Lineaire Ramp Generator met de 555 Timer – Praktische Labhandleiding

Onderdelen en Materialen

• Twee 6 V batterijen (of een 12 V voeding)
• 470 µF elektrolytische condensator, 35 V nominal (Radio Shack #272‑1030 of equivalent)
• 0,1 µF niet-gepolariseerde condensator (Radio Shack #272‑135)
• 555 timer IC (Radio Shack #276‑1723)
• Twee PNP transistors (2N2907 of 2N3906 aanbevolen; Radio Shack #276‑1604 is een 15-pack dat goed werkt)
• Twee LEDs (Radio Shack #276‑026 of equivalent)
• 100 kΩ weerstand
• 47 kΩ weerstand
• Twee 510 Ω weerstanden
• Audiodetector met hooftelefoons

De spanningsnominale van de 470 µF condensator hoeft alleen comfortabel de voedingsspanning te overschrijden – 12 V in dit voorbeeld. Let op de polariteit bij het installeren.

Naslagwerken

• Lessons In Electric Circuits, Deel 1, Hoofdstuk 13: "Condensators"
• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, Hoofdstuk 10: "Multivibrators"

Leerdoelen

• De 555 timer demonstreren als astable multivibrator.
• Een praktische toepassing van een stroomspiegelcircuit tonen.
• De relatie tussen condensatorstroom en spanningssnelheid van verandering illustreren.

Schematisch Diagram

Illustratie

Procedure

We gebruiken de 555 timer in astable modus om een oscillator te genereren die een condensator aanstuurt. Het experiment vergelijkt twee oplaadpaden: een klassiek RC-netwerk en een constant-stroombron geïmplementeerd met een stroomspiegel van twee PNP transistors.

Verbind testpunt TP1 met TP3 met een jumper. De 470 µF condensator laadt nu op via de 47 kΩ weerstand. Wanneer de spanning twee-derde van de voeding bereikt, schakelt de 555 naar ontlading, trekt de spanning naar beneden tot een-derde van de voeding vrijwel direct. Deze cyclus herhaalt zich, producerend een zaagtandgolfvorm.

Meet de condensatorspanning met een digitale multimeter. De curve zal aanvankelijk steil oplopen en vervolgens afvlakken naarmate het 2/3 V_cc benadert, kenmerkend voor een RC-oplaadcurve.

Vervolgens, verwijder de jumper van TP3 en bevestig hem aan TP2. De condensator ontvangt nu een gecontroleerde stroom van de stroomspiegel gevormd door de twee PNP transistors. Meet de spanning opnieuw. De oplaadcurve zou nu lineair moeten zijn – een echte ramp – omdat de stroom essentieel constant blijft, wat voldoet aan i = C·dV/dt.

Om het stroomgedrag te verifiëren, vervang de jumper door een ammeter ingesteld op het microampère-bereik. Wanneer aangesloten tussen TP1 en TP3, begint de stroom hoog en loopt af. Wanneer aangesloten tussen TP1 en TP2, zou de stroom veel stabieler moeten zijn, met minimale AC-component.

Voor een praktische aanraking, probeer één van de transistors op te warmen. Het verwarmen van de controlerende transistor (aangesloten op de 100 kΩ weerstand) verlaagt de gespiegelde stroom, terwijl het verwarmen van de gecontroleerde transistor hem verhoogt. In een precisie-opstelling zijn de twee transistors fysiek verbonden om hun temperaturen gelijk te houden.

Het circuit functioneert ook op audiofrequenties. Vervang de 470 µF condensator door een 0,1 µF en voer de 555 uitgang in de audiodetector. De detector produceert een heldere toon. Hoewel een DC-multimeter de snelle spanningswisselingen niet kan resoleren, kun je nog steeds de ammeter gebruiken om AC- en DC-stromen in zowel RC- als constant-stroommodus te vergelijken.

Als de stroomspiegel perfect was, zou de AC-component van de gemeten stroom nul zijn, wat een perfect constante oplaadstroom aangeeft.