555タイマーによるリニアランプジェネレータ：実践ラボガイド

部品と材料

• 6V電池2個（または12V電源）
• 470µF電解コンデンサ、35V定格（Radio Shack #272‑1030または同等品）
• 0.1µF無極性コンデンサ（Radio Shack #272‑135）
• 555タイマーIC（Radio Shack #276‑1723）
• PNPトランジスタ2個（2N2907または2N3906推奨；Radio Shack #276‑1604は15個入りで良好）
• LED2個（Radio Shack #276‑026または同等品）
• 100kΩ抵抗
• 47kΩ抵抗
• 510Ω抵抗2個
• ヘッドホン付きオーディオ検出器

470µFコンデンサの耐圧は、この例では12Vである電源電圧を十分に超えるものであれば問題ありません。取り付け時は極性を守ってください。

関連リファレンス

• Lessons In Electric Circuits、第1巻、第13章：「コンデンサ」
• Lessons In Electric Circuits、第4巻、第10章：「マルチバイブレータ」

学習目標

• 555タイマーを非安定マルチバイブレータとして実演する
• カレントミラー回路の実用的応用を示す
• コンデンサ電流と電圧変化率の関係を説明する

回路図

イラストレーション

手順

555タイマーを非安定モードで使用し、コンデンサを駆動する発振器を生成します。この実験では、古典的なRCネットワークと、2つのPNPトランジスタで構成したカレントミラーによる定電流源という、2つの充電経路を比較します。

テストポイントTP1をTP3にジャンパーで接続します。470µFコンデンサは47kΩ抵抗を通じて充電されます。電圧が電源の3分の2に達すると、555が放電モードに切り替わり、電圧をほぼ瞬時に電源の3分の1まで引き下げます。このサイクルが繰り返され、鋸歯状波形が生成されます。

デジタルマルチメータでコンデンサ電圧を測定してください。曲線は最初急激に上昇し、2/3 V_ccに近づくにつれて緩やかになります。これはRC充電曲線の特徴です。

次に、TP3からジャンパーを外し、TP2に接続します。コンデンサは、2つのPNPトランジスタで形成されるカレントミラーから制御された電流を受け取ります。再度電圧を測定してください。電流が本質的に一定であるため、充電曲線はリニアな真のランプになります。これは i = C·dV/dt を満たします。

電流の振る舞いを確認するには、ジャンパーをマイクロアンペアレンジに設定したアンペアメータに置き換えてください。TP1とTP3間では電流は高く始まり徐々に減衰します。TP1とTP2間では、電流ははるかに安定し、AC成分は最小限です。

実践的な確認として、トランジスタの一方を温めてみてください。制御側トランジスタ（100kΩ抵抗に接続）を加熱するとミラー電流が減少し、被制御側トランジスタを加熱すると増加します。精密なセットアップでは、2つのトランジスタを物理的に接合して温度を一致させます。

この回路はオーディオ周波数でも動作します。470µFコンデンサを0.1µFに置き換え、555出力をオーディオ検出器に入力してください。検出器から明確な音が出ます。DCマルチメータでは急速な電圧変動を分解できませんが、アンペアメータでRCモードと定電流モードの両方でACとDC電流を比較できます。

カレントミラーが完璧であれば、測定電流のAC成分はゼロとなり、完全に一定の充電電流を示します。