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555电路在级联应用中的频率计算与设计
资料介绍
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。
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杨长安: 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:
45ꢀꢀꢀꢀꢀ文献标识码: ꢀꢀꢀꢀꢀ文章编号: 1004 373
X
2004 20 098 02
TN
B
555
The O sc illation Frequency D esign & Calculation of
C ircuit in the
Application of M any stage Cascade Connection
′
YAN G Chang an
(
)
,
, 723003,
China
EEEC of ShaanxiU niversity of Techno logy Hanzhong
:
,
555
Abs trac t In the experim ent teaching of electro technics and electronics it is found that
tim er w as a basic app lied circuit and
1
one of its extensive app lications w as the m any stage cascade connection The difficulty m et in the o riginal design of this app lication
1
,
w as the calculation of the o scillation frequency By 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
1
w avefo rm
:
555
;
;
stage cascade connection calculation of the o scillation
Keyw ords
tim er integrated circuit app lication of the m any
;
1
frequency sequential w avefo rm
ꢀꢀ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。
从而计算出 的充、放电时间常数:
C
1
V CC
V CC
-
-
V T -
V T +
( )
R 1 + R 2 C1 ln
T 充
=
2 3
1 3
(
)
(
)
=
10 + 33 × 10 ln
= 29617 m s
0 - V T +
0 - V T -
2 3
1 3
1ꢀ实验电路结构
( )
= 22717 m s
T 放 = R 2C1 ln
= 33 × 10 ln
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。
第一级振荡周期:
(
)
T 1 = T 充 + T 放 = 52414 m s
振荡频率:
1
T 1
2ꢀ级振荡频率计算
(
)
• 119 H z
F 1 =
211ꢀ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
, 将电源电压
k8
3 等份。各电路元件参数示于图中。要求出电容器C1 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:
2
3
1
3
V T +
=
V CC ꢀꢀV T-
=
V CC
图 1ꢀ救护车声音模拟电路
收稿日期: 2004 06 03
98
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
《现代电子技术》2004 年第 20 期总第 187 期
ꢀ 集 成 电 路
0 - 414
0 - 212
( )
• 0124 m s
ꢀꢀꢀ = 36 × 0101 ln
(
)
ꢀꢀ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 = 2 3 V CC
;
T +
V T - = 1 3 V CC。进一步计算出电容器C3 的充、放电时间常
数 T 充, T 放:
V CC
V CC
-
-
1 3V CC
2 3V CC
(
)
T 充
=
R 4 + R 5 C3 ln
ꢀꢀ
(
)
(
)
=
10 + 36 × 0101 ln2 • 0132 m s
0 - 2 3V CC
0 - 1 3V CC
图 2ꢀ555 定时器结构图
T 放= R 5C3 ln
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
)
第一级振荡器的输出 3 脚 的波形如图 3 所示。
(
)
= 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
3ꢀ 时序波形
图 3 给出了电容器 C1 上的电压U C1 和两级输出电压
UO1,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。
图 3ꢀ各级电压波形关系图
212ꢀ第二级振荡频率的计算
4ꢀ 频率实测方法
第一级的输出 O1通过一支二极管联接到了第二级的
U
(
)
CO 控制电压输入端 , 所以第二级工作在受控振荡
5 脚
U
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。
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
O1为高电平时, 二极管 正向导通, 且取 O1的高
D U
U
5ꢀ 几点说明
电平为 414 , 忽略二极管的正向管压降, 第二级 5 脚
V
U
CO
= 414 , 根据 555 内部电路的入端元件参数可知:
V
( )
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。
V T + = V CO = 414 V ; V T - = 1 2V
= 212 V
T +
ꢀꢀ确定了上、下阀值电压后, 就可进一步计算出电容器
3 的充、放电时间常数
,
:
放
C
T
充
T
( )
2 为了减小计算频率与实际频率的误差, 二极管
D
V CC
V CC
-
-
V T -
V T +
(
)
。
选用锗管 管压降为 013
V
(
)
T 充
=
R 4 + R 5 C3 ln
ꢀꢀꢀꢀꢀ
参ꢀ考ꢀ文ꢀ献
218
016
(
)
(
)
=
10 + 36 × 0101 ln
•
0171 m s
(
)
[
M
[1 ] 阎石 1 数字电子技术基础 第 4 版
] 1 北京: 高等教
育出版社, 20021
0 -
0 -
V
V
T +
T -
T 放= R 5C3 ln
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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。
99
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