第8节 555 斜坡发生器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 两节 6 伏电池
- 一个电容，470 µF 电解电容，35 WVDC（Radio Shack 目录 # 272-1030 或同等产品）
- 一个电容，0.1 µF，非极化（Radio Shack 目录 #272-135）
- 一个 555 定时器 IC（Radio Shack 目录 #276-1723）
- 两个 PNP 晶体管——推荐型号 2N2907 或 2N3906（Radio Shack 目录 # 276-1604 是一个包含 15 个 PNP 晶体管的封装，非常适合本实验和其他实验）
- 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
- 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。在这个特定的电路中，最大电压为 12 伏。确保在电路中正确连接此电容器，注意极性！
交叉引用
电路课程，第 1 卷，第 13 章：“电容器 (opens new window)”
电路课程，第 4 卷，第 10 章：“多谐振荡器 (opens new window)”
学习目标
- 555 定时器 (opens new window)用作非稳态多谐振荡器
- 展示电流镜电路的实际用途
- 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，示意图
插图
指示
同样，我们使用555 定时器 IC (opens new window)作为非稳态多谐振荡器或振荡器。然而，这一次，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)。这允许电容器通过一个 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，几乎立即将电容器放电到 1/3 电源电压的水平。此时充电循环再次开始。
用电压表直接测量电容器两端的电压（最好使用数字电压表），并记下电容器随时间充电的速率。一开始它应该快速上升，然后随着它建立高达 2/3 的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 上拆下跳线，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，注意充电速率与上一个电路配置相比随时间的差异。
通过将 TP1 连接到 TP2，电容器接收几乎恒定的充电电流。恒定的电容器充电电流产生线性电压曲线，如方程式_i = C(de/dt)_所述。如果电容器电流是恒定的，那么其电压随时间的变化率也是恒定的。结果是“斜坡”波形而不是“锯齿”波形：
电容的充电电流可以直接用电流表代替跳线来测量。需要将电流表设置为测量数百微安（十分之一毫安）范围内的电流。连接在 TP1 和 TP3 之间，您应该会看到电流在充电周期开始时以相对较高的值开始，并在充电周期结束时逐渐减小。但是，连接在 TP1 和 TP2 之间，电流会更加稳定。
在这一点上，通过用手指触摸来改变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。如果触摸_控制_晶体管（连接到 100 kΩ 电阻的那个），电流会减小。
如果触摸_受控_晶体管，则电流增加。为了最稳定的电流镜操作，两个晶体管应该粘合在一起，以使它们的温度不会有任何明显的差异。
该电路在高频下的工作与在低频下一样好。将 470 µF 电容替换为 0.1 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。电容器的电压现在变化太快，无法用直流模式下的电压表查看，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（RC 模式）之间，测量直流微安和交流微安。将这些当前数据记录在纸上。现在，在 TP1 和 TP2 之间连接电流表（恒流模式）。
测量直流微安和交流微安，注意此电路配置与上一个电路配置之间电流读数的任何差异。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一种简单方法。
如果电流镜电路是完美的——电容器充电电流绝对恒定——仪表测量的交流电流将为零。
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