基本的555不稳定振荡器电路设计一定要掌握的这些细节

电路

`在555计时器可以在其单稳态模式，从而产生一个固定持续时间的精确计时器连接，或者在其双稳模式以产生一个触发型的开关动作。但是我们也可以将555定时器IC以非稳定模式连接，以产生非常稳定的555振荡器电路，以生成高度精确的自由运行波形，其输出频率可以通过外部连接的RC谐振电路（仅由两个电阻和一个电阻组成）进行调节。电容器。

在555振荡器是另一种类型的张弛振荡器的用于产生稳定的向上的任一固定频率的方波输出波形至500kHz或变化的占空比从50％至100％的。在之前的555 timer教程中，我们看到单稳态电路在其引脚2触发输入上触发时会产生一个输出单触发脉冲。
555单稳态电路在经过预设时间后停止，等待下一个触发脉冲再次开始，为了使555振荡器作为稳定的多谐振荡器工作，有必要在每个定时之后连续重新触发555 IC周期。

这种重新触发基本上是通过将触发输入（引脚2）和阈值输入（引脚6）连接在一起来实现的，从而使该器件可用作不稳定的振荡器。然后555振荡器会不断从一种状态切换到另一种状态，因此没有稳定状态。同样，先前的单稳态多谐振荡器电路的单个定时电阻也被分为两个单独的电阻R1和R2，其结点连接到放电输入（引脚7），如下所示。
基本的555不稳定振荡器电路

在上面的555振荡器电路中，引脚2和引脚6连接在一起，使电路可以在每个周期重新触发自身，从而使其可以作为自由运行的振荡器工作。在每个循环期间电容器，Ç通过两个定时电阻器，充电向上R1和R2，但只有通过电阻器放电本身，R2为另一侧R2被连接到放电端子。

然后，电容器充电至由0.693（R1 + R2）C组合确定的2 / 3Vcc（比较器上限），并自行放电至由0.693（R2 * C）确定的1 / 3Vcc（比较器下限））组合。这将导致输出波形的电压电平大约等于Vcc – 1.5V，其输出“ ON”和“ OFF”时间段由电容器和电阻器的组合确定。因此，完成输出的一个充电和放电循环所需的各个时间为：
Astable 555振荡器的充电和放电时间

其中，R以Ω为单位，C以法拉为单位。

当作为不稳定的多谐振荡器连接时，555振荡器的输出将继续在2 / 3Vcc和1 / 3Vcc之间无限充电和放电，直到断开电源为止。与单稳态多谐振荡器一样，这些充电和放电时间以及因此的频率与电源电压无关。
因此，一个完整定时周期的持续时间等于电容器充放电相加的两个单独时间的总和，并表示为：
555振荡器循环时间

振荡的输出频率可以通过将总周期时间的上述公式求逆来得出，从而给出以下Astable 555振荡器的输出频率的最终公式为：
555振荡器频率方程

通过仅改变RC组合之一的时间常数，可以精确设置占空比，即输出波形的“标记-间距”比率，可以精确地设置该占空比，并以电阻R2与电阻R1的比率给出。555振荡器的占空比，即“接通”时间除以“断开”时间的比值如下：
555振荡器占空比

占空比没有单位，因为它是一个比率，但可以表示为百分比（％）。如果两个定时电阻R1和R2的值相等，则输出占空比将为2：1，即相对于该周期而言，打开时间为66％，关闭时间为33％。
555振荡器示例1使用以下元件构建一个Astable 555振荡器，R1 =1kΩ，R2 =2kΩ，电容器C = 10uF。计算555振荡器的输出频率和输出波形的占空比。

t 1 –电容器充电“ ON”时间的计算公式为：

t 2 –电容器放电“关闭”时间的计算公式为：

因此，总的周期性时间（T）计算如下：

因此，输出频率ƒ给出为：

占空比值为：

由于定时电容器，Ç通过电阻电荷R1和R2，但只有通过电阻器放电R2输出占空比可以是50至100％，通过改变电阻的阻值而改变R2。通过降低R2的值，占空比增加到100％，通过增加R2，占空比减少到50％。如果电阻R2相对于电阻R1很大，则555稳态电路的输出频率将仅由R2 x C决定。

这种基本的555不稳定振荡器配置的问题在于，占空比，“标记对空间”之比永远不会低于50％，因为电阻R2的存在阻止了这种情况。换句话说，我们不能使输出“ ON”时间短于“ OFF”时间，因为（R1 + R2）C将始终大于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并联连接，如下所示。
改进的555振荡器占空比

通过在触发输入和放电输入之间连接这个二极管D1，定时电容器将仅通过电阻R1直接充电，因为电阻R2被二极管有效地短路了。电容器通过电阻R2正常放电。
如果需要，可以将另一个二极管D2与放电电阻R2串联，以确保定时电容器仅通过D1充电，而不通过R2的并联路径充电。这是因为在充电过程中，二极管D2以反向偏置连接，从而阻止了电流流经其自身。

现在，将先前的充电时间t 1 = 0.693（R1 + R2）C修改为考虑到这个新的充电电路，并给出为：0.693（R1 x C）。因此，占空比以D = R1 /（R1 + R2）的形式给出。然后，为了产生小于50％的占空比，电阻器R1需要小于电阻器R2。
尽管前一个电路通过给定时电容器C1通过R1 + D1组合充电，然后通过D2 + R2组合进行放电来改善输出波形的占空比，但是该电路布置的问题是555振荡器电路使用了额外的电路。组件，即两个二极管。

通过简单地将充电电阻R2的位置移至输出端（引脚3），我们可以对此思想进行改进，并非常容易地产生占空比为50％的固定方波输出波形，而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器，C1现在通过相同的电阻R2进行充电和放电，而不是像以前一样通过定时器放电引脚7进行放电。当来自振荡器555的输出为高电平时，电容器通过充电向上R2和当输出是低时，它通过排出R2。电阻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进行充电和放电时，必须稍微修改上述振荡输出频率的公式，以反映该电路的变化。然后，针对50％稳定555振荡器的新公式为：
50％占空比频率公式

请注意，电阻器R1必须足够高，以确保它不干扰电容器的充电，以产生所需的50％占空比。同样改变定时电容器的值，C1也改变了稳定电路的振荡频率。
555振荡器应用我们之前说过，通过引脚3吸收或提供负载电流的最大输出约为200mA，该值足以驱动或切换其他逻辑IC，几个LED或小灯等，因此我们需要使用双极晶体管或MOSFET来放大555的输出，以驱动较大的电流负载，例如电动机或继电器。

但是555振荡器也可用于需要很少输出电流的各种波形发生器电路和应用中，例如用于产生整个范围的不同输出测试频率的电子测试设备。

555还可用于产生非常精确的正弦，方波和脉冲波形，或者用作LED或闪光灯和调光器，以简化简单的噪声产生电路，例如节拍器，音调和声音效果发生器，甚至是圣诞节的音乐玩具。

我们可以很容易地构建一个简单的555振荡器电路，以使几个LED的“ ON”和“ OFF”（类似于所示）闪烁，或者从扬声器产生高频噪声。但是，使用基于不稳定的555振荡器构建科学项目的一个很好而又简单的方法是电子节拍器。

节拍器是用于通过产生规则且重复出现的音乐节拍或咔嗒声来标记音乐中时间的设备。可以使用555振荡器作为主要定时设备来制作一个简单的电子节拍器，并通过调整振荡器的输出频率，可以设置速度或“每分钟节拍数”。

因此，例如，每分钟60个拍子的拍速意味着每秒将发生一次拍子，而从电子学角度讲，这相当于1Hz。因此，通过使用一些非常常见的音乐定义，我们可以轻松构建一张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	率	每分钟节拍数	循环时间（T）	频率
拉盖托	非常慢	60	1秒	1.0赫兹
安达特	慢	90	666毫秒	1.5赫兹
莫德拉托	中	120	500毫秒	2.0赫兹
快板	快速	150	400毫秒	2.5赫兹
普雷斯托	非常快	180	333毫秒	3.0赫兹

节拍器的输出频率范围可以简单地计算为1分钟或60秒的倒数除以所需的每分钟节拍数，例如（1 /（60秒/ 90 bpm）= 1.5Hz），而120bpm等于2Hz，依此类推。因此，通过使用上面我们现在熟悉的公式来计算不稳定的555振荡器电路的输出频率，可以找到R1，R2和C的各个值。

不稳定555振荡器的输出波形的时间周期为：

对于我们的电子节拍器电路，定时电阻器R1的值可以通过重新排列上式得出：

假设电阻R2 =1kΩ且电容器C = 10uF，则在我们的频率范围内，定时电阻R1的值以每分钟60次跳动时为142k3Ω到以每分钟180次搏动时为46k1Ω的速度给出，因此可变电阻（电位计）为150kΩ足以使节拍器电路产生所需的全部节拍，甚至更多。然后，我们的电子节拍器示例的最终电路将为：
555电子节拍器

这个简单的节拍器电路仅演示了一种使用555振荡器产生可听声音或音符的简单方法。它使用150kΩ电位器来控制输出脉冲或拍的整个范围，并且由于具有150kΩ的值，因此可以很容易地进行校准以给出与电位器位置相对应的等效百分比值。例如，每分钟60次搏动等于142.3kΩ或95％旋转。

同样，每分钟120次搏动等于70.1kΩ或47％旋转等。可以将其他电阻器或微调器与电位器串联，以将输出上限和下限预设为预定义值，但是这些附加组件将需要在计算输出频率或时间段时要考虑在内。
尽管上述电路是产生声音的非常简单且有趣的示例，但可以通过构造可变频率，可变标记/空间来将555振荡器用作噪声发生器/合成器，或发出音乐声音，音调和警报比率波形发生器。
在本教程中，我们仅使用了一个555振荡器电路来产生声音，但是通过将两个或更多555振荡器芯片级联在一起，可以构建各种电路来产生整个范围的音乐和声音效果。下例中给出的警车“ Dee-Dah”警报器就是这种新颖的电路。
555警察“ Dee-Dah”警笛

该电路模拟警铃警报信号，该警报信号模拟警笛的声音。IC1连接为2Hz非对称不稳定多谐振荡器，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周期。

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