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添加一个电阻器,为双极性LM555振荡器提供50%的占空比

2022-12-01 17:21:00 Stephen Woodward 阅读:
即使是像555这样获得长期、广泛、流行使用的器件,有时一个假设的缺点也会发展成“常识”的状态,只是因为其中有一个简单的修复被忽略了。一个典型例子是我们经常陈述(但错误)的概念,即我们很难诱导原始(双极性)版555电路以50%占空比产生对称方波振荡。

半个多世纪以来,无处不在而又极为有用的555模拟定时器,已成为一个长期备受赞誉和批评的对象。前者的大部分和后者的一些是有道理的,但即使是像555这样获得长期、广泛、流行使用的器件,有时一个假设的缺点也会发展成“常识”的状态,只是因为其中有一个简单的修复被忽略了。一个典型例子是我们经常陈述(但错误)的概念,即我们很难诱导原始(双极性)版555电路以50%占空比产生对称方波振荡。kJoednc

这个观点的起源似乎是早期的555数据手册和应用笔记,其中阐述了图1中所示的非稳态振荡拓扑。它的输出占空比表达式=(R1+R2):R2告诉我们,除非R1=0,否则要实现50%占空比是不可能的。由于从Discharge引脚到Vs的短路似乎比方波更有可能使该器件输出冒烟,因此结论如下:50%占空比的方波确实不可能实现。kJoednc

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图1:“传统的双电阻”555振荡器。kJoednc

然而,幸运的是,如2所示,经典的双电阻拓扑并不是用555实现方波的唯一方法。具体来说,如果将第三个电阻器(R3)与Discharge引脚串联,则就会引入新的信号电平=Vd=Vs(R3/(R1+R3))作为C1指数放电的渐近极限,因此就会拉伸振荡周期的T2阶段。此外,T2的RC时间常数将会从R2C1增加到(R2+R1R3/(R1+R3))C1kJoednc

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图2:新的“三电阻”拓扑。kJoednc

实际结果是,如果R2=R1且R3=0.225×R1,则kJoednc

T1=ln(2)×(2R1)C1kJoednc

T2=ln((2/3Vs–Vd)/(Vs/3–Vd))×(R1+R1R3/(R1+R3))C1=ln(2)×(2R1)C1kJoednc

T1=T2kJoednc

fosc=0.36/(R1C1)kJoednc

占空比=50%kJoednc

该方法也适用于许多不同于1.0的R2/R1比率。1中给出了一些示例。kJoednc

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表1:三电阻拓扑比率举例。kJoednc

在任何情况下,fosc=0.72/((R1+R2)C1),占空比=50%。kJoednc

如前所述,该方法一直到R2=0(即仅保留R1和R3,而将R2用直接连接替换)都有效。然而,R3=0.423×R1将使Vd=0.297×Vs,这就会非常接近于555的标称触发电压=0.333*Vs,而可能严重放大失调电压和片上电阻容差对fosc和占空比的影响。kJoednc

同时,我们的故事有什么寓意呢?即使在50年后,仍旧有观点会被打破!kJoednc

附录

上述的两电阻配置表明了这个实例的一个有趣的变化(3a)。所示的电路支持使用单个微调器在0%到100%范围内改变占空比,同时保持恒定的正脉冲宽度(图3b):kJoednc

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图3a:新电路。kJoednc

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图3b:占空比如何随R2设置而变化。kJoednc

Stephen Woodward与EDN的设计实例专栏的关系可以追溯到很久以前。自1974年他的第一篇投稿发表以来,共收到他64篇投稿。kJoednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Add one resistor to give bipolar LM555 oscillator a 50:50 duty cycle,由Franklin Zhao编译。)kJoednc

本文为《电子技术设计》2022年11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里kJoednc

责编:Franklin
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Stephen Woodward
W .Stephen Woodward是仪表、传感器和计量学自由顾问,是EDN设计实例栏目最高产且最富创意的作者之一。
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