Eine Frage zur Angabe von RC-Kombinationen in analogen Zeitschaltkreisen

Elektrolyte haben ziemlich hohe Leckströme, so dass sie keine gute Wahl treffen, und sie haben auch eine schlechte Toleranz, die eine erhebliche Variabilität beim Design einer Zeitverzögerungsschaltung ergibt.

Ein allgemein verfügbarer, nicht polarisierter, oberflächenmontierter Typ mit 5% Toleranz, den ich in Betracht ziehen würde, ist der dielektrische Keramikkondensator X7R. In der Größe 1206 können Sie 10 uF 16 V erhalten. Wenn Sie bereit sind, eine Toleranz von 10% zu akzeptieren, können Sie in einem 1210-Gehäuse 47 uF erhalten, aber es sind möglicherweise nur 10 Volt Nennspannung.

Schlechtere Dielektrika als X7R (z. B. X5R) ergeben höhere Werte mit größeren Toleranzen und einer gewissen Änderung der Kapazität bei angelegter Spannung, wodurch sie für anständige Timing-Anwendungen ungeeignet sind.

Je nachdem, wie genau Ihre Timing-Anforderungen sind, würde ich also davon ausgehen, dass 10 uF das Maximum sind (für halbwegs anständige Keramikkondensatoren für die Oberflächenmontage) und den Widerstand darauf basierend berechnen. Wenn der Widerstandswert über 1 MOhm liegt, würde ich mir Sorgen über Leckströme von den Pins auf dem Chip machen und einen ganz anderen Weg gehen, z. B. die Verwendung einer kleinen MCU.

Wenn Sie mit den Einschränkungen des 555 leben können:

1-) Ist es problematisch, den Cap-Wert im nF-Pegel niedrig zu halten und den R auf Hunderte von Megaohm zu erhöhen?

Ja, es ist problematisch. Es ist ein Mindeststrom erforderlich, um den Schwellenkomparator im 555 auszulösen. Typische 555er geben den Maximalwert als 0,25 uA (250 nA) an - überprüfen Sie Ihr spezifisches 555-Datenblatt, falls es anders ist. Dadurch wird eine Obergrenze für den Zeitwiderstandswert festgelegt, der je nach Versorgungsspannung des IC variiert.

Obwohl Geräte normalerweise weniger als 250 nA zum Auslösen benötigen, kann die Verwendung eines niedrigeren Stroms zu einem unzuverlässigen Betrieb führen.

Zum Beispiel aus dem TI 555-Datenblatt :

Wie in diesem Auszug aus dem TI-Datenblatt erläutert, legt diese Anforderung eine Obergrenze für die Widerstandswerte fest - es heißt:

Dieser Parameter beeinflusst den Maximalwert der Zeitwiderstände$\small R_A$Und$\small R_B$in der Schaltung von Fig. 12. Zum Beispiel wann$\small V_{CC} = 5\;\textrm{V}$, der Maximalwert ist$\small R = R_A + R_B ≉ 3.4\;\textrm{M}Ω$, und für$\small V_{CC} = 15\;\textrm{V}$, der Maximalwert ist$\small 10\;\textrm{M}Ω$.

Obwohl sie in dieser Fußnote im Datenblatt „Abbildung 12“ erwähnen, was die typische Astable-Konfiguration ist, gilt die gleiche Einschränkung für „Abbildung 9“, die die typische Monostable-Konfiguration ist. Ich habe beide hier zum leichteren Vergleich eingefügt und die Widerstände markiert, die den im Datenblatt angegebenen maximalen Gesamtwert haben:

Beachten Sie auch, dass einige Eigenschaften wie Genauigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs von Timing-Widerstands- und Kondensatorwerten angegeben werden können.

2-) Wenn ich den Widerstand auf kOhm-Pegel halte, sollte ich dann die uF-Pegelkappe verwenden. Was ist in diesem Fall die beste Alternative zu Elektrolytkondensatoren im uF-Bereich, um eine bessere Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu erzielen?

Suchen Sie nach Kondensatoren mit: Geringer Leckage; niedriger Temperaturkoeffizient (falls in Ihrer Anwendung wichtig); enge Toleranz. Diese alle wirken sich auf „Genauigkeit und Wiederholbarkeit“ aus.

Wenn Widerstände weit über 10 MOhm erforderlich sind, müssen Sie sich Gedanken über Leckströme an der Platinenoberfläche und den Leckstrom von Elektrolyten machen (oder zumindest in Betracht ziehen), wenn Sie sich nicht bereits Sorgen um IC-Eingangsruheströme gemacht haben.

Für Zeiten weit über 1 Sekunde sollten Sie die Verwendung einer MCU (insbesondere, wenn Sie auch andere ausgefallene Dinge tun möchten) oder eines 4040- oder 4060-Oszillator- / Teiler-ICs in Betracht ziehen, der für solche Zwecke mit langer Zeitverzögerung ausgelegt ist.

Im Bereich von 10 uF können Sie einen (relativ sperrigen und teuren) Folienkondensator verwenden und eine angemessene Toleranz erzielen. Dies ist die Methode der alten Schule. Mylar (Polyester) ist akzeptabel, einige andere Folien haben in manchen Situationen Vorteile aufgrund einer geringeren dielektrischen Absorption. Aus Kostengründen ist ein spezieller Elektrolyt mit geringer Leckage +/-20 % Toleranz eine weitere Option.

Sie können eine X7R- oder X5R-10-uF-Kappe ausprobieren, wie @Andy vorschlägt, aber denken Sie daran, dass die Kapazität mit zunehmender Spannung erheblich abfallen kann und dieser Abfall von Hersteller zu Hersteller und sogar von Teil zu Teil variieren kann. Um diesen Effekt zu minimieren, erhalten Sie einen physikalisch großen Teil und verringern Sie die Spannung erheblich vom Maximum.

Bearbeiten: Einige Kappen wie einige 50-V-X5R-Kappen scheinen geeignet zu sein, aber Sie müssen wirklich auf die Details für die genaue Teilenummer achten - hier ist eine Kennlinie (typisch) - dies ist eine 1210, also nicht einmal so klein:

Dieser spezielle X7R-Teil verschwindet im Grunde, wenn Sie mehr als etwa 2/3 der Nennspannung darüber haben, und er ist selbst bei 20 % der Nennspannung nicht allzu beeindruckend.

Ein Mikrocontroller, der nur seinen internen RC-Oszillator verwendet, kann Ihnen praktisch ohne externe Teile eine Genauigkeit von 1 % liefern. In der heutigen Zeit ist es sicherlich in den meisten Fällen die Lösung der Wahl.