只用電阻、電容構成的一般定時電路的占空比無法低于50%,如下圖:
電容的充電路徑上串聯了R1 和R2,而放電路徑上只有R2,所以放電的時間不可能比充電長。加入二極管就能解決這個問題,用二極管把充電和放電路徑分離開,兩個路徑上的電阻可以獨立的調整,占空比也就能隨意控制了。
用二極管隔離路徑
充電路徑經過R1、D1,放電則經過R2,D2。R1 小于R2,所以這個取值對應的占空比很小。看仿真圖:
NE555 的TRG 和THR 引腳分別對應了一個電壓閾值,THR 高于TRG,方波電路一般都把這兩個引腳接一起。
- 初始狀態電容電壓**V(PR2)**低于TRG 閾值,NE555 輸出高電平,此時放電引腳DIS 為高阻態,就是沒接通;
- 在綠色線的峰值處,電容充電到電壓高于THR 時,放電引腳DIS 輸出低電平,導致二極管D1 截止,D2 導通,于是開始放電,同時輸出切換為低電平;
- 電容一直放電到電壓低于TRG 閾值,放電終止,D2 截止,D1 導通,電容又開始充電,同時輸出切換為高電平,一個周期完成;
可見,這種PWM 電路,高電平對應電容的充電時間,低電平對應放電時間。所以如果放電時間不能大于充電,那占空比就不會小于50%。當然可以在NE555 的輸出加個NPN 三極管,讓輸出反相,這樣占空比就只能低于50% 了。
周期不變,占空比可調
這種電路可以用電位器代替兩個獨立的電阻,使充電時間增加,放電時間就對應縮短,反之亦然,于是方波周期就基本不變,只改變占空比。
充電路徑是R0、R1、D1,放電路徑是R1、R2、D2。R0 阻值等于R2,且遠小于R1,所以占空比基本只取決于電位器R1 的位置。如果保證R0 等于R2,高低電平總時間就取決于R1 的總阻值加R0。R0 相比R1 不能太大,不然占空比就無法接近0% 和100%。
漏電流
另外,要注意二極管反向漏電流參數。比如肖特基二極管,反向漏電流可能在0.01 到0.1mA 這個級別;5V 電壓下,電容經過200k 電阻的放電電流也就是0.02mA 左右,反向漏電流太大,二極管就起不到隔離路徑的作用了。NE555 的THR 和TRG 引腳也會有一定的漏電流,大約是2uA 到500nA 這個程度。如果充放電電阻過大,電流過小,所有這些漏電流都會造成顯著影響。還不能忘了電容本身的漏電流,電解電容漏電流相對較大。