简 介： 555振荡器压控端（PIN5)输出信号的空比 以及频率进行分析和实际测试e.bjdj.gov.cn发现在PIN当5电压相对较低时，频率与理论计算不同。使用超声波接受传感器和普通驻极体MIC接收超声波， 它们都会产生相应的。 由于非线性，它可以是普通的MIC低频信号在输出信号中解调。 关键词： 超声波，555

 

§01 555振荡器

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  555定时器在用在很多电子线路中。 博文 超声波定向传送：驱动功率电路制作 中利用了555定时器完成信号调制。 本文对于这个调制过程的理论进行分析。

▲ 图1.1 555定时电路

1.1 555多谐振荡电路

  下图是基于555时基集成芯片组成多谐振荡电路的典型电路。

▲ 图1.1.1 555多谐振荡器

1.1.1 基本振荡频率

  当PIN5（对应的VCNT）通过电容对地时， PIN5对应的电压为VCC的 2/3， 此时对应的充放电的时间分别为：

• 高电平时间： ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C \ln 2 \cdot \left( {R_1 + R_2 } \right) \cdot C ln2⋅(R1​+R2​)⋅C
• 低电平时间： ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C \ln 2 \cdot R_2 \cdot C ln2⋅R2​⋅C

▲ 图1.1.2 555振荡信号以及计算公式

（1）测量实际电路

  实验电路中的器件参数：

电路元器件参数：

R1：1kΩ R2：100kΩ C：222.1pF U1：NE555

  根据前面计算公式，可以知道对应的频率为：

f = 1 ln ⁡ 2 ( R 1 + 2 R 2 ) C = 1 ln ⁡ 2 × 201 k × 222.1 p = 32.316 k H z f = {1 \over {\ln 2\left( {R_1 + 2R_2 } \right)C}} = {1 \over {\ln 2 \times 201k \times 222.1p}} = 32.316kHz f=ln2(R1​+2R2​)C1​=ln2×201k×222.1p1​=32.316kHz

▲ 图1.1.3 面包板上的实验电路板

  测量NE555 管脚5 对于PIN1（GND）， PIN8 （VCC）之间的电阻。

NE555管脚5电阻：

对PIN1电阻：10.53kΩ 对PIN8电阻：5.38kΩ

  工作电压为+9V时，测量PIN5 的电压。

NE555管脚电压：

PIN8（VCC)：8.99V PIN5（VCTR)：5.99V

  通过上面测量可以看到， NE555的PIN5实现VCC对地之间的三分之二还是非常精确的。

（2）555工作波形

  下面是测量555的PIN3（OUT），PIN2管脚的波形。

▲ 图1.1.4 测量555的PIN3（蓝色），PIN2（青色）波形

  对比前面通过理论计算的频率，实测频率相差 11.91%。

1.1.2 PIN5电压控制

  如果NE555的工作电压为 V C C V_{CC} VCC​ ， 管脚5 对应的电压为 V P i n 5 V_{Pin5} VPin5​ 。

  多谐振荡器的高低电平时间分别为： T U P = ln ⁡ ( 2 3 V C C V C C − V P i n 5 ) ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C T_{UP} = \ln \left( { { { {2 \over 3}V_{CC} } \over {V_{CC} - V_{Pin5} }}} \right) \cdot \left( {R_1 + R_2 } \right) \cdot C TUP​=ln(VCC​−VPin5​32​VCC​​)⋅(R1​+R2​)⋅C T D N = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 C T_{DN} = \ln 2 \cdot R_2 C TDN​=ln2⋅R2​C

▲ 图1.1.5 NE555内部功能结构图

  所以，PIN5电压改变，只是改变了高电平时长。

（1）测量实际电路

  利用FLUKE45的双参数测量功能（VOLTAGE, FREQUENCY）， 每2秒采集一个数字， 输出数字如下图所示。

▲ 图1.1.6 测量PIN5电源对输出电压与频率影响

  下面是每个5秒钟采集一个数字所获得的数据。验证了，上面2秒中测量得到的曲线出现的抖动完全是由于FLUKE45数字万用表在转换电压和频率的时候所需要的时间比较多引起的。

▲ 图1.1.7 测量PIN5电源对输出电压与频率影响

▲ 图1.1.8 重新测量的结果

v5=[1.00000,1.06061,1.12121,1.18182,1.24242,1.30303,1.36364,1.42424,1.48485,1.54545,1.60606,1.66667,1.72727,1.78788,1.84848,1.90909,1.96970,2.03030,2.09091,2.15152,2.21212,2.27273,2.33333,2.39394,2.45455,2.51515,2.57576,2.63636,2.69697,2.75758,2.81818,2.87879,2.93939,3.00000,3.06061,3.12121,3.18182,3.24242,3.30303,3.36364,3.42424,3.48485,3.54545,3.60606,3.66667,3.72727,3.78788,3.84848,3.90909,3.96970,4.03030,4.09091,4.15152,4.21212,4.27273,4.33333,4.39394,4.45455,4.51515,4.57576,4.63636,4.69697,4.75758,4.81818,4.87879,4.93939,5.00000,5.06061,5.12121,5.18182,5.24242,5.30303,5.36364,5.42424,5.48485,5.54545,5.60606,5.66667,5.72727,5.78788,5.84848,5.90909,5.96970,6.03030,6.09091,6.15152,6.21212,6.27273,6.33333,6.39394,6.45455,6.51515,6.57576,6.63636,6.69697,6.75758,6.81818,6.87879,6.93939,7.00000]
vdim=[0.75023,0.78360,0.81874,0.85515,0.89246,0.93040,0.96877,1.00910,1.04760,1.08660,1.12610,1.16560,1.20510,1.24490,1.28470,1.32500,1.36490,1.40500,1.44510,1.48540,1.52560,1.56600,1.60690,1.64740,1.68800,1.72860,1.76940,1.81030,1.85100,1.89220,1.93320,1.97430,2.01530,2.05660,2.09780,2.13890,2.18020,2.22200,2.26340,2.30470,2.34630,2.38780,2.42940,2.47100,2.51300,2.55480,2.59670,2.63850,2.68040,2.72240,2.76450,2.80710,2.84920,2.89160,2.93390,2.97650,3.01920,3.06190,3.10480,3.14810,3.19120,3.23440,3.27760,3.32090,3.36430,3.40790,3.45200,3.49560,3.53930,3.58320,3.62720,3.67130,3.71550,3.75970,3.80450,3.84880,3.89350,3.93820,3.98320,4.02810,4.07340,4.11900,4.16460,4.21040,4.25620,4.30230,4.34850,4.39480,4.44190,4.48860,4.53570,4.58290,4.63030,4.67800,4.72600,4.77440,4.82320,4.87200,4.92130,4.97080]
fdim=[40141.99609,41910.00000,43321.99609,44431.00000,45290.00000,45950.00000,46451.99609,46843.00000,47122.00000,47320.00000,47454.00000,47535.99609,47573.00391,47571.99609,47541.00000,47481.00000,47400.00000,47300.00000,47179.00000,47045.00000,46895.00000,46734.00391,46563.00000,46380.00000,46187.00000,45989.00000,45782.00000,45569.00000,45350.00000,45124.00000,44896.00000,44664.00391,44425.99609,44183.99219,43939.00000,43690.00000,43439.00000,43183.99219,42929.00000,42671.00000,42409.00000,42147.00000,41881.000