Generador de Rampa Lineal con Temporizador 555 – Guía Práctica de Laboratorio

Partes y Materiales

• Dos baterías de 6 V (o una fuente de 12 V)
• Capacitor electrolítico de 470 µF, clasificación 35 V (Radio Shack #272‑1030 o equivalente)
• Capacitor no polarizado de 0.1 µF (Radio Shack #272‑135)
• IC temporizador 555 (Radio Shack #276‑1723)
• Dos transistores PNP (2N2907 o 2N3906 recomendados; Radio Shack #276‑1604 es un pack de 15 que funciona bien)
• Dos LEDs (Radio Shack #276‑026 o equivalente)
• Resistencia de 100 kΩ
• Resistencia de 47 kΩ
• Dos resistencias de 510 Ω
• Detector de audio con auriculares

La clasificación de voltaje del capacitor de 470 µF solo necesita superar cómodamente el voltaje de alimentación —12 V en este ejemplo. Asegúrate de observar la polaridad al instalarlo.

Referencias Cruzadas

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Cap. 13: "Capacitores"
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 4, Cap. 10: "Multivibradores"

Objetivos de Aprendizaje

• Demostrar el temporizador 555 como multivibrador astable.
• Mostrar una aplicación práctica de un circuito espejo de corriente.
• Ilustrar la relación entre corriente del capacitor y tasa de cambio de voltaje.

Diagrama Esquemático

Ilustración

Procedimiento

Usamos el temporizador 555 en modo astable para generar un oscilador que impulsa un capacitor. El experimenta compara dos caminos de carga: una red RC clásica y una fuente de corriente constante implementada con un espejo de corriente hecho de dos transistores PNP.

Conecta el punto de prueba TP1 a TP3 con un jumper. El capacitor de 470 µF ahora carga a través de la resistencia de 47 kΩ. Cuando su voltaje alcanza dos tercios de la alimentación, el 555 cambia a descarga, bajando el voltaje a un tercio de la alimentación casi instantáneamente. Este ciclo se repite, produciendo una forma de onda de diente de sierra.

Mide el voltaje del capacitor con un multímetro digital. La curva subirá empinadamente al principio y luego se nivelará a medida que se acerque a 2/3 V_cc, característico de una curva de carga RC.

A continuación, quita el jumper de TP3 y conéctalo a TP2. El capacitor ahora recibe una corriente controlada del espejo de corriente formado por los dos transistores PNP. Mide el voltaje de nuevo. La curva de carga debería ser ahora lineal —una rampa verdadera— porque la corriente permanece esencialmente constante, satisfaciendo i = C·dV/dt.

Para verificar el comportamiento de la corriente, reemplaza el jumper con un amperímetro en rango de microamperios. Cuando se conecta entre TP1 y TP3, la corriente comenzará alta y se reducirá. Cuando se conecta entre TP1 y TP2, la corriente debería ser mucho más estable, con componente AC mínimo.

Para un toque práctico, intenta calentar uno de los transistores. Calentar el transistor de control (conectado a la resistencia de 100 kΩ) disminuye la corriente espejada, mientras que calentar el transistor controlado la aumenta. En una configuración de precisión, los dos transistores están físicamente unidos para mantener sus temperaturas igualadas.

El circuito también funciona a frecuencias de audio. Reemplaza el capacitor de 470 µF con uno de 0.1 µF y alimenta la salida del 555 al detector de audio. El detector producirá un tono claro. Aunque un multímetro DC no puede resolver los rápidos cambios de voltaje, aún puedes usar el amperímetro para comparar corrientes AC y DC en ambos modos RC y corriente constante.

Si el espejo de corriente fuera perfecto, el componente AC de la corriente medida sería cero, indicando una corriente de carga perfectamente constante.