Générateur de rampe linéaire avec le timer 555 — Guide de laboratoire pratique

Composants et matériel

• Deux piles 6 V (ou alimentation 12 V)
• Condensateur électrolytique 470 µF, 35 V (Radio Shack #272‑1030 ou équivalent)
• Condensateur non polarisé 0,1 µF (Radio Shack #272‑135)
• CI temporisateur 555 (Radio Shack #276‑1723)
• Deux transistors PNP (2N2907 ou 2N3906 recommandés ; Radio Shack #276‑1604 est un lot de 15 qui convient bien)
• Deux LED (Radio Shack #276‑026 ou équivalent)
• Résistance de 100 kΩ
• Résistance de 47 kΩ
• Deux résistances de 510 Ω
• Détecteur audio avec écouteurs

La tension nominale du condensateur 470 µF doit seulement dépasser confortablement la tension d'alimentation — 12 V dans cet exemple. Veillez à respecter la polarité lors de l'installation.

Références croisées

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Ch. 13 : « Condensateurs »
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 4, Ch. 10 : « Multivibrateurs »

Objectifs d'apprentissage

• Démontrer le timer 555 comme multivibrateur astable.
• Montrer une application pratique de circuit miroir de courant.
• Illustrer la relation entre courant de condensateur et taux de variation de tension.

Schéma électrique

Illustration

Procédure

Nous utilisons le timer 555 en mode astable pour générer un oscillateur qui pilote un condensateur. L'expérience compare deux chemins de charge : un réseau RC classique et une source de courant constant implémentée avec un miroir de courant réalisé à partir de deux transistors PNP.

Connectez le point de test TP1 à TP3 avec un cavalier. Le condensateur de 470 µF se charge maintenant à travers la résistance de 47 kΩ. Lorsque sa tension atteint les deux tiers de l'alimentation, le 555 bascule en décharge, ramenant la tension à près d'un tiers de l'alimentation presque instantanément. Ce cycle se répète, produisant une forme d'onde en dents de scie.

Mesurez la tension du condensateur avec un multimètre numérique. La courbe montera fortement au début puis s'aplatira à mesure qu'elle approche 2/3 V_cc, caractéristique d'une charge RC.

Ensuite, retirez le cavalier de TP3 et connectez-le à TP2. Le condensateur reçoit maintenant un courant contrôlé du miroir de courant formé par les deux transistors PNP. Mesurez à nouveau la tension. La courbe de charge devrait maintenant être linéaire — une véritable rampe — car le courant reste essentiellement constant, satisfaisant i = C·dV/dt.

Pour vérifier le comportement du courant, remplacez le cavalier par un ampèremètre réglé sur la gamme microampères. Connecté entre TP1 et TP3, le courant démarrera haut et s'amenuisera. Connecté entre TP1 et TP2, le courant devrait être bien plus stable, avec une composante AC minimale.

Pour une touche pratique, essayez de chauffer l'un des transistors. Chauffer le transistor de contrôle (connecté à la résistance de 100 kΩ) diminue le courant miroir, tandis que chauffer le transistor commandé l'augmente. Dans une configuration de précision, les deux transistors sont physiquement liés pour maintenir leurs températures identiques.

Le circuit fonctionne également aux fréquences audio. Remplacez le condensateur de 470 µF par un de 0,1 µF et alimentez la sortie du 555 vers le détecteur audio. Le détecteur produira un son clair. Bien qu'un multimètre DC ne puisse pas résoudre les variations rapides de tension, vous pouvez toujours utiliser l'ampèremètre pour comparer les courants AC et DC dans les deux modes RC et courant constant.

Si le miroir de courant était parfait, la composante AC du courant mesuré serait nulle, indiquant un courant de charge parfaitement constant.