555 斜坡发生器

零件和材料

• 两节 6 伏电池
• 一个电容器，470 µF 电解电容，35 WVDC（Radio Shack 目录号 #272-1030 或同等产品）
• 一个电容器，0.1 µF，非极化（Radio Shack 目录 # 272-135）
• 一个 555 定时器 IC（Radio Shack 目录号 #276-1723）
• 两个 PNP 晶体管——推荐使用 2N2907 或 2N3906 型（Radio Shack 目录号 #276-1604 是一个包含 15 个 PNP 晶体管的封装，非常适合此实验和其他实验）
• 两个发光二极管（Radio Shack 目录号 # 276-026 或同等产品）
• 一个 100 kΩ 电阻器
• 一个 47 kΩ 电阻器
• 两个 510 Ω 电阻器
• 带耳机的音频检测器

470 µF 电容器的额定电压并不重要，只要它大大超过最大电源电压即可。在这个特定电路中，最大电压为 12 伏。确保在电路中正确连接这个电容器，尊重极性！

交叉引用

电路课程 ，第 1 卷，第 13 章：“电容器”

电路课程 ，第 4 卷，第 10 章：“多谐振荡器”

学习目标

• 说明如何将 555 定时器用作非稳态多谐振荡器
• 展示电流镜电路的实际应用
• 帮助理解电容器电流和电容器电压变化率之间的关系

原理图

插图

说明

同样，我们使用 555 定时器 IC 作为非稳态多谐振荡器或振荡器。然而，这次我们将比较它在两种不同的电容器充电模式下的操作：传统的RC和恒流。

使用跳线将测试点 #1 (TP1) 连接到测试点 #3 (TP3)。这允许电容器通过 47 kΩ 电阻器充电。当电容器达到 2/3 电源电压时，555 定时器切换到“放电 ”模式并几乎立即将电容器放电至电源电压的 1/3。此时再次开始充电循环。

使用电压表直接测量电容器两端的电压（首选数字电压表），并注意电容器随时间充电的速率。它应该首先快速上升，然后随着它建立到 2/3 电源电压而逐渐减小，就像您对 RC 充电电路所期望的那样。

从 TP3 上取下跳线，然后将其重新连接到 TP2。这允许电容器通过由两个 PNP 晶体管形成的电流镜电路的受控电流支路充电。再次直接测量电容器两端的电压，注意与上次电路配置相比随时间推移的充电速率差异。

通过将 TP1 连接到 TP2，电容器接收几乎恒定的充电电流。恒定电容器充电电流产生线性电压曲线，如方程 i =C(de/dt) 所述 .如果电容器电流是恒定的，那么它的电压随时间的变化率也将是恒定的。结果是“斜坡 ”波形而不是“锯齿 ” 波形：

电容器的充电电流可以用电流表代替跳线直接测量。电流表需要设置为测量数百微安（毫安的十分之一）范围内的电流。连接在 TP1 和 TP3 之间，您应该看到一个电流在充电周期开始时以相对较高的值开始，并在接近结束时逐渐减小。连接在TP1和TP2之间，电流会稳定很多。

在这一点上，通过用手指触摸来改变任一电流镜晶体管的温度是一个有趣的实验。随着晶体管变热，对于相同的基极-发射极电压，它将传导更多的集电极电流。如果控制 三极管（接100kΩ电阻的那个）被触摸，电流减小。

如果控制 晶体管被触摸，电流增加。为了获得最稳定的电流镜操作，两个晶体管应该粘合在一起，这样它们的温度就不会相差很大。

该电路在高频和低频下工作得一样好。用 0.1 µF 电容替换 470 µF 电容，并使用音频检测器检测 555 输出端的电压波形。检测器应产生易于听到的音频音调。电容器的电压现在变化太快，无法在直流模式下用电压表查看，但我们仍然可以用电流表测量电容器电流。

将电流表连接在 TP1 和 TP3 之间（RC 模式），测量直流微安和交流微安。在纸上记录这些当前的数字。现在，将电流表连接在 TP1 和 TP2 之间（恒流模式）。

测量 DC 微安和 AC 微安，注意此电路配置与上一个电路配置之间的电流读数差异。除了测量直流电流外，还测量交流电流是确定哪种电路配置提供最稳定充电电流的简单方法。

如果电流镜电路完美——电容器充电电流绝对恒定——电表测得的交流电流为零。