555电路在级联应用中的频率计算与设计
555 电路在级联应用中的频率计算与设计
杨长安
(陕西理工学院 电工电子实验中心 陕西 汉中 723003)
摘 要: 在电工电子实验教学中, 发现 555 集成电路是比较基本的一款应用电路, 他的更广泛应用之一是多级级联, 在
这一应用中的最初设计时的难点是振荡频率的计算。本文以一例实验电路的设计为例, 介绍 555 定时集成电路的级联应用,
给出了各级振荡频率的计算方法、时序波形和频率实测方法。
关键词: 555 定时集成电路; 级联应用; 振荡频率计算; 时序波形
中图分类号: TN 45 文献标识码: B 文章编号: 1004 373X (2004) 20 098 02
The O sc illation Frequency D esign & Calculation of 555 C ircuit in the
Application of M any stage Cascade Connection
YAN G Chang′an
(EEEC of ShaanxiU niversity of Techno logy, Hanzhong, 723003, China)
Abs trac t: In the experim ent teaching of electro technics and electronics, it is found that 555 tim er w as a basic app lied circuit and
one of its extensive app lications w as the m any stage cascade connection1 The difficulty m et in the o riginal design of this app lication
w as the calculation of the o scillation frequency1By analysesing the design of an experim ental circuit, the autho r introduces the
calculating m ethod of the o scillation frequency in each stage as w ell as the m easuring m ethod of frequency and the sequential
w avefo rm 1
Keyw ords: 555 tim er integrated circuit; app lication of the m any stage cascade connection; calculation of the o scillation
frequency; sequentialw avefo rm 1
收稿日期: 2004 06 03
555 定时集成电路得到了广泛应用, 多级 555 定时集
成电路通过级联, 可以实现更具特色的功能。本文通过一
个用两片 555 的级联实现救护车模拟声音电路的设计实
例, 介绍了利用控制极级联的电路结构、各级振荡频率的
计算方法。并介绍了各级频率的测试方法和时序波形。
1 实验电路结构
图 1 是救护车声音的模拟电路的基本结构, 由两片
555 级联而成。为叙述方便, 这里给出 555 定时器结构图,
如图 2 所示。
2 级振荡频率计算
211 第一级振荡频率的计算
依据文献 [1] 中有关章节的知识和如图 2 所示的 555
定时器结构图, 555 入端的 3 只电阻均为 5 k8 , 将电源电压
3 等份。各电路元件参数示于图中。要求出电容器C 1 的充、
放电时间常数 T 充, T 放, 首先要确定的是上、下阀值电压:
V T + = 2
3 V CC V T- = 1
3 V CC
从而计算出 C 1 的充、放电时间常数:
T 充= (R 1 + R 2)C 1 ln V CC - V T -
V CC - V T +
= (10 + 33) × 10 ln 2?3
1?3 = 29617(m s)
T 放 = R 2C 1 ln 0 - V T +
0 - V T -
= 33 × 10 ln 2?3
1?3 = 22717(m s)
第一级振荡周期:
T 1 = T 充 + T 放 = 52414(m s)
振荡频率:
F 1 = 1
T 1
· 119(H z)
图 1 救护车声音模拟电路
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制造与设计 杨长安: 555 电路在级联应用中的频率计算与设计
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图 2 555 定时器结构图
第一级振荡器的输出(3 脚) 的波形如图 3 所示。
图 3 各级电压波形关系图
212 第二级振荡频率的计算
第一级的输出U O1通过一支二极管联接到了第二级的
5 脚 (U CO 控制电压输入端) , 所以第二级工作在受控振荡
状态。参考文献[1]中有关章节的基础知识和 555 结构图,
本级的振荡频率受前级输出的高、低电平的控制而改变。
实际上前级输出的高、低电平改变了本级的两个阀值电
压, 因此, 计算出本级的两个阀值电压就成为计算振荡频
率的关键。
当U O1为高电平时, 二极管D 正向导通, 且取U O1的高
电平为 414 V , 忽略二极管的正向管压降, 第二级 5 脚U CO
= 414 V , 根据 555 内部电路的入端元件参数可知:
V T + = V CO = 414 V ; V T - = 1?2V T + = 212 V
确定了上、下阀值电压后, 就可进一步计算出电容器
C 3 的充、放电时间常数 T 充, T 放:
T 充= (R 4 + R 5)C 3 ln V CC - V T -
V CC - V T +
= (10 + 36) × 0101 ln 218
016 · 0171(m s)
T 放= R 5C 3 ln 0 - V T +
0 - V T -
= 36 × 0101 ln 0 - 414
0 - 212 · 0124(m s)
振荡周期: T 2 = T 充 + T 放 = 0195(m s)
振荡频率: F 2 = 1?T 2 = 1105(kHz)
当U O1 为低电平时, 二极管正向截止, 本级 5 脚不受前
级控制, 其电位由本级输入电路参数决定,V T + = 2?3 V CC;
V T - = 1?3 V CC。进一步计算出电容器C 3 的充、放电时间常
数 T 充, T 放:
T 充= (R 4 + R 5)C 3 ln V CC - 1?3V CC
V CC - 2?3V CC
= (10 + 36) × 0101 ln2 · 0132(m s)
T 放= R 5C 3 ln 0 - 2?3V CC
0 - 1?3V CC
= 36 × 0101 ln2 · 0124(m s)
振荡周期: T 3 = T 充 + T 放 = 0156(m s)
振荡频率: F 3 = 1?T 3 · 1178(kHz)
3 时序波形
图 3 给出了电容器 C 1 上的电压U C1 和两级输出电压
U O1,U O2 的时序波形关系。从U O2 的波形可以看出, 第二级
振荡器是以频率 F 2 和 F 3 交替工作的(F 2 < F 3)。因此, 在
输出级接上发生器, 就可以发出“嘀- 嘟, 嘀- 嘟”的模拟
救护车声音。
4 频率实测方法
第一级振荡器的输出U O1 的频率可以用示波器在 3 脚
测出。第二级振荡器的输出U O2 的频率可分两次测量。将示
波器接在第二级振荡器的3 脚, 将第一级555 的 2 脚和6 脚
直接接到+ 5 V 电源上, 此时U O1 始终为高电平输出, 示波
器所测到的U O2 的频率即为 F 2。将第二级振荡器的 5 脚与
前级断开, 此时示波器所测到的U O2 的频率即为 F 3。
5 几点说明
(1) 为了使U O1 的频率可以改变, 从而改变模拟声音
的频率, 可将 R 2 改为一电位器, 将其滑动端接入 555 的 7
脚, 改变其阻值, 就可以改变U O1 输出的高、低电平的转换
频率, 从而达到改变输出模拟声音频率的目的。
(2) 为了减小计算频率与实际频率的误差, 二极管D
选用锗管 (管压降为 013 V )。
参 考 文 献
[1 ] 阎石 1 数字电子技术基础 (第 4 版) [M ] 1 北京: 高等教
育出版社, 20021
作者简介 杨长安 男, 1960 年出生, 高级实验师, 主要研究方向为电力电子技术及交、直流传动技术, 发表论文十余篇。现从事
电工电子实验教学工作。
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《现代电子技术》2004 年第 20 期总第 187 期 t 集 成 电 路ü
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