ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

• Две 6-вольтовые батареи
• Один конденсатор, 470 мкФ, электролитический, 35 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack № 272-1030 или эквивалентный)
• Один конденсатор, 0,1 мкФ, неполяризованный (каталог Radio Shack № 272-135)
• Одна 555 таймерная ИС (каталог Radio Shack № 276-1723)
• Два PNP-транзистора - рекомендуется модели 2N2907 или 2N3906 (каталог Radio Shack № 276-1604 представляет собой пакет из пятнадцати PNP-транзисторов, идеально подходящих для этого и других экспериментов)
• Два светодиода (каталог Radio Shack № 276-026 или эквивалентный)
• Один резистор 100 кОм
• Один резистор 47 кОм
• Два резистора 510 Ом
• Аудио детектор с наушниками

Номинальное напряжение на конденсаторе 470 мкФ не является критическим, если оно щедро превышает максимальное напряжение источника питания. В этой конкретной схеме это максимальное напряжение составляет 12 вольт. Убедитесь, что вы подключили этот конденсатор в цепи правильно, соблюдая полярность!

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки по электрическим цепям , том 1, глава 13: « Конденсаторы »

Уроки электрических цепей , том 4, глава 10: « мультивибраторы »

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Как использовать таймер 555 в качестве нестабильного мультивибратора
• Практическое использование для текущей цепи зеркала
• Понимание взаимосвязи между током конденсатора и скоростью изменения напряжения на конденсаторе

СХЕМАТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА

ИЛЛЮСТРАЦИИ

ИНСТРУКЦИИ

Опять же, мы используем 555 таймер IC в качестве нестабильного мультивибратора или генератора. На этот раз, однако, мы сравним его работу в двух разных режимах зарядки конденсаторов: традиционный RC и постоянный ток.

Подсоединение контрольной точки № 1 (TP1) к контрольной точке № 3 (TP3) с помощью перемычки. Это позволяет конденсатору заряжаться через резистор 47 кОм. Когда конденсатор достигает 2/3 напряжения питания, таймер 555 переключается в режим «разрядки» и почти сразу разряжает конденсатор до уровня 1/3 напряжения питания. На этом этапе цикл зарядки начинается снова. Измерьте напряжение непосредственно на конденсаторе с помощью вольтметра (цифровой вольтметр предпочтительнее) и отметьте скорость зарядки конденсатора с течением времени. Сначала он должен быстро возрастать, а затем сужаться, поскольку он нарастает до 2/3 напряжения питания, как и следовало ожидать от цепи зарядки RC.

Снимите проволочную перемычку с TP3 и снова подключите ее к TP2. Это позволяет заряжать конденсатор через ветвь управляемого тока в токовой зеркальной цепи, образованной двумя PNP-транзисторами. Снова измерьте напряжение непосредственно на конденсаторе, отметив разницу во времени зарядки по сравнению с последней конфигурацией цепи.

При подключении TP1 к TP2 конденсатор получает почти постоянный зарядный ток. Постоянный зарядный ток конденсатора дает линейную кривую напряжения, как описано уравнением i = C (de / dt). Если ток конденсатора постоянен, то будет изменяться его скорость изменения напряжения с течением времени. В результате получается сигнал «линейного изменения», а не «пилообразный»:

Зарядный ток конденсатора может быть непосредственно измерен путем замены амперметра вместо проволочной перемычки. Амперметр должен быть настроен на измерение тока в диапазоне сотен микроампер (десятых долей миллиампер). Подключенный между TP1 и TP3, вы должны увидеть ток, который начинается с относительно высокого значения в начале цикла зарядки и сужается к концу. Однако при подключении между TP1 и TP2 ток будет намного более стабильным.

Это интересный эксперимент в этой точке, чтобы изменить температуру любого текущего зеркального транзистора, касаясь его пальцем. Когда транзистор нагревается, он будет проводить больше тока коллектора при том же напряжении базы-эмиттера. При касании управляющего транзистора (подключенного к резистору 100 кОм) ток уменьшается. При касании управляемого транзистора ток увеличивается. Для наиболее стабильной работы токового зеркала два транзистора должны быть сцементированы вместе, чтобы их температура никогда не отличалась на сколько-нибудь существенную величину.

Эта схема работает так же хорошо на высоких частотах, как и на низких частотах. Замените конденсатор емкостью 470 мкФ на конденсатор емкостью 0,1 мкФ и используйте аудиодетектор для определения формы волны напряжения на выходной клемме 555. Детектор должен воспроизводить звуковой сигнал, который легко слышать. Напряжение на конденсаторе теперь будет меняться слишком быстро, чтобы его можно было увидеть с помощью вольтметра в режиме постоянного тока, но мы все равно можем измерять ток конденсатора с помощью амперметра.

С помощью амперметра, подключенного между TP1 и TP3 (режим RC), измерьте как микроамперы постоянного тока, так и микроамперы переменного тока. Запишите эти текущие цифры на бумаге. Теперь подключите амперметр между TP1 и TP2 (режим постоянного тока). Измерьте как микроамперы постоянного тока, так и микроамперы переменного тока, отметив любые различия в показаниях тока между этой конфигурацией схемы и последней. Измерение переменного тока в дополнение к постоянному току - это простой способ определить, какая конфигурация схемы дает наиболее стабильный зарядный ток. Если бы текущая зеркальная цепь была идеальной - зарядный ток конденсатора был абсолютно постоянным - был бы нулевой переменный ток, измеренный измерителем.