多諧震盪器 二極體直流電阻算法請益

yoweichan

各位先進大家好

小弟過年閒來無事 想學習電子 本次的功課是 IC 555 閃爍燈電路

小弟是根據書上的電路開始做實驗

圖紙如下



小弟在R1 取51K歐姆 , R2 取100K歐姆 . C取10uF

工作環境如下 輸入電源是6V





這樣的電路可以算出來大約的頻率與週期 與示波器接近

也就是 週期算出來= (51+200)*1000 * 10uF*0.693 = 1.739s 與示波器很接近

duty 以及 正脈波寬度都正確

可是小弟依照下面這圖在接上去時



這圖是將充電與放電迴路分開

算起來就會有一些誤差了 雖然也是接近 但明顯就與示波器量到的有誤差





小弟百思不得其解 翻到另一本書上面有另一個例子



在這個例子 充放電迴路要把二極體直流電阻考慮進去

請問一下各位先進 以我這個例子來說 能教我一下這個電路的二極體直流電阻算法嗎?

另外再請教一下 555產生出來的電路似乎不歸零

但是如果接成施密特觸發器時 出來的波形可以歸零



所以我想請問說 如果要讓閃爍燈電路的波形歸0 是否還要再加一級的555施密特觸發器

或是電壓隨藕器才能達到呢?

單一的555有辦法讓方波VL歸0嗎?

感恩各位前輩指導

ciko.ciko

各廠家的555的因內部結構不同,至少有3類,其輸出頻率並無法精準(其與線路聯接方式/電容誤差及供電電壓的高低有關),其輸出端壓降(視輸出級結構及負載而定)也會有所差異.555的使用,一般是取用電路其簡易,並無法使用於精確電路上.

yoweichan

ciko.ciko 發表於 2020-1-29 12:12 AM
各廠家的555的因內部結構不同,至少有3類,其輸出頻率並無法精準(其與線路聯接方式/電容誤差及供電電壓的高低 ...

老師 這我曉得 那請問一下 二極體的直流電阻 有辦法用什麼式子近似帶入嗎?

jason680

yoweichan 發表於 2020-1-29 12:43 AM
老師 這我曉得 那請問一下 二極體的直流電阻 有辦法用什麼式子近似帶入嗎? ...

如果真的要沙鍋打破底...

還是最基本的公式....

V = I * R

二極體的規格書,都有偏壓曲線圖
圖上有V,有I 自然就能得R
註:找到一個工作點(電壓),然後畫切線(delta I / delta V = 1/R )...

也可以參考一下...
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1


補充: 說起這個,就想到 當年高職上電子學...
老師跟我們說,在一般電路,計算時只要不要差太多...
計算跟結果差個10%,也可能是OK的...
想一想 一般電阻都跟你說有5%誤差
電容的話那更是小case,
以誤差J,K,M來說是 +- 5%, 10%, 20%
還有隨便就是+-20%起跳的電解電容
google打 "電解電容 規格書" 點前三個都是 +-20%

簡單的說,如果你算出來的頻率是 50KHz ,
量到45K~55K都算正常,
量到40K~60K也不算錯
如果考量R' (二極體內阻)效應會差更大....

如果是差很多量到八九十K(近百K,兩倍),
或只剩二三十K(二分之一)可能要查一下...

upchome

yoweichan 發表於 2020-1-29 12:43 AM
老師 這我曉得 那請問一下 二極體的直流電阻 有辦法用什麼式子近似帶入嗎? ...

別糾結在D1D2上了，D1D2在這裡是當開關使用。

SIMON1016

ciko.ciko

yoweichan 發表於 2020-1-29 12:43 AM
老師 這我曉得 那請問一下 二極體的直流電阻 有辦法用什麼式子近似帶入嗎? ...

1.可依據4#及6#大大的說明,並參考6#的二極體V-I曲線,可找出當二極體的壓降分別為0.6V及0.5V時,其流過的電流約為1mA及0.1mA,套入4#提及的公式,可計算出其動態電阻為R=(0.6V-0.5V)/(1mA-0.1mA)=111歐姆.
2.But,此假設的動態電阻在此電路中是否舉例洽當?因為實際流過二極體的電流又受到電容器的充放電的當時電壓及串接電阻的高低影響而有不同,在能力有限下,目前僅能做此回覆.

yoweichan

ciko.ciko 發表於 2020-1-29 09:09 AM
1.可依據4#及6#大大的說明,並參考6#的二極體V-I曲線,可找出當二極體的壓降分別為0.6V及0.5V時,其流過的電 ...

老師 那我了解了 就算用曲線計算帶入的也是不準

那如果把他想像成這個誤差是由於二極體造成的 至於誤差多少 暫時不計 只要近似就好

這樣想可以嗎?

tonysun

555是個便宜的方案，但是以現在的方式，如果要輸出期望的各種變化訊號，不如弄顆同樣pin數，內建振盪的MCU，即可由韌體寫出各式想到的輸出訊號。但這裡分析一下電子電路，應該仍有學習的意義。我當年初學的時候也一樣，什麼都想當電阻來考慮，但實際上，沒辦法什麼都當電阻，既然樓主提問了，我就把電路探討一下:

由datasheet的資訊可知，555在充電與放電的觸發臨界電壓分別是(2/3)VCC與(1/3)VCC，你的VCC=6V，這兩個電壓就是4V與2V，由於矽二極體在小電流的電壓降在0.5V~0.7V上下，再加上放電時電晶體的VCE=0.2~0.3V(電晶體飽和區工作的VCE)

555是相當早的IC，工作電壓高於現今的一般IC，可以到16V，它他的555的公式是基於0.66VCC與0.33VCC這樣的理想情況算出的，在較高的工作電壓如 9V、12V 工作時，那個0.2V的影響較小，可以忽略，但你現在新的電路中加上了二極體，工作的電壓又低，這些壓降相對於電源電壓佔了較大的比率，因此影響更就更大而明顯了。

基於二極體的特性，你不應該期望把二極體算成電阻，而應該當成一個0.6V壓降的開關。雖然你用的黑色塑膠封裝的二極體應該是1N4001-4007系列，但我們就以樓上1N4148的曲線來看，在0.5mA時的壓降0.6V，此時相當於一個0.6/0.5=1.2KOhm的電阻，在1mA時的壓降在0.65V，此時相當於一個0.65/1=0.65KOhm的電阻，可以看到它在充放電工作時的等效電阻值變化是很大的! 充電開始與結束時的電流也有很大差異，因此，不建議用電阻近似，但如果真要用電阻近似，至少也要依實際零件數值，計算出平均電流，才能降低近似誤差。

比較好的推算方法是:
除了上電第一次是0V充起，依照6V電源電壓，充電半週計算是基於由6V對2V充電，取2V到4V這一段的時間，放電半週是由4V對0V放電，取4V到2V這一段的時間。實際情況則大約是6V-0.6V=5.4V對2V充電，取取2V到4V這一段的時間，4V對0.6V+0.2V=0.8V放電，取4V到2V的時間。可以用計算的，也可以到充放電曲線上抓個約值，最後應該可以得到一個不同於 1.44 的新參數，拿這個新參數來算，準確度就可以提高了。


555是雙極電晶體(bipolar transistor)的元件，輸出VOL的最低值是輸出電晶體的飽和VCE，如果你要更低更近於0的低輸出電壓，建議你用一顆數位 CMOS 元件或類比的 Rail-to-rail 輸出的 OPAmp，MOS開關ON的特性是個電阻，如果在功率應用，有很多ON電阻很低的MOS可用。

如有興趣不妨找一下，電晶體作開關用電路(工作在飽和區)的特性與MOS作開關用電路的特性，或許以後有用到的地方

yoweichan

tonysun 發表於 2020-1-29 12:01 PM
555是個便宜的方案，但是以現在的方式，如果要輸出期望的各種變化訊號，不如弄顆同樣pin數，內建振盪的MCU ...

原來這個如此複雜
感謝 tonysun 大指點
因為我也還在學習電子階段 當初買示波器 電錶的原因
就是希望能夠深入學習
看來現在我的程度 還不足以算出這個東西 也沒辦法像你依樣做出這樣的分析
我會再努力多學習的
感謝前輩指點

ciko.ciko

yoweichan 發表於 2020-1-29 12:31 PM
原來這個如此複雜
感謝 tonysun 大指點
因為我也還在學習電子階段 當初買示波器 電錶的原因

1.從6#的V-I曲線觀測,取單點電壓與電流的關係,可算出該交越點的電阻值,當電流由大轉小時,計算出的電阻值是由低變高,而你電路中的R1=100K,最大電流僅為6V/100K=0.06mA,依區線走勢並計算二極體內阻已約10k歐姆,這也是產生頻率誤差偏大的主要原因.
2.改善方法可將R1與R2的阻值變低或提高電源偏壓.(亦即將二極體電流提升可降低期內阻,以期改善誤差)