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反向 MOSFET 帮助 555 振荡器忽略电源和温度变化

2022-6-14 09:58| 发布者: 闪电| 查看: 5| 评论: 0

摘要: 自从半个多世纪前由 Signetics 的 Hanz Camenzind 发明以来,熟悉的 555 模拟定时器(与其更新的引脚兼容的 CMOS 后代保持一致)已成为一个标志性的设计元素,并集成到有用的标准化功能块中,几乎数不胜数。该列表包 ...

自从半个多世纪前由 Signetics 的 Hanz Camenzind 发明以来,熟悉的 555 模拟定时器(与其更新的引脚兼容的 CMOS 后代保持一致)已成为一个标志性的设计元素,并集成到有用的标准化功能块中,几乎数不胜数。该列表包括非稳态、双稳态、单稳态、电压转换器、方波、三角波、锯齿、V-to-F,甚至 PWM 放大器。 

图 1说明了这些经典之一: 恒频振荡器,其占空比通过单电位器 P1 从 0% 到 100% 连续变化。 

图 1二极管 D1 在这个 555 定时器电路中引起温度依赖性。

它之所以起作用,是因为 555 的漏极开路 DISCHARGE 引脚在输出周期的 T 半期间通过 R1(电位器 P1 的上半部分)斜降 C1,并且二极管 D1 引导 C1 从 555 OUTPUT 引脚斜升电流通过 R2 (锅 P1 的下半部分)在 T+ 正输出半周期内,导致……

- = R1C1 ln ((2 / 3V + ) / (1 / 3V + )) = R1C1 ln (2)
+ = R2C1 ln ((2 / 3V +  - V d ) / (1 / 3V + ))
Fosc = 1 / (R1C1 ln (2) + R2C1 ln ((2 / 3V +  - V d ) / (1 / 3V + )))

不幸的是,后两个方程不同于通常优雅的 555 V+ 和与温度无关的时序数学,因为二极管正向电压降的影响,对于 1N4148 等典型的硅平面结二极管,Vd = ~700mV – 2mV/ o C。因此,时间间隔会随着温度和 V+ 电源的变化而变化。变化幅度与标称 V+… 成反比。

…对于一些非关键应用程序可能是可以接受的,但在精度很重要时可能不会。

图 2显示了一个解决方案:反向极性 p 沟道 MOSFET Q1 用于引导 C1 充电电流而没有任何明显的压降,从而实现新的温度和 V+ 独立时序设计方程……

+ = R2C1 ln ((2 / 3V + ) / (1 / 3V + )) = R2C1 ln (2)
- = R1C1 ln (2 / 3V + ) / (1 / 3V + )) = R1C1 ln 2)
Fosc = 1 / (ln (2) /) (R1 + R2) C1)) = 1.44 / (P1C1)

图 2反向极性 MOSFET Q1 恢复定时器精度。

现在,在不影响 555 固有精度的情况下实现了可变占空比/恒定频率功能。

Q1 与其漏极引脚“反相”连接的原因,而不是连接到正电压源的源极引脚(与 p 沟道 FET 的通常做法相反)是为了避免在 555 输出引脚驱动时正向偏置 FET 体二极管漏极引脚为低电平,而 C1 将 R2 连接引脚保持为高电平。另一个好处是,因为当输出变高时体二极管正向偏置,我们保证 FET 源极引脚相对于栅极引脚将被驱动为正,并且 FET 将在 T+ 间隔期间进入固态饱和状态。

有趣的是,图 1 电路的一个版本在 Horowitz 和 Hill 第三版“电子艺术”的第 429 页上进行了描述。由于前者的 Vd 较低, “艺术… ”显示了肖特基二极管而不是 D1 的结型。这是一个好主意,因为 V+ 误差项得到了显着改善,但由于肖特基的温度系数 (-2mV/ o C) 与结型二极管相似,因此与温度相关的误差基本保持不变:


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

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