6.8:555 Generador de Rampa

PARTES Y MATERIALES

• Dos baterías de 6 voltios
• Un condensador, 470 µF electrolítico, 35 WVDC (Radio Shack catálogo # 272-1030 o equivalente)
• Un condensador, 0.1 µF, no polarizado (Radio Shack catálogo # 272-135)
• Un temporizador IC 555 (Radio Shack catálogo # 276-1723)
• Dos transistores PNP: se recomiendan los modelos 2N2907 o 2N3906 (Radio Shack catálogo # 276-1604 es un paquete de quince transistores PNP ideal para este y otros experimentos)
• Dos diodos emisores de luz (Radio Shack catálogo # 276-026 o equivalente)
• Una resistencia de 100 kΩ
• Una resistencia de 47 kΩ
• Dos resistencias de 510 Ω
• Detector de audio con auriculares

La clasificación de voltaje en el condensador 470 µF no es crítica, siempre y cuando exceda generosamente el voltaje máximo de la fuente de alimentación. En este circuito en particular, ese voltaje máximo es de 12 voltios. ¡Asegúrate de conectar este condensador en el circuito correctamente, respetando la polaridad!

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 13: “Capacitores”

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 4, capítulo 10: “Multivibradores”

Objetivos de aprendizaje

• Cómo usar el temporizador 555 como multivibrador astable
• Un uso práctico para un circuito de espejo de corriente
• Comprender la relación entre la corriente del condensador y la tasa de cambio de voltaje del condensador

Diagrama esquemático

Ilustracion

Instrucciones

Nuevamente, estamos usando un IC de temporizador 555 como multivibrador astable, u oscilador. Esta vez, sin embargo, compararemos su funcionamiento en dos modos diferentes de carga de condensador: RC tradicional y corriente constante.

Conexión del punto de prueba #1 (TP1) al punto de prueba #3 (TP3) usando un cable puente. Esto permite que el condensador se cargue a través de una resistencia de 47 kΩ. Cuando el condensador ha alcanzado 2/3 de voltaje de alimentación, el temporizador 555 cambia al modo de “descarga” y descarga el condensador a un nivel de 1/3 de voltaje de alimentación casi de inmediato. El ciclo de carga comienza de nuevo en este punto. Mida el voltaje directamente a través del condensador con un voltímetro (se prefiere un voltímetro digital) y anote la velocidad de carga del condensador a lo largo del tiempo. Debería subir rápidamente al principio, luego disminuir a medida que acumula un voltaje de alimentación de 2/3, tal como cabría esperar de un circuito de carga RC.

Retire el cable puente del TP3 y vuelva a conectarlo a TP2. Esto permite que el condensador se cargue a través de la rama de corriente controlada de un circuito de espejo de corriente formado por los dos transistores PNP. Mida el voltaje directamente a través del condensador nuevamente, observando la diferencia en la tasa de carga a lo largo del tiempo en comparación con la última configuración del circuito.

Al conectar TP1 a TP2, el condensador recibe una corriente de carga casi constante. La corriente constante de carga del condensador produce una curva de voltaje que es lineal, como se describe en la ecuación i = C (de/dt). Si la corriente de los condensadores es constante, también lo será su tasa de cambio de voltaje a lo largo del tiempo. El resultado es una forma de onda de “rampa” en lugar de una forma de onda “diente de sierra”:

La corriente de carga del condensador puede medirse directamente sustituyendo un amperímetro en lugar del cable puente. El amperímetro deberá configurarse para medir una corriente en el rango de cientos de microamperios (décimas de miliamperios). Conectado entre TP1 y TP3, debería ver una corriente que comienza en un valor relativamente alto al comienzo del ciclo de carga, y se estrecha hacia el final. Conectada entre TP1 y TP2, sin embargo, la corriente será mucho más estable.

Es un experimento interesante en este punto cambiar la temperatura de cualquiera de los dos transistores actuales del espejo tocándolo con el dedo. A medida que el transistor se calienta, conducirá más corriente de colector para el mismo voltaje base-emisor. Si se toca el transistor controlador (el que está conectado a la resistencia de 100 kΩ), la corriente disminuye. Si se toca el transistor controlado, la corriente aumenta. Para el funcionamiento del espejo de corriente más estable, los dos transistores deben cementarse juntos para que sus temperaturas nunca difieran en ninguna cantidad sustancial.

Este circuito funciona igual de bien en frecuencias altas como lo hace en frecuencias bajas. Reemplace el condensador 470 µF por un condensador de 0.1 µF y use un detector de audio para detectar la forma de onda de voltaje en el terminal de salida del 555. El detector debe producir un tono de audio que sea fácil de escuchar. El voltaje del condensador ahora cambiará demasiado rápido para verlo con un voltímetro en el modo CC, pero aún podemos medir la corriente del condensador con un amperímetro.

Con el amperímetro conectado entre TP1 y TP3 (modo RC), mida tanto microamperios de CC como microamperios de CA. Registrar estas cifras actuales en papel. Ahora, conecte el amperímetro entre TP1 y TP2 (modo de corriente constante). Mida tanto microamperios de CC como microamperios de CA, observando cualquier diferencia en las lecturas de corriente entre esta configuración de circuito y la última. Medir la corriente de CA además de la corriente de CC es una manera fácil de determinar qué configuración de circuito proporciona la corriente de carga más estable. Si el circuito del espejo de corriente fuera perfecto, la corriente de carga del condensador absolutamente constante, habría una corriente CA cero medida por el medidor.