“我们需要一个电路，能够在大约30秒的时间内产生几秒钟的紫外线LED光脉冲。”某款具有荧光元件的便携式售后市场产品的制造商说。这个设备要沉浸在紫外线下，这样在不使用时就会重新生成荧光。接下来，他们给我看了一本翻旧了的555规格书，并建议我使用它。
我想起已故的模拟设计专家Bob Pease曾经说过，他最喜欢的使用555的电路是一张白纸。有些人甚至认为555是玩具。
后来，我与另一位电子工程师讨论了这个应用，他告诉我使用555没问题。对于这个应用，不需要高精度，因此我开始了设计。
设计规范要求低占空比，也就是说，通电时间除以总时间应小于50%。我回想起了EDN设计实例文章“Design low-duty-cycle timer circuits”，这篇文章展示了如何设计低占空比的555电路。此文假设输出在小于50%的短时间内为“高”电平。但是，它的无源元件计算很复杂，并且它使用附加的二极管来缩小占空比。
使用555实现低占空比的另一种方法，是从电源通过负载连接到输出引脚，而不是尝试驱动负载。这种方法对这个设计可行。因为目的是提供紫外线脉冲，所以电信号电平可以处于任何电平。
对于本文的无稳定设计，使用了1µF的电容值和10MΩ的最大电阻（图1）。这似乎在设备的设计能力之内，因此可以合理地预期拟定的设计应该可以工作。
图1：555定时器测试电路配置为低占空比。
这个电路是在面包板上搭建和测试的。它运行良好，客户对此也感到满意，但是作为一名大学老师，以及为了向Bob Pease致敬，我都想要使用Schmitt触发器来提供替代设计。
我想起了另一个设计实例“Solenoid-protection circuit limits duty cycle”，这篇文章使用运算放大器和RC网络作为施密特触发器来实现时间延迟，从而防止仪器过热。我关注的应用需要一个无稳定的设计，如图2所示。
图2：将施密特触发器配置为无稳定工作状态。
RC网络的电容器电压在负（-）端，与运算放大器正（+）输入端的偏置项一起，产生锯齿波形（图3）。
定时可以通过自然对数计算。开关点Vbh和Vbl基于反馈电阻R10和运算放大器正（+）端的两个串联电阻R1和R8。运算放大器输出将在4.1V的高电平与0.7V的低电平之间切换。Vbh和Vbl分别计算为3.0和1.66V。
图3：电容器的锯齿波电压将施密特触发器变成低占空比的振荡器。
假设运算放大器输出为高电平，负极侧为较低值。在这种情况下，电容器C1将通过R15和二极管D10向4.1V高电平值充电。R3也会有小电流流过。一旦电容器达到Vbh值，运算放大器就会切换，电容器就会通过R3放电至接近0.7V，于是，二极管就反向偏置了。
对于充电部分，R=165k（两个330k并联），C=15µF，有：
对于放电部分，R=2.2M，有：
图4：用面包板制作的施密特触发器按预期工作。
这个电路也使用面包板制作并经过了测试（图4）。两种设计均已提交给那家公司，并且效果很好。两者均使用5V电源，可以通过USB连接器供电。有趣的是，还可注意到两种设计的相似之处：555使用了置位复位触发器和两个比较器，它们可能形成施密特触发器。
那么，是要使用555还是施密特触发器？我提醒那家公司，虽然两种设计已可以在面包板上工作，但是距离实现商业产品还有很长的路要走。另一个建议是，让他们把这两个设计展示给专门从事商业产品开发的公司。
我进一步建议他们考虑元器件的可靠性。他们的最终设计是要把这个电路和电池电源安装在便携式设备中，并且要能在广泛的环境中工作。因此，实际选择应根据环境和可靠性规范。
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：Schmitt trigger provides alternative to 555 timer，由赵明灿编译）
本文为《电子技术设计》2020年10月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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