Temporizador 555: grandes imprecisiones con componentes de precisión

Question

Este es un problema que he ido persiguiendo poco a poco.

Al principio utilizaba tapones del 10% que provocaban la poca precisión de la salida. Después de cambiar el condensador a un 1% pensé que el problema se solucionaría, pero no fue así.

Aquí está el circuito ignorar los valores porque son viejos.

Valores importantes:

• R1: 649 1%
• R2: 3,24k 1%
• C1: 10nf 1% (12063A103FAT2A) (cerámica)
• f = 1,44(R1+2R2)C1
• Pw = .693(R1+R2)C1

Después de enchufar todo esto debería obtener (matemáticamente) f = 20kHz con Pw = 27u (los valores que quiero).

En realidad obtengo f = 18kHz y Pw=28us.

Este valor es completamente inutilizable para la aplicación.

Consideré que el circuito circundante podría causar problemas, así que hice un prototipo sólo del circuito 555. Este circuito obtuvo exactamente la misma f y Pw que el de la PCB.

Después de indagar un poco más encontré que un pequeño R1 podría ser el problema. Añadí dos potes a la protoboard y elegí algunos valores de R al azar. Luego comprobé f y Pw frente al cálculo y tenía peor precisión que las resistencias elegidas a mano. (Entiendo que los potes podrían ser la razón por la que estaban más equivocados).

¿Hay algo que esté haciendo mal? ¿Hay alguna solución mejor para esto?

Tengo un uC que controla otras cosas, pero quiero mantenerlo aislado de este circuito porque la carga es un circuito flyback (20kV).

Answer 1

El temporizador 555 utiliza un RC analógico como base de tiempo, pero eso nunca va a ser muy estable. Incluso con una resistencia de alta precisión (0,01%) y un condensador (10%), hay una pobre precisión inicial y una deriva significativa con la temperatura.

Existen mejoras como el LTC6900CS5#TRMPBF de Analog Devices, que puede generar 20kHz utilizando una sola resistencia de 100k para determinar la frecuencia. Pero este tipo de dispositivo es todavía sólo alrededor de 0,1% de estabilidad, puede estar bien en función de sus necesidades, pero este tipo de cosas es generalmente dirigido a aplicaciones de alto volumen muy sensibles a los costos.

Mejore la precisión de los tiempos utilizando una base de tiempos basada en un cristal de cuarzo. Ya sea un cristal de cuarzo impulsado por un circuito oscilador, o un componente completo de "oscilador de cristal" que lo incluya todo.

Por ejemplo, una solución para generar 20kHz con buena estabilidad es usar un oscilador de cristal de 10MHz (ECS-2200BX-100, Mouser Part # 520-2200BX-100 es +/-50ppm, 0C ~ 70C), luego dividir por 500 usando un contador binario de 12 bits 74HC4040 (clear en el código 0001_1111_0011). Utiliza un montón de puertas XOR del 74HC86 para conducir la entrada CLR del 74HC4040 cuando el código de salida del 74HC4040 coincida con el código objetivo.

Cada uno de los chips 74HC, así como el oscilador de cristal de 10MHz, requiere un condensador cerámico local de 0,1uF, dentro de los 5mm, para actuar como bypass de la fuente de alimentación. Esta es una técnica de construcción comúnmente conocida que normalmente no se indica en la hoja de datos, pero es necesaria para un funcionamiento fiable.

Answer 2

El NE555 no es muy bueno para este tipo de aplicación, aunque un 10% es demasiado para un error "típico". Yo esperaría que normalmente estuviera dentro de unos pocos porcentajes y tal vez cambiara unos pocos porcentajes más con la temperatura y un par de porcentajes más con los peores valores de los componentes de sincronización. La versión bipolar también consume grandes picos de corriente en la conmutación que puede arruinar las cosas, por ejemplo, podría interactuar con el condensador en el pin 5 para alterar la sincronización. Si quitas ese 10nF puedes obtener una sincronización significativamente diferente.

No te equivocarás mucho si utilizas un regulador, un PIC de 8 pines u otra MCU pequeña y un controlador de puerta.

El uso del oscilador interno le dará una precisión del 1% o 2% en muchos de estos chips.

Utilice un cristal o un resonador para obtener una precisión mucho mayor. Si el ciclo de trabajo es su principal preocupación, probablemente pueda utilizar el oscilador interno.

Answer 3

Los voltajes de referencia en el 555 provienen de resistencias internas. Dudo que estas resistencias tengan una tolerancia del 1%. edit: Quiero decir que estoy seguro de que no la tienen según la hoja de datos. El nivel de tensión de control generado por la resistencia que sale del pin 5 del CI y controla el comparador de umbral tiene un rango de 9 a 11 voltios donde Vcc = 15V según la hoja de datos.

Puedes utilizar tus propios comparadores y un 555 o un flip flop para crear tu propio 555 y así poder utilizar tus propias resistencias de precisión.

¿Has probado a utilizar una olla recortadora? Tienes que tener en cuenta una variación del 10% en los voltajes de referencia internos dentro del CI.