que o capacitor seja carregado por meio de um resistor de 47 kΩ. Quando o capacitor atinge 2/3 da tensão de alimentação, o temporizador 555 muda para “ descarga ”E descarrega o capacitor para um nível de 1/3 da tensão de alimentação quase imediatamente. O ciclo de carregamento começa novamente neste ponto.

Meça a tensão diretamente no capacitor com um voltímetro (um voltímetro digital é preferível) e observe a taxa de carregamento do capacitor ao longo do tempo. Deve subir rapidamente no início e, em seguida, diminuir à medida que aumenta até 2/3 da tensão de alimentação, exatamente como você esperaria de um circuito de carga RC.

Remova o fio do jumper do TP3 e reconecte-o ao TP2. Isso permite que o capacitor seja carregado através da perna de corrente controlada de um circuito de espelho de corrente formado pelos dois transistores PNP. Meça a tensão diretamente no capacitor novamente, observando a diferença na taxa de carga ao longo do tempo em comparação com a última configuração do circuito.

Ao conectar TP1 a TP2, o capacitor recebe uma corrente de carga quase constante. A corrente de carga do capacitor constante produz uma curva de tensão que é linear, conforme descrito pela equação i =C (de / dt) . Se a corrente dos capacitores for constante, o mesmo ocorrerá com a taxa de variação da tensão ao longo do tempo. O resultado é uma “ rampa ”Forma de onda em vez de“ dente de serra ”Forma de onda:







A corrente de carga do capacitor pode ser medida diretamente substituindo um amperímetro no lugar do fio jumper. O amperímetro precisará ser configurado para medir uma corrente na faixa de centenas de microamperes (décimos de miliamperes). Conectado entre TP1 e TP3, você deve ver uma corrente que começa em um valor relativamente alto no início do ciclo de carga e diminui no final. Conectado entre TP1 e TP2, entretanto, a corrente será muito mais estável.

É uma experiência interessante, neste ponto, alterar a temperatura de qualquer um dos transistores de espelho atuais tocando-os com o dedo. À medida que o transistor aquece, ele conduz mais corrente de coletor para a mesma tensão base-emissor. Se o controlador transistor (aquele conectado ao resistor de 100 kΩ) é tocado, a corrente diminui.

Se o controlado transistor é tocado, a corrente aumenta. Para a operação de espelho de corrente mais estável, os dois transistores devem ser cimentados juntos para que suas temperaturas nunca difiram em qualquer quantidade substancial.

Este circuito funciona tão bem em altas frequências quanto em baixas frequências. Substitua o capacitor de 470 µF por um capacitor de 0,1 µF e use um detector de áudio para detectar a forma de onda de tensão no terminal de saída do 555. O detector deve produzir um tom de áudio que seja fácil de ouvir. A tensão do capacitor agora mudará muito rápido para ver com um voltímetro no modo DC, mas ainda podemos medir a corrente do capacitor com um amperímetro.

Com o amperímetro conectado entre TP1 e TP3 (modo RC), meça microampères DC e microampères AC. Registre esses números atuais no papel. Agora, conecte o amperímetro entre TP1 e TP2 (modo de corrente constante).

Meça microampères DC e microampères AC, observando quaisquer diferenças nas leituras de corrente entre esta configuração de circuito e a última. Medir a corrente CA além da corrente CC é uma maneira fácil de determinar qual configuração de circuito oferece a corrente de carga mais estável.

Se o circuito do espelho de corrente fosse perfeito - a corrente de carga do capacitor absolutamente constante - haveria corrente CA zero medida pelo medidor.