PWM Schaltung mit NE555

[René S. (outdoor-sani)]

Hallo zusammen,

in unserer Abschlussprüfung (Elektroniker für Geräte Systeme, Winter 
22/23) und ist der angehängte Schaltungsteil enthalten. (Ausschnitt aus 
dem Schaltplan der IHK)

Kurz zur Funktion:
K2 ist ein elektronisches Poti, welches von einem Arduino gesteuert 
wird. Durch verändern des Widerstandsverhältnisses wird am Ausgang 
(MP10) ein PWM-Signal mit konstanter Frequenz und unterschiedlichem 
Tastgrad erzeugt, über das dann LEDs gedimmt werden. Dazu wird aber 
nicht die klassische PWM-Schaltung des NE555 genutzt, sondern die 
Schaltung als astabile Kippstufe.

Durch die Dioden (R34 und R35) wird der Widerstand zwischen Pin 6 und 7 
von K1 zum laden benutzt und zuwischen pin 5 und 6 zum Entladen.

Die Frage ist: Wie wirken sich die Dioden auf die Lade- und 
Entladezeiten aus? Lässt sich das berechnen?

Vielen Dank schonmal für die Hilfe!

[Michael B. (laberkopp)]

René S. schrieb:
> Wie wirken sich die Dioden auf die Lade- und Entladezeiten aus? Lässt
> sich das berechnen?

Normal wurde der NE555 seinen Kondensator über die Widerstände von 5V 
aufladen und nach 0V entladen, bis er 2/3x5 bzw. 1/3x5V erreicht hat.

Nun ist die Zielspannung zu der umgeladen wird um ca.0.7V geringer, er 
lädt also zu 4.3V auf bis 3.3V erreicht sind und entlädt auf 0.7V bis 
1.65V erreicht sind.

Die Zeiten verlängern sich also, die Frequenz liegt höher.

Auf Grund der sehr niedrigen 5V Versorgung ist der Einfluss der Dioden 
hoch, bei 15V Versorgung wäre er viel geringer.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

René S. schrieb:
> nicht die klassische PWM-Schaltung des NE555 genutzt, sondern die
> Schaltung als astabile Kippstufe.

Die Beschaltung des 555 als astabile Kippstufe ist eine klassische 
Anwendung. Sogar in der Variante mit den Dioden für getrennte Lade- und 
Entladepfade des zeitbestimmenden Kondensators.

> Die Frage ist: Wie wirken sich die Dioden auf die Lade- und
> Entladezeiten aus? Lässt sich das berechnen?

Klar läßt sich das berechnen. OK, zumindest näherungsweise.

Die Schaltschwellen des 555 liegen bei 1/3 und 2/3 Vcc. Schon die 
Formeln im Datenblatt gehen davon aus, daß die rückgekoppelte 
Rechteckspannung die Werte 0V oder Vcc hat. Das stimmt schon ohne die 
Dioden nicht, weder werden die 0V erreicht (insbesondere beim NE555) 
noch Vcc. Real geht die (Ent)ladung langsamer, die Frequenz wird also 
niedriger sein als berechnet.

Mit den Dioden sind es dann noch je eine Diodenflußspannung (ca. 0.6V) 
mehr bzw. weniger. Das kann man bei der (Ent)ladekurve des Kondensators 
berücksichtigen. Dann wird man sehen, daß die Betriebsspannung durch die 
Dioden deutlich mehr Einfluß auf die Frequenz hat. Und die Frequenz ist 
auch nicht konstant, sondern abhängig vom eingestellten Tastverhältnis.

Weit weniger Mühe wird man aber haben, wenn man die Schaltung in einer 
der vielen Spice-Varianten simuliert. Z.B. für die Poti-Einstellung auf 
10%, 50% und 90%.

[Jens G. (jensig)]

Axel S. schrieb:
> Die Schaltschwellen des 555 liegen bei 1/3 und 2/3 Vcc. Schon die
> Formeln im Datenblatt gehen davon aus, daß die rückgekoppelte
> Rechteckspannung die Werte 0V oder Vcc hat. Das stimmt schon ohne die
> Dioden nicht, weder werden die 0V erreicht (insbesondere beim NE555)
> noch Vcc.

Doch, Vcc wird erreicht, denn Pin 7 ist ja nur OC. Und Masse auch 
weitgehend, ist ja nur eine Uce_sat, die daher auch nur im untersten 
zehntel/hundertstel-Bereich liegen dürfte.

Da ist eher die rel. hohe Toleranz von bis zu plus/minus 10% ein Problem 
(je nach Exemplar). Also selbst unter Einbeziehung der Diodenspannungen 
wird das nicht unbedingt was genaues.