MOSFET в инверсном включении делает генератор на таймере 555 независимым от напряжения питания и температуры

С момента своего изобретения более полувека назад Гансом Камензиндом из Signetics, знакомый всем аналоговый таймер 555 (в сообществе с его совместимыми по выводам обновленными КМОП потомками) стал культовым элементом конструкций, используемым в полезных стандартизированных функциональных блоках, количество которых почти невозможно сосчитать. Список включает в себя автоколебательные и ждущие мультивибраторы, бистабильные схемы, преобразователи напряжения, генераторы прямоугольных, треугольных и пилообразных импульсов, преобразователи напряжение-частота и даже ШИМ-усилители.

Вебинар «Источники питания MEAN WELL для промавтоматики и серверного оборудования в новых условиях» (02.06.2022)

Диод D1 обуславливает температурную зависимость этой схемы на таймере 555.
Рисунок 1. Диод D1 обуславливает температурную зависимость этой схемы на таймере 555.

Рисунок 1 иллюстрирует один из этих классических вариантов: генератор постоянной частоты с коэффициентом заполнения от 0% до 100%, бесступенчато регулируемым с помощью одного потенциометра P1.

Эта схема работает, потому что выход с открытым стоком DISCHARGE таймера 555 линейно разряжает конденсатор C1 через R1 (верхняя половина потенциометра P1) в течение части T периода выходных импульсов, а диод D1 контролирует нарастание тока C1, пропуская зарядный ток с выхода OUTPUT через R2 (нижняя половина потенциометра P1) во время положительного полупериода T+, в результате чего:

К сожалению, последние две формулы отличаются от обычного независимого от температуры элегантного выражения для параметров импульсов таймера 555 из-за эффектов прямого падения напряжения VD = ~700 мВ – 2 мВ/°C на типичном кремниевом диоде с планарным переходом, таком как 1N4148. Следовательно, временные интервалы изменяются с изменениями как температуры, так и напряжения питания V+. Величина этих изменений обратно пропорциональна номинальному напряжению V+ (Таблица 1) и может быть приемлемой для некоторых некритичных приложений, но, скорее всего, не тогда, когда прежде всего важна точность.

Таблица 1. Коэффициенты ошибки
схемы на Рисунке 1
V+ T+%/В T+ppm/°C
15 В 0.3% 140 ppm
10 В 0.7% 210 ppm
5 В 2.6% 440 ppm
3 В 7.0% 800 ppm
 
MOSFET Q1 в инверсном включении восстанавливает точность таймера.
Рисунок 2. MOSFET Q1 в инверсном включении восстанавливает точность таймера.

На Рисунке 2 показан способ решения проблемы. P-канальный MOSFET Q1 с инверсной полярностью включения управляет зарядным током C1 без какого-либо существенного падения напряжения, и, таким образом, позволяет реализовать новые расчетные формулы, не зависящие от температуры и V+:

Теперь функция управления коэффициентом заполнения при неизменной частоте реализована без ущерба для присущей 555 точности.

Причина, по которой Q1 включен «вверх ногами», то есть стоком к шине положительного напряжения, а не истоком (в отличие от обычной практики для p-канальных полевых транзисторов), заключается в том, чтобы избежать прямого смещения паразитного диода полевого транзистора в ситуации, когда уровень напряжения на подключенном к стоку выводе OUTPUT низкий, в то время как конденсатор C1 поддерживает потенциал истока высоким. Дополнительным преимуществом является то, что при изменении уровня вывода OUTPUT на высокий паразитный диод сместится в прямом направлении, а значит, можно гарантировать, что вывод истока полевого транзистора будет положительным относительно вывода затвора, и в течение интервала T+ транзистор войдет в полное насыщение.

Таблица 2. Коэффициенты ошибки схемы на
Рисунке 1 с диодом Шоттки
V+ T+%/В T+ppm/°C
15 В 0.2% 135 ppm
10 В 0.4% 200 ppm
5 В 1.4% 420 ppm
3 В 3.6% 720 ppm

Интересно, что вариант схемы, показанный на Рисунке 1, описан в третьем издании книги Горовица и Хилла «Искусство схемотехники», где вместо диода с p-n переходом показан диод Шоттки из-за более низкого напряжения VD. Это хорошая идея, так как составляющая ошибки, вносимая V+, значительно улучшается, но поскольку температурный коэффициент диода Шоттки (–2 мВ/°C) аналогичен коэффициенту диодов с p-n переходом, температурная составляющая ошибки остается практически неизменной (Таблица 2).

  1. Datasheet Texas Instruments LMC555
  2. Datasheet Diodes DMP32D9UFZ

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 356
сейчас смотрят 32
представлено поставщиков 1572
загружено
позиций
25 067 862