555振蕩器計(jì)算方程及案例

555 IC可用于創(chuàng)建自由運(yùn)行的非穩(wěn)態(tài)振蕩器，以連續(xù)產(chǎn)生方波脈沖

555定時器IC可以單聲道連接因此，模式產(chǎn)生固定持續(xù)時間的精確定時器，或者在其雙穩(wěn)態(tài)模式下產(chǎn)生觸發(fā)器型開關(guān)動作。但我們也可以在一個Astable模式下連接555定時器IC，以產(chǎn)生一個非常穩(wěn)定的555振蕩器電路，用于產(chǎn)生高精度的自由運(yùn)行波形，其輸出頻率可以通過外部連接的RC振蕩電路進(jìn)行調(diào)整僅由兩個電阻和一個電容組成。

555振蕩器是另一種張弛振蕩器，用于產(chǎn)生固定頻率高達(dá)500kHz或者固定頻率的穩(wěn)定方波輸出波形。不同的工作周期從50％到100％不等。在之前的555定時器教程中，我們看到Monostable電路在其引腳2觸發(fā)輸入上觸發(fā)時產(chǎn)生單輸出單觸發(fā)脈沖。

而555單穩(wěn)態(tài)電路在預(yù)設(shè)時間后停止等待下一次觸發(fā)輸入觸發(fā)脈沖重新開始，為了使555振蕩器作為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器工作，必須在每個定時周期后連續(xù)重新觸發(fā)555 IC。

這種重新觸發(fā)是基本上通過將觸發(fā)器輸入（引腳2）和閾值輸入（引腳6）連接在一起來實(shí)現(xiàn)，從而允許器件充當(dāng)非穩(wěn)態(tài)振蕩器。然后555振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)樗粩鄰囊环N狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。此前單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的單個定時電阻也分為兩個獨(dú)立的電阻， R1 和 R2 ，其結(jié)點(diǎn)連接到放電輸入（引腳7）如下所示。

基本Astable 555振蕩器電路

在上面的555振蕩器電路中，引腳2和引腳6連接在一起，允許電路重新連接在每個周期觸發(fā)自身，使其作為自由振蕩器運(yùn)行。在每個周期電容期間， C 通過兩個定時電阻充電， R1 和 R2 但僅通過電阻放電， R2 由于 R2 的另一端連接到放電端子，引腳7。

然后電容充電至2 / 3Vcc（上限比較器極限）由 0.693（R1 + R2）C 組合確定，并將其自身放電至1/3Vcc（下限比較器極限），由 0.693（R2 * C）確定組合。這導(dǎo)致輸出波形的電壓電平近似等于 Vcc - 1.5V ，其輸出“ON”和“OFF”時間周期由電容器和電阻器組合確定。因此，完成輸出的一個充電和放電周期所需的個別時間如下：

Astable 555振蕩器充電和放電時間

其中， R 以Ω為單位且 C 以法拉為單位。

當(dāng)作為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器連接時，的輸出> 555振蕩器將繼續(xù)無限期地在2 / 3Vcc和1 / 3Vcc之間充電和放電，直到電源被移除。與單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器一樣，這些充電和放電時間以及頻率與電源電壓無關(guān)。

因此，一個完整的定時周期的持續(xù)時間等于電容器充電的兩個單獨(dú)時間的總和。并且放電加在一起，并給出如下：

555振蕩器循環(huán)時間

可以找到振蕩的輸出頻率通過將上面的等式反轉(zhuǎn)為總循環(huán)時間，給出Astable 555振蕩器輸出頻率的最終等式：

555振蕩器頻率方程

通過改變其中一個 RC 組合的時間常數(shù)，占空比更好地稱為“標(biāo)記到空間”比率可以精確設(shè)置輸出波形的值，并以電阻 R2 與電阻 R1 的比值給出。 555振蕩器的占空比，即“ON”時間除以“OFF”時間的比率，由下式給出：

555振蕩器占空比

占空比沒有單位，因?yàn)樗潜嚷实梢员硎緸榘俜直龋ǎィ?。如果兩個定時電阻 R1 和 R2 的值相等，則輸出占空比為2：1，即66％ON時間和33％OFF時間。關(guān)于周期。

555振蕩器示例No1

Astable 555振蕩器使用以下組件構(gòu)建， R1 =1kΩ， R2 =2kΩ，電容 C = 10uF 。計(jì)算555振蕩器的輸出頻率和輸出波形的占空比。

t 1 - 電容充電“ON”時間計(jì)算如下： ：

t 2 - 電容放電“關(guān)閉”時間計(jì)算如下：

因此，總周期時間（T）計(jì)算如下輸出頻率?因此給出：

給出一個占空比值：

作為定時電容， C 通過電阻 R1充電和 R2 但只能通過電阻 R2 放電，輸出占空比可以通過改變電阻 R2的值來改變50％到100％。通過減小 R2 的值，占空比增加到100％，并且通過增加 R2 ，占空比減小到50％。如果電阻 R2 相對于電阻 R1 非常大，則555非穩(wěn)態(tài)電路的輸出頻率將僅由 R2 x C 決定。

這種基本的非穩(wěn)態(tài)555振蕩器配置的問題在于占空比，“標(biāo)記到空間”比率永遠(yuǎn)不會低于50％，因?yàn)殡娮?R2 的存在阻止了這一點(diǎn)。換句話說，我們不能使輸出“ON”時間短于“OFF”時間，因?yàn)椋≧1 + R2）C 總是大于 R1 x C的值。解決此問題的一種方法是將信號旁路二極管與電阻 R2 并聯(lián)，如下所示。

改進(jìn)555振蕩器占空比

通過連接此二極管， D1 在觸發(fā)輸入和放電輸入之間，定時電容現(xiàn)在將直接通過電阻 R1 充電，因?yàn)殡娮?R2 被二極管有效地短路。電容通過電阻正常放電， R2 。

額外的二極管 D2 可以與放電電阻串聯(lián)， R2 如果需要確保定時電容僅通過 D1 充電，而不是通過 R2 的并行路徑充電。這是因?yàn)樵诔潆娺^程中，二極管 D2 以反向偏置連接，阻止電流流過自身。

現(xiàn)在 t 1的前一個充電時間修改 = 0.693（R1 + R2）C 以考慮這個新的充電電路，并給出如下： 0.693（R1 x C）。因此占空比為 D = R1 /（R1 + R2）。然后，為了產(chǎn)生小于50％的占空比，電阻 R1 需要小于電阻 R2 。

雖然前一電路改善了工作通過對定時電容器 C1 通過 R1 + D1 組合充電，然后通過 D2 + R2 組合將其放電，輸出波形的周期，這種電路布置的問題在于555振蕩器電路使用額外的元件，即兩個二極管。

我們可以改進(jìn)這個想法并產(chǎn)生一個固定的方波輸出波形，非常容易實(shí)現(xiàn)50％的占空比通過簡單地將充電電阻的位置 R2 移動到輸出（引腳3），無需任何額外的二極管，如圖所示。

50％占空比穩(wěn)定振蕩器

555振蕩器現(xiàn)在產(chǎn)生50％的占空比作為定時電容， C1 現(xiàn)在通過相同的電阻器充電和放電， R2 而不是如前所述通過定時器放電引腳7放電。當(dāng)555振蕩器的輸出為高電平時，電容器通過 R2 充電，當(dāng)輸出為低電平時，它通過 R2 放電。電阻器 R1 用于確保電容器完全充電至與電源電壓相同的值。

但是，當(dāng)電容器通過同一電阻器充電和放電時，必須稍微修改振蕩輸出頻率的等式以反映該電路變化。然后給出50％Astable 555振蕩器的新等式：

50％占空比頻率方程

請注意，電阻 R1 需要足夠高，以確保它不會干擾電容器的充電，從而產(chǎn)生所需的50％占空比。同時改變定時電容的值， C1 會改變非穩(wěn)態(tài)電路的振蕩頻率。

555振蕩器應(yīng)用

我們之前說過最大輸出要么通過引腳3吸收或提供負(fù)載電流大約200mA，這個值足以驅(qū)動或切換其他邏輯IC，一些LED或一個小燈等，我們需要使用雙極晶體管或MOSFET來放大555的輸出以驅(qū)動更大的電流負(fù)載，如電機(jī)或繼電器。

但555振蕩器也可以可用于各種波形發(fā)生器電路和需要非常小輸出電流的應(yīng)用，例如電子測試設(shè)備，用于產(chǎn)生各種不同的輸出測試頻率。

555也可用于生產(chǎn)非常精確的正弦波，方波和脈沖波形，或作為LED或燈閃光燈和調(diào)光器，用于簡單的噪音制作電路，如節(jié)拍器，音調(diào)和聲音nd效果發(fā)生器，甚至圣誕節(jié)的音樂玩具。

我們可以很容易地構(gòu)建一個簡單的555振蕩器電路來閃爍幾個LED的“ON”和“OFF”類似于所示的那個，或產(chǎn)生一個高來自揚(yáng)聲器的頻率噪聲。但是使用基于非穩(wěn)態(tài)555振蕩器構(gòu)建科學(xué)項(xiàng)目的一個非常好且簡單的是電子節(jié)拍器。

節(jié)拍器是用于通過產(chǎn)生定期和重復(fù)的音樂節(jié)拍或點(diǎn)擊來標(biāo)記音樂片段中的時間的設(shè)備。可以使用555振蕩器作為主時序器件來制作簡單的電子節(jié)拍器，通過調(diào)節(jié)振蕩器的輸出頻率，可以設(shè)置速度或“每分鐘節(jié)拍數(shù)”。

例如，節(jié)奏每分鐘60次節(jié)拍意味著每秒鐘會發(fā)出一次節(jié)拍，而電子術(shù)語則相當(dāng)于1Hz。因此，通過使用一些非常常見的音樂定義，我們可以輕松地建立一個我們的節(jié)拍器電路所需的不同頻率的表格，如下所示。

節(jié)拍器頻率表

節(jié)拍器的輸出頻率范圍簡單地計(jì)算為1分鐘或60秒的倒數(shù)除以be的數(shù)量例如，每分鐘所需的ats（ 1 /（60 secs / 90 bpm）= 1.5Hz ）和120bpm相當(dāng)于2Hz，依此類推。因此，通過使用我們現(xiàn)在熟悉的上述等式計(jì)算非穩(wěn)態(tài)555振蕩器電路的輸出頻率， R1 ， R2 和 C 的各個值可以可以找到。

非穩(wěn)態(tài)555振蕩器的輸出波形的時間段如下：

對于我們的電子節(jié)拍器電路，定時電阻 R1 的值可以通過重新排列上面的等式來找到：

假設(shè)電阻 R2 =1kΩ且電容 C = 10uF 的值，定時電阻 R1 我們的頻率范圍為142k3Ω，每分鐘60次，以46k1Ω，每分鐘180次，因此可變電阻器（電位器）<跨度>150kΩ對于節(jié)拍器電路來說足以產(chǎn)生所需的全部節(jié)拍以及更多節(jié)拍。然后我們的電子節(jié)拍器示例的最終電路將給出：

555電子節(jié)拍器

這個簡單的節(jié)拍器電路演示了使用555振蕩器產(chǎn)生可聽聲音或音符的一種簡單方法。它使用150kΩ電位計(jì)來控制輸出脈沖或節(jié)拍的全部范圍，因?yàn)樗哂?50kΩ的值，因此可以輕松校準(zhǔn)，以提供與電位計(jì)位置相對應(yīng)的等效百分比值。例如，每分鐘60次等于142.3kΩ或95％旋轉(zhuǎn)。

同樣，每分鐘120次跳動等于70.1kΩ或47％旋轉(zhuǎn)等。其他電阻器或微調(diào)器可與電位器串聯(lián)連接將輸出上限和下限預(yù)先設(shè)置為預(yù)定值，但在計(jì)算輸出頻率或時間周期時需要考慮這些附加元件。

雖然上述電路非常簡單，有趣的聲音生成示例，可以使用555振蕩器作為噪聲發(fā)生器/合成器，或通過構(gòu)建可變頻率，可變標(biāo)記/空間比波形來制作音樂聲，音調(diào)和警報(bào)在本教程中，我們僅使用一個555振蕩器電路來產(chǎn)生聲音，但通過將兩個或多個555振蕩器芯片級聯(lián)在一起，可構(gòu)建各種電路以產(chǎn)生一系列音樂和聲音效果。一個這樣的新奇電路是在下面的例子中給出的警車“Dee-Dah”警報(bào)器。

555振蕩器警察“Dee-Dah”Siren

電路模擬一個模擬警笛聲的鳴音警報(bào)信號。 IC1 連接為2Hz非對稱非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，用于通過10kΩ電阻對 IC2 進(jìn)行頻率調(diào)制。 IC2 的輸出在300Hz和660Hz之間對稱交替，需要0.5秒才能完成每個交替循環(huán)。