555振荡器计算方程及案例

555 IC可用于创建自由运行的非稳态振荡器，以连续产生方波脉冲

555定时器IC可以单声道连接因此，模式产生固定持续时间的精确定时器，或者在其双稳态模式下产生触发器型开关动作。但我们也可以在一个Astable模式下连接555定时器IC，以产生一个非常稳定的555振荡器电路，用于产生高精度的自由运行波形，其输出频率可以通过外部连接的RC振荡电路进行调整仅由两个电阻和一个电容组成。

555振荡器是另一种张弛振荡器，用于产生固定频率高达500kHz或者固定频率的稳定方波输出波形。不同的工作周期从50％到100％不等。在之前的555定时器教程中，我们看到Monostable电路在其引脚2触发输入上触发时产生单输出单触发脉冲。

而555单稳态电路在预设时间后停止等待下一次触发输入触发脉冲重新开始，为了使555振荡器作为非稳态多谐振荡器工作，必须在每个定时周期后连续重新触发555 IC。

这种重新触发是基本上通过将触发器输入（引脚2）和阈值输入（引脚6）连接在一起来实现，从而允许器件充当非稳态振荡器。然后555振荡器没有稳定状态，因为它不断从一种状态切换到另一种状态。此前单稳态多谐振荡器电路的单个定时电阻也分为两个独立的电阻， R1 和 R2 ，其结点连接到放电输入（引脚7）如下所示。

基本Astable 555振荡器电路

在上面的555振荡器电路中，引脚2和引脚6连接在一起，允许电路重新连接在每个周期触发自身，使其作为自由振荡器运行。在每个周期电容期间， C 通过两个定时电阻充电， R1 和 R2 但仅通过电阻放电， R2 由于 R2 的另一端连接到放电端子，引脚7。

然后电容充电至2 / 3Vcc（上限比较器极限）由 0.693（R1 + R2）C 组合确定，并将其自身放电至1/3Vcc（下限比较器极限），由 0.693（R2 * C）确定组合。这导致输出波形的电压电平近似等于 Vcc - 1.5V ，其输出“ON”和“OFF”时间周期由电容器和电阻器组合确定。因此，完成输出的一个充电和放电周期所需的个别时间如下：

Astable 555振荡器充电和放电时间

其中， R 以Ω为单位且 C 以法拉为单位。

当作为非稳态多谐振荡器连接时，的输出> 555振荡器将继续无限期地在2 / 3Vcc和1 / 3Vcc之间充电和放电，直到电源被移除。与单稳态多谐振荡器一样，这些充电和放电时间以及频率与电源电压无关。

因此，一个完整的定时周期的持续时间等于电容器充电的两个单独时间的总和。并且放电加在一起，并给出如下：

555振荡器循环时间

可以找到振荡的输出频率通过将上面的等式反转为总循环时间，给出Astable 555振荡器输出频率的最终等式：

555振荡器频率方程

通过改变其中一个 RC 组合的时间常数，占空比更好地称为“标记到空间”比率可以精确设置输出波形的值，并以电阻 R2 与电阻 R1 的比值给出。 555振荡器的占空比，即“ON”时间除以“OFF”时间的比率，由下式给出：

555振荡器占空比

占空比没有单位，因为它是比率但可以表示为百分比（％） 。如果两个定时电阻 R1 和 R2 的值相等，则输出占空比为2：1，即66％ON时间和33％OFF时间。关于周期。

555振荡器示例No1

Astable 555振荡器使用以下组件构建， R1 =1kΩ， R2 =2kΩ，电容 C = 10uF 。计算555振荡器的输出频率和输出波形的占空比。

t 1 - 电容充电“ON”时间计算如下： ：

t 2 - 电容放电“关闭”时间计算如下：

因此，总周期时间（T）计算如下输出频率ƒ因此给出：

给出一个占空比值：

作为定时电容， C 通过电阻 R1充电和 R2 但只能通过电阻 R2 放电，输出占空比可以通过改变电阻 R2的值来改变50％到100％。通过减小 R2 的值，占空比增加到100％，并且通过增加 R2 ，占空比减小到50％。如果电阻 R2 相对于电阻 R1 非常大，则555非稳态电路的输出频率将仅由 R2 x C 决定。

这种基本的非稳态555振荡器配置的问题在于占空比，“标记到空间”比率永远不会低于50％，因为电阻 R2 的存在阻止了这一点。换句话说，我们不能使输出“ON”时间短于“OFF”时间，因为（R1 + R2）C 总是大于 R1 x C的值。解决此问题的一种方法是将信号旁路二极管与电阻 R2 并联，如下所示。

改进555振荡器占空比

通过连接此二极管， D1 在触发输入和放电输入之间，定时电容现在将直接通过电阻 R1 充电，因为电阻 R2 被二极管有效地短路。电容通过电阻正常放电， R2 。

额外的二极管 D2 可以与放电电阻串联， R2 如果需要确保定时电容仅通过 D1 充电，而不是通过 R2 的并行路径充电。这是因为在充电过程中，二极管 D2 以反向偏置连接，阻止电流流过自身。

现在 t 1的前一个充电时间修改 = 0.693（R1 + R2）C 以考虑这个新的充电电路，并给出如下： 0.693（R1 x C）。因此占空比为 D = R1 /（R1 + R2）。然后，为了产生小于50％的占空比，电阻 R1 需要小于电阻 R2 。

虽然前一电路改善了工作通过对定时电容器 C1 通过 R1 + D1 组合充电，然后通过 D2 + R2 组合将其放电，输出波形的周期，这种电路布置的问题在于555振荡器电路使用额外的元件，即两个二极管。

我们可以改进这个想法并产生一个固定的方波输出波形，非常容易实现50％的占空比通过简单地将充电电阻的位置 R2 移动到输出（引脚3），无需任何额外的二极管，如图所示。

50％占空比稳定振荡器

555振荡器现在产生50％的占空比作为定时电容， C1 现在通过相同的电阻器充电和放电， R2 而不是如前所述通过定时器放电引脚7放电。当555振荡器的输出为高电平时，电容器通过 R2 充电，当输出为低电平时，它通过 R2 放电。电阻器 R1 用于确保电容器完全充电至与电源电压相同的值。

但是，当电容器通过同一电阻器充电和放电时，必须稍微修改振荡输出频率的等式以反映该电路变化。然后给出50％Astable 555振荡器的新等式：

50％占空比频率方程

请注意，电阻 R1 需要足够高，以确保它不会干扰电容器的充电，从而产生所需的50％占空比。同时改变定时电容的值， C1 会改变非稳态电路的振荡频率。

555振荡器应用

我们之前说过最大输出要么通过引脚3吸收或提供负载电流大约200mA，这个值足以驱动或切换其他逻辑IC，一些LED或一个小灯等，我们需要使用双极晶体管或MOSFET来放大555的输出以驱动更大的电流负载，如电机或继电器。

但555振荡器也可以可用于各种波形发生器电路和需要非常小输出电流的应用，例如电子测试设备，用于产生各种不同的输出测试频率。

555也可用于生产非常精确的正弦波，方波和脉冲波形，或作为LED或灯闪光灯和调光器，用于简单的噪音制作电路，如节拍器，音调和声音nd效果发生器，甚至圣诞节的音乐玩具。

我们可以很容易地构建一个简单的555振荡器电路来闪烁几个LED的“ON”和“OFF”类似于所示的那个，或产生一个高来自扬声器的频率噪声。但是使用基于非稳态555振荡器构建科学项目的一个非常好且简单的是电子节拍器。

节拍器是用于通过产生定期和重复的音乐节拍或点击来标记音乐片段中的时间的设备。可以使用555振荡器作为主时序器件来制作简单的电子节拍器，通过调节振荡器的输出频率，可以设置速度或“每分钟节拍数”。

例如，节奏每分钟60次节拍意味着每秒钟会发出一次节拍，而电子术语则相当于1Hz。因此，通过使用一些非常常见的音乐定义，我们可以轻松地建立一个我们的节拍器电路所需的不同频率的表格，如下所示。

节拍器频率表

音乐定义	Rate	Beats每分钟	周期时间（T）	频率
Larghetto	非常慢	60	1秒	1.0Hz
行板	慢	90	666ms	1.5Hz
琴声	中	120	500毫秒	2.0Hz
快板	快速	150	400毫秒	2.5HZ
的Presto	非常快	180	333ms	3.0Hz

节拍器的输出频率范围简单地计算为1分钟或60秒的倒数除以be的数量例如，每分钟所需的ats（ 1 /（60 secs / 90 bpm）= 1.5Hz ）和120bpm相当于2Hz，依此类推。因此，通过使用我们现在熟悉的上述等式计算非稳态555振荡器电路的输出频率， R1 ， R2 和 C 的各个值可以可以找到。

非稳态555振荡器的输出波形的时间段如下：

对于我们的电子节拍器电路，定时电阻 R1 的值可以通过重新排列上面的等式来找到：

假设电阻 R2 =1kΩ且电容 C = 10uF 的值，定时电阻 R1 我们的频率范围为142k3Ω，每分钟60次，以46k1Ω，每分钟180次，因此可变电阻器（电位器）<跨度>150kΩ对于节拍器电路来说足以产生所需的全部节拍以及更多节拍。然后我们的电子节拍器示例的最终电路将给出：

555电子节拍器

这个简单的节拍器电路演示了使用555振荡器产生可听声音或音符的一种简单方法。它使用150kΩ电位计来控制输出脉冲或节拍的全部范围，因为它具有150kΩ的值，因此可以轻松校准，以提供与电位计位置相对应的等效百分比值。例如，每分钟60次等于142.3kΩ或95％旋转。

同样，每分钟120次跳动等于70.1kΩ或47％旋转等。其他电阻器或微调器可与电位器串联连接将输出上限和下限预先设置为预定值，但在计算输出频率或时间周期时需要考虑这些附加元件。

虽然上述电路非常简单，有趣的声音生成示例，可以使用555振荡器作为噪声发生器/合成器，或通过构建可变频率，可变标记/空间比波形来制作音乐声，音调和警报在本教程中，我们仅使用一个555振荡器电路来产生声音，但通过将两个或多个555振荡器芯片级联在一起，可构建各种电路以产生一系列音乐和声音效果。一个这样的新奇电路是在下面的例子中给出的警车“Dee-Dah”警报器。

555振荡器警察“Dee-Dah”Siren

电路模拟一个模拟警笛声的鸣音警报信号。 IC1 连接为2Hz非对称非稳态多谐振荡器，用于通过10kΩ电阻对 IC2 进行频率调制。 IC2 的输出在300Hz和660Hz之间对称交替，需要0.5秒才能完成每个交替循环。