555 滞后振荡器

零件和材料

• 一节 9V 电池
• 电池夹（Radio Shack 目录编号 270-325）
• 迷你挂钩夹（焊接到电池夹，Radio Shack 目录编号 #270-372）
• U1 - 555 定时器 IC（Radio Shack 目录 # 276-1723）
• D1 - 红色发光二极管（Radio Shack 目录 # 276-041 或同等产品）
• D2 - 绿色发光二极管（Radio Shack 目录号 # 276-022 或同等产品）
• R1、R2 - 1 KΩ 1/4W 电阻器
• R3 - 10 Ω 1/4W 电阻器
• R4 - 10 KΩ，15 圈电位器（Radio Shack 目录 # 271-343）
• C1 - 1 µF 电容器（Radio Shack 目录 272-1434 或同等产品）
• C1 - 100 µF 电容器（Radio Shack 目录 272-1028 或同等产品）

交叉引用

电路课程 第1卷第16章：电压电流计算

电路课程 , 第 1 卷第 16 章：求解未知时间

电路课程 , 第 4 卷，第 10 章：多谐振荡器

电路课程，第 3 卷，第 8 章：正反馈

学习目标

• 了解如何将施密特触发器用于简单的 RC 振荡器
• 了解 RC 时间常数的实际应用
• 了解几种 555 定时器非稳态多谐振荡器配置之一

原理图

这是绘制原理图的一种方式：

在前面的实验中提到，还有一个约定，如下所示：

插图

说明

这是最基本的 RC 振荡器之一。这很简单，而且很容易预测。任何反相施密特触发器都可以在此设计中工作，尽管频率会根据栅极的滞后而有所偏移。

该电路的下限频率为 0.7 赫兹，这意味着每个 LED 将交替点亮并点亮不到一秒。当您逆时针转动电位器时，频率会增加，进入高端音频范围。您可以使用音频检测器（第六卷，第 3 章，第 12 节）或压电扬声器来验证这一点，当您继续转动电位器时，声音的音调会升高。用1μF的电容代替电容可以将频率提高100倍，这也将最大频率提高到超声波范围，大约70Khz。

由于其输出达林顿晶体管，555 不会轨到轨（它没有完全达到上电源电压），这导致振荡器方波不太对称。你能看到这个看着 LED 吗？电源电压越高，这种不对称性就越不明显，而随着电源电压的降低，这种不对称性会变得更糟。如果输出是真正的轨到轨输出，它将是一个 50% 的方波，如果使用 555 的 CMOS 版本，例如 TLC555（Radio Shack P/N 276-1718），就可以实现这一点。

添加 R3 是为了防止 IC 输出通过 C1 短路，因为电容器将 555 输出的交流部分短路到地。在已放电的电池上，它并不明显，但在新的 9V 电压下，555 IC 会变得非常热。如果您去掉电阻并调整 R4 以获得最大频率，您可以对此进行测试，这对电池或 555 不利，但它们可以通过短暂的测试。

操作原理

这是一个滞后振荡器，它是一种弛张振荡器。它也是一个非稳态多谐振荡器。它是前面展示的 555 施密特触发器实验的逻辑分支。

使用 555 计算此配置的频率的公式为：

$$f =\frac{0.7}{RC}$$

555迟滞取决于电源电压，因此如果没有轨到轨输出，振荡器的频率将相对独立于电源电压。

555 的输出要么接地，要么相对接近正电压。这允许电阻器和电容器通过输出引脚充电和放电。由于这是一种数字类型的信号，因此 LED 在其操作中的相互作用非常小。振荡器产生的第一个脉冲比其他脉冲长一点。这和充电/放电曲线如下图所示，这也说明了为什么会产生不对称方波。

在我们的工具部分试用我们的 555 定时器非稳态电路。