只用电阻、电容构成的一般定时电路的占空比无法低于50%,如下图:
电容的充电路径上串联了R1 和R2,而放电路径上只有R2,所以放电的时间不可能比充电长。加入二极管就能解决这个问题,用二极管把充电和放电路径分离开,两个路径上的电阻可以独立的调整,占空比也就能随意控制了。
用二极管隔离路径
充电路径经过R1、D1,放电则经过R2,D2。R1 小于R2,所以这个取值对应的占空比很小。看仿真图:
NE555 的TRG 和THR 引脚分别对应了一个电压阈值,THR 高于TRG,方波电路一般都把这两个引脚接一起。
- 初始状态电容电压**V(PR2)**低于TRG 阈值,NE555 输出高电平,此时放电引脚DIS 为高阻态,就是没接通;
- 在绿色线的峰值处,电容充电到电压高于THR 时,放电引脚DIS 输出低电平,导致二极管D1 截止,D2 导通,于是开始放电,同时输出切换为低电平;
- 电容一直放电到电压低于TRG 阈值,放电终止,D2 截止,D1 导通,电容又开始充电,同时输出切换为高电平,一个周期完成;
可见,这种PWM 电路,高电平对应电容的充电时间,低电平对应放电时间。所以如果放电时间不能大于充电,那占空比就不会小于50%。当然可以在NE555 的输出加个NPN 三极管,让输出反相,这样占空比就只能低于50% 了。
周期不变,占空比可调
这种电路可以用电位器代替两个独立的电阻,使充电时间增加,放电时间就对应缩短,反之亦然,于是方波周期就基本不变,只改变占空比。
充电路径是R0、R1、D1,放电路径是R1、R2、D2。R0 阻值等于R2,且远小于R1,所以占空比基本只取决于电位器R1 的位置。如果保证R0 等于R2,高低电平总时间就取决于R1 的总阻值加R0。R0 相比R1 不能太大,不然占空比就无法接近0% 和100%。
漏电流
另外,要注意二极管反向漏电流参数。比如肖特基二极管,反向漏电流可能在0.01 到0.1mA 这个级别;5V 电压下,电容经过200k 电阻的放电电流也就是0.02mA 左右,反向漏电流太大,二极管就起不到隔离路径的作用了。NE555 的THR 和TRG 引脚也会有一定的漏电流,大约是2uA 到500nA 这个程度。如果充放电电阻过大,电流过小,所有这些漏电流都会造成显著影响。还不能忘了电容本身的漏电流,电解电容漏电流相对较大。