
模擬定時器LMC555 CMOS的多功能性早已廣為人知,然而,在某些應用中,它仍然能帶來令人意外的表現。圖1所示的電路便是一個例子。
在這個設計中,僅使用一顆線性電位器,搭配一組簡單的RC網絡,即可將555方波振蕩器的頻率設定于低于10Hz到高于100kHz的范圍內。這代表頻率調整比例超過10000:1,橫跨4個decade (每個decade代表10倍頻率變化),以及13個octave (每個octave為2倍頻率)。以下將說明其工作原理。

圖1:R1可將U1的振蕩頻率設定于低于10Hz至高于100kHz之間
波形合成與頻率控制機制
電位器R1的作用,是對U1輸出的0至V+峰對峰方波進行可變衰減,并將該信號送入由R4、R5與C1構成的分頻與積分網絡。此處產生的結果,是由兩個成分所組合而成的復合波形:其一是由C1形成、幅度受限的計時斜坡波;其二則是由R5形成的、經衰減后的方波成分。這兩個信號疊加后的波形,會同時送入U1的Trigger與Threshold引腳。
這樣的輸入方式,最終形成了圖2中所示的頻率與R1旋鈕位置之間的關系曲線,并以半對數坐標加以呈現。

圖2:U1振蕩頻率相對于R1設定值的變化范圍極大,因此必須使用對數刻度來表示
對數特性與實用范圍
當R1逐漸接近其旋轉行程的極限時,頻率變化曲線的曲率會變得相當劇烈。然而,在電位器行程約10%至90%的中段區(qū)域內,其對數一致性仍相當不錯,并可涵蓋約兩個decade的頻率調整范圍。這一特性已以紅色曲線方式示意于圖3中。

圖3:在R1中段約80%的行程范圍內,可觀察到相當良好的對數一致性。
當然,當R1調整至接近其極限位置時,頻率的精準度將對U1內部電壓分壓器網絡的制程公差,以及外部電阻組件的公差變得極為敏感。
基于這個原因,本設計選擇從U1的第7引腳(Discharge)而非第3引腳(Output)取得頻率輸出,以盡可能降低負載對振蕩穩(wěn)定性所造成的額外影響。
不過,這個設計的最大優(yōu)勢無疑在于其極寬的動態(tài)頻率范圍。至于頻率精度,則并非它的強項。
