Problema de frecuencia Astable 555

Estoy tratando de construir un circuito oscilador para controlar varios LED IR a un ciclo de trabajo del 50% de 38 kHz. El diseño del circuito que usé se muestra a continuación. (Enlace de origen: http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_oscillator.html ) (El pin 7 no está conectado a ningún lado y no usé la resistencia R1 en mi caso) En realidad, un ciclo de trabajo realmente preciso no era tan importante para mí, podría tener un valor de +-10%. Pero quería una frecuencia que fuera lo más cercana posible a 38 kHz. Además de este circuito, mi diseño tiene un mosfet en su salida para controlar los LED.

Circuito astable del ciclo de trabajo del 50%

Desde el mismo sitio web utilicé esta fórmula para calcular los valores de la resistencia R2 y el condensador C1:

50% de frecuencia de ciclo de trabajo

He usado el valor R2 como 39,2 kOhm (1% de tolerancia) y el valor C2 como 470 pF (%1 de tolerancia). Entonces, según el cálculo, la salida de frecuencia debe ser 39152 Hz. Sin embargo, la frecuencia que leo en el osciloscopio es de 35,3 kHz. Entonces, en realidad mi pregunta no es sobre cómo obtener la frecuencia deseada. Simplemente podría cambiar el valor de la resistencia por prueba y obtener mis 38 kHz. El verdadero problema que me molesta es cómo no pude encontrar ninguna explicación sobre el cambio de frecuencia de 4 kHz, que es casi el 10% de la salida deseada. Si tienes alguna idea al respecto, te lo agradecería mucho.

Aquí están los componentes que usé:

  • TLC555 (número de pieza de Digikey: 296-1336-1-ND)
  • Condensador de 470 pF (número de pieza de Digikey: 399-8082-1-ND)
  • Resistencia de 39,2 kOhm (número de pieza de Digikey: 311-39.2KCRCT-ND)
  • mosfet (número de parte de digikey: DMG1012UW-7DICT-ND)
  • Condensador de 10 nF para pin 5

Y aquí escribo algunos datos importantes sobre mi circuito y las cosas que ya he intentado para resolver el problema:

  1. Primero, soy consciente del hecho de que los temporizadores 555 no son tan precisos para el tiempo. Pero el cambio de 4 kHz significa que el valor R está por encima de 43 kOhm o el valor C es 520 pF. Ambos casos me parecen realmente imposibles, ya que ambos componentes tienen una tolerancia de %1. También sé que los valores de los condensadores tienden a cambiar según el voltaje aplicado. Pero el material dieléctrico de mi condensador es C0G (NP0), que se afirma que casi no cambia el voltaje.
  2. No pude cargar el diseño de pcb, puedo intentarlo si es necesario. Tengo pocas vías en la línea entre el pin 2 y el pin 6, lo que en mi opinión no sería un problema.
  3. Como mencioné anteriormente, uso un osciloscopio para medir la frecuencia en el pin de salida 3. Realmente no sé si el osciloscopio es una herramienta confiable para medir la frecuencia. Tal vez debería contar los pasos a través de un microcontrolador.
  4. Con un multímetro medí el valor R. Es 32,1 kOhm (dentro del rango de tolerancia que esperaba). Las trazas de cobre en la línea RC tampoco superan los pocos ohmios. Entonces parece que el problema no está en el valor de R. Pero tampoco sé si medir la impedancia en el circuito con un multímetro es confiable o no.
  5. No pude averiguar si el mosfet de salida tiene un efecto en la frecuencia. Saqué el mosfet y no vi ninguna diferencia.
  6. Probé con otro TLC555, el resultado fue el mismo.
  7. Cuando miré la hoja de datos de TLC555 (TI) ( http://www.sophphx.caltech.edu/Physics_5/Data_sheets/tlc555.pdf ) (página 10) descubrí algunas propiedades que podrían retrasar el tiempo de encendido y apagado del salida, lo que podría reducir la frecuencia. No pude usar esos cálculos ya que mi configuración no es como la sugerencia astable estándar de la hoja de datos. Así que construí el circuito de acuerdo con esa configuración en la hoja de datos. Usé 10 Kohm para Ra, 39 Kohm para Rb y el mismo capacitor (470 pF). Según los cálculos, la frecuencia de salida debería haber estado cerca de los 35 kHz, pero el resultado fue de 31 kHz. ¡El mismo cambio de frecuencia de 4 kHz!
Su problema es medir con un multímetro de dos dispositivos y un osc. Debe medir el valor de las resistencias con un osciloscopio. Eso es todo.
¿Lo construiste en una placa de prueba agregando tal vez 10pF al capacitor de 470pF debido a toda la capacitancia perdida de las filas de contactos y cables de puente largos por todas partes?

Respuestas (2)

Debe tener un condensador de derivación entre los terminales de suministro, cerca del TLC555. Algo así como 10uF electrolítico en paralelo con 1uF de cerámica.

Pasar por alto el pin CONT como lo ha hecho puede tener más efecto en la frecuencia si los rieles de suministro no se pasan por alto adecuadamente.

También es posible que desee colocar una resistencia en serie con la compuerta MOSFET para limitar la corriente y usar un MOSFET que tenga una carga de compuerta baja (no use un MOSFET enorme si no es necesario).

Los cambios en el voltaje de suministro durante el ciclo cuando los LED están encendidos afectarán la frecuencia, por lo que sería mejor si el TLC555 se suministrara con un suministro regulado separado, o al menos un RC.

Muchos de estos efectos se pueden reducir si cuelga uno o dos flip-flop en la salida y ejecuta el oscilador a 2x o 4x. También se acercará mucho más al 50 % del ciclo de trabajo.

A diferencia del bipolar 555, el TLC555 brindará un ciclo de trabajo muy cercano al 50 % con la configuración que está utilizando, pero el voltaje de suministro debe permanecer muy estable y la salida tiene una carga razonablemente ligera.

De hecho, mencioné que saqué el mosfet y el resultado no cambió. Por lo tanto, no se trata de corrientes de LED o tipo de mosfet. Intenté usar condensadores de derivación después de que me lo dijeras, pero no sirvió de nada. Solo cambia alrededor de cien Hz o tal vez menos. También probé el circuito con diferentes tipos de resistencias y diferentes niveles de tensión de alimentación. No ayuda. Lo único que permaneció sin cambios fue el capacitor que usé. Tal vez se trate de eso, pero en realidad no debería ser así, ya que el fabricante garantiza un cambio de capacitancia máximo del 1 por ciento. No tiene sentido.
Intente quitar el bypass en el pin 5.

Su principal problema es que la configuración del ciclo de trabajo del 50% basada en la retroalimentación para el 555 no produce una frecuencia precisa, ya que la frecuencia aumenta dependiendo de la oscilación de salida y, por lo tanto, de la carga de salida. El uso de la configuración del diodo de derivación corrige esta dependencia a costa de uno o dos diodos y vuelve a calcular los valores de la resistencia.

¿La configuración del diodo de derivación dice esto?: electronics-tutorials.ws/waveforms/tim58.gif?81223b . Si es así, no lo intenté, pero probé la versión tradicional sin comentarios: electronics-tutorials.ws/waveforms/tim47.gif?81223b . El resultado es el mismo, todavía tengo el cambio de frecuencia de 4 kHz.
@packt: el primero es la configuración del diodo de derivación de la que estoy hablando