「三電阻」拓撲為雙極LM555實現50%工作週期

作者 : Stephen Woodward,EDN

經典的雙電阻拓撲並不是以555振盪器實現50:50方波的唯一方法。具體來說,如果將第三個電阻器(R3)與Discharge接腳串聯,配置為「三電阻」拓撲也可以為雙極LM555實現50:50的工作週期...

半個多世紀以來,無處不在而又極為有用的555類比計時器,長久以來一直是毁譽參。產品備受讚譽或批評加減都會有些道理,但即使是像555這種長期且廣泛使用的元件,有時一個假設的缺點也會發展成「常識」(common knowledge)狀態,其實它只是因為其中一項簡單的修復被忽略了。

典型例子之一是經常陳述(但錯誤)的概念——我們很難引導原始(雙極)版本555電路以50:50 (50%)工作週期產生對稱方波振盪。

這個迷思的起源似乎是早期的555資料手冊和應用筆記,其中闡述了1中所示的非穩態振盪拓撲。其輸出工作週期運算式=(R1+R2):R2告訴我們,除非R1=0,否則要實現50:50是不可能的。

由於從Discharge接腳到Vs的短路似乎比方波更可能使該元件輸出冒煙,因此結論是:50:50的方波確實不可能實現。

1:「傳統的雙電阻」555振盪器。

然而,如2所示,所幸經典的雙電阻拓撲並不是用555實現方波的唯一方法。具體來說,如果將第三個電阻器(R3)與Discharge接腳串聯,則會導入新的訊號電平=Vd=Vs(R3/(R1+R3))作為C1指數放電的漸近極限,因此就會拉伸振盪週期的T2階段。此外,T2的RC時間常數將會從R2C1增加到(R2+R1R3/(R1+R3))C1

2:新的「三電阻」拓撲。

實際結果是,如果R2=R1且R3=0.225×R1,則

T1=Ln(2)×(2R1)C1
T2=Ln((2/3Vs–Vd)/(Vs/3–Vd))×(R1+R1R3/(R1+R3))C1=Ln(2)×(2R1)C1
T1=T2
fosc=0.36/(R1C1)
工作週期=50:50

該方法也適用於許多不同於1.0的R2/R1比率。1中給出了一些示例。

1:三電阻拓撲比率舉例。

在任何情況下,fosc=0.72/((R1+R2)C1),工作週期=50:50。

如前所述,該方法一直到R2=0 (即僅保留R1和R3,而將R2用直接連接替換)都有效。然而,R3=0.423×R1將使Vd=0.297×Vs,這就會非常接近於555的標稱觸發電壓=0.333*Vs,而可能嚴重放大偏置電壓和晶片電阻容差對fosc和工作週期的影響。

同時,我們的故事有什麼寓意呢?即使在50年後,仍舊有觀點會被打破!

附錄

上述的兩電阻配置顯示這個實例的一個有趣的變化(3a)。所示的電路支援使用單個微調器在0%到100%範圍內改變工作週期,同時保持恒定的正脈衝寬度(3b):

3a:新電路。

3b:工作週期如何隨R2設置而變化。

本文作者:Stephen Woodward,EDN專欄作者

編譯:Franklin Zhao

(參考原文:Add one resistor to give bipolar LM555 oscillator a 50:50 duty cycleby Stephen Woodward)

加入LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論