555 타이머로 선형 램프 발생기 만들기 – 실용적인 랩 가이드

부품 및 재료

• 6V 배터리 2개 (또는 12V 전원)
• 470µF 전해 커패시터, 35V 정격 (Radio Shack #272‑1030 또는 동등품)
• 0.1µF 비극성 커패시터 (Radio Shack #272‑135)
• 555 타이머 IC (Radio Shack #276‑1723)
• PNP 트랜지스터 2개 (2N2907 또는 2N3906 권장; Radio Shack #276‑1604는 15개 팩으로 잘 작동)
• LED 2개 (Radio Shack #276‑026 또는 동등품)
• 100kΩ 저항
• 47kΩ 저항
• 510Ω 저항 2개
• 헤드폰이 있는 오디오 검출기

470µF 커패시터의 전압 정격은 공급 전압(이 예에서는 12V)을 편안하게 초과하기만 하면 됩니다. 설치 시 극성을 반드시 준수하세요.

참조 자료

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Ch. 13: "Capacitors"
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 4, Ch. 10: "Multivibrators"

학습 목표

• 555 타이머를 비안정 멀티바이브레이터로 시연
• 전류 미러 회로의 실용적 응용 시연
• 커패시터 전류와 전압 변화율 사이의 관계 설명

회로도

회로도

절차

555 타이머를 비안정 모드로 사용하여 커패시터를 구동하는 발진기를 생성합니다. 이 실험은 두 가지 충전 경로를 비교합니다: 고전적인 RC 네트워크와 두 개의 PNP 트랜지스터로 만든 전류 미러를 사용한 정전류 소스.

테스트 포인트 TP1을 TP3에 점퍼로 연결하세요. 470µF 커패시터가 이제 47kΩ 저항을 통해 충전됩니다. 전압이 공급 전압의 2/3에 도달하면 555가 방전으로 전환하여 전압을 공급 전압의 1/3까지 거의 순간적으로 끌어내립니다. 이 주기가 반복되어 톱니파 파형을 생성합니다.

디지털 멀티미터로 커패시터 전압을 측정하세요. 곡선은 처음에 가파르게 상승하다가 2/3 V_cc에 접근하면서 평탄해지는데, 이는 RC 충전 곡선의 특징입니다.

다음, TP3에서 점퍼를 제거하고 TP2에 연결하세요. 커패시터는 이제 두 개의 PNP 트랜지스터로 형성된 전류 미러에서 제어된 전류를 받습니다. 전압을 다시 측정하세요. 전류가 본질적으로 일정하게 유지되어 i = C·dV/dt를 만족하므로 충전 곡선은 이제 선형, 즉 진정한 램프가 되어야 합니다.

전류 동작을 검증하기 위해 점퍼를 마이크로암페어 범위로 설정된 전류계로 교체하세요. TP1과 TP3 사이에 연결하면 전류는 높게 시작하여 줄어들 것입니다. TP1과 TP2 사이에 연결하면 전류가 훨씬 더 안정적이며 최소한의 AC 성분을 가질 것입니다.

실용적인 터치로, 트랜지스터 중 하나를 가열해보세요. 제어 트랜지스터(100kΩ 저항에 연결된)를 가열하면 미러링된 전류가 감소하는 반면, 제어되는 트랜지스터를 가열하면 증가합니다. 정밀 설정에서는 두 트랜지스터가 물리적으로 본딩되어 온도가 일치하도록 합니다.

이 회로는 오디오 주파수에서도 작동합니다. 470µF 커패시터를 0.1µF로 교체하고 555 출력을 오디오 검출기에 공급하세요. 검출기는 명확한 톤을 생성합니다. DC 멀티미터는 빠른 전압 스윙을 분해할 수 없지만, 여전히 전류계를 사용하여 RC 및 정전류 모드 모두에서 AC 및 DC 전류를 비교할 수 있습니다.

전류 미러가 완벽하다면, 측정된 전류의 AC 성분은 0이 되어 완벽하게 일정한 충전 전류를 나타낼 것입니다.