Générateur de rampe 555

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Deux piles 6 volts
• Un condensateur, 470 µF électrolytique, 35 WVDC (catalogue Radio Shack n° 272-1030 ou équivalent)
• Un condensateur, 0,1 µF, non polarisé (catalogue Radio Shack n° 272-135)
• Un circuit intégré de minuterie 555 (catalogue Radio Shack n° 276-1723)
• Deux transistors PNP — modèles 2N2907 ou 2N3906 recommandés (le catalogue Radio Shack n° 276-1604 est un ensemble de quinze transistors PNP idéaux pour cette expérience et d'autres)
• Deux diodes électroluminescentes (catalogue Radio Shack n° 276-026 ou équivalent)
• Une résistance de 100 kΩ
• Une résistance de 47 kΩ
• Deux résistances de 510 Ω
• Détecteur audio avec casque

La tension nominale du condensateur de 470 µF n'est pas critique, tant qu'elle dépasse largement la tension d'alimentation maximale. Dans ce circuit particulier, cette tension maximale est de 12 volts. Veillez à bien brancher ce condensateur dans le circuit en respectant la polarité !

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Tome 1, chapitre 13 :« Condensateurs »

Leçons En Circuits Électriques , Volume 4, chapitre 10 :« Multivibrateurs »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour illustrer comment utiliser la minuterie 555 comme un multivibrateur astable
• Pour montrer une utilisation pratique d'un circuit miroir de courant
• Pour aider à comprendre la relation entre le courant du condensateur et le taux de variation de la tension du condensateur

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Encore une fois, nous utilisons un circuit intégré de minuterie 555 comme multivibrateur astable ou oscillateur. Cette fois, cependant, nous comparerons son fonctionnement dans deux modes de charge de condensateur différents :RC traditionnel et courant constant.

Connecter le point de test n°1 (TP1) au point de test n°3 (TP3) à l'aide d'un cavalier. Cela permet au condensateur de se charger à travers une résistance de 47 kΩ. Lorsque le condensateur a atteint les 2/3 de la tension d'alimentation, le temporisateur 555 passe en "décharge ” et décharge le condensateur à un niveau de 1/3 de la tension d'alimentation presque immédiatement. Le cycle de charge recommence à ce stade.

Mesurez la tension directement aux bornes du condensateur avec un voltmètre (un voltmètre numérique est préférable) et notez le taux de charge du condensateur au fil du temps. Il devrait augmenter rapidement au début, puis diminuer au fur et à mesure qu'il augmente jusqu'à 2/3 de la tension d'alimentation, comme on peut s'y attendre d'un circuit de charge RC.

Retirez le cavalier de TP3 et reconnectez-le à TP2. Cela permet au condensateur d'être chargé à travers la branche à courant contrôlé d'un circuit miroir de courant formé par les deux transistors PNP. Mesurez à nouveau la tension directement aux bornes du condensateur, en notant la différence de taux de charge au fil du temps par rapport à la dernière configuration de circuit.

En connectant TP1 à TP2, le condensateur reçoit un courant de charge presque constant. Le courant de charge constant du condensateur donne une courbe de tension linéaire, comme décrit par l'équation i =C(de/dt) . Si le courant des condensateurs est constant, le taux de variation de tension dans le temps le sera également. Le résultat est une "rampe " forme d'onde plutôt qu'une "dent de scie ” forme d'onde :

Le courant de charge du condensateur peut être mesuré directement en substituant un ampèremètre à la place du cavalier. L'ampèremètre devra être réglé pour mesurer un courant de l'ordre de centaines de microampères (dixièmes de milliampère). Connecté entre TP1 et TP3, vous devriez voir un courant qui commence à une valeur relativement élevée au début du cycle de charge et diminue vers la fin. Connecté entre TP1 et TP2, cependant, le courant sera beaucoup plus stable.

C'est une expérience intéressante à ce stade de changer la température de l'un ou l'autre des transistors à miroir de courant en le touchant avec votre doigt. Au fur et à mesure que le transistor se réchauffe, il conduira plus de courant de collecteur pour la même tension base-émetteur. Si le contrôleur transistor (celui connecté à la résistance de 100 kΩ) est touché, le courant diminue.

Si le contrôlé transistor est touché, le courant augmente. Pour le fonctionnement du miroir de courant le plus stable, les deux transistors doivent être collés ensemble afin que leurs températures ne diffèrent jamais de manière substantielle.

Ce circuit fonctionne aussi bien aux hautes fréquences qu'aux basses fréquences. Remplacez le condensateur de 470 µF par un condensateur de 0,1 µF et utilisez un détecteur audio pour détecter la forme d'onde de tension à la borne de sortie du 555. Le détecteur doit produire une tonalité audio facile à entendre. La tension du condensateur va maintenant changer beaucoup trop rapidement pour être vue avec un voltmètre en mode CC, mais nous pouvons toujours mesurer le courant du condensateur avec un ampèremètre.

Avec l'ampèremètre connecté entre TP1 et TP3 (mode RC), mesurez à la fois les microampères CC et les microampères CA. Notez ces chiffres actuels sur papier. Maintenant, connectez l'ampèremètre entre TP1 et TP2 (mode courant constant).

Mesurez à la fois les microampères CC et les microampères CA, en notant les différences de lecture de courant entre cette configuration de circuit et la dernière. Mesurer le courant alternatif en plus du courant continu est un moyen facile de déterminer quelle configuration de circuit donne le courant de charge le plus stable.

Si le circuit miroir de courant était parfait - le courant de charge du condensateur absolument constant - il n'y aurait aucun courant alternatif mesuré par le compteur.