555多谐振荡器在模拟声响电路中的应用

摘要：555定时器是一种中规模集成电路，它使用灵活、方便，被广泛应用于脉冲的产生、整形、定时和延迟等电路中。文中介绍了555定时器及其逻辑功能，以及由其构成的多谐振荡器的工作原理，通过举例论述了555多谐振荡器在模拟声响电路中的应用，说明在实际生产中，只要将其各个功能加以综合应用，便可得到许多实用电路。
关键词：555定时器；多谐振荡器；模拟声响电路

1 555芯片简介
    555是一个8脚集成芯片，主要由分压器、2个高精度电压比较器、1个基本RS触发器、1个放电管和输出驱动反相器组成。其电路组成，如图1所示，符号如图2所示，功能表，如表1所示。

   (1)比较器。
   电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。比较器，如图3所示有2个输入端，分别用U+和U-表示相应输入端上所加的电压，用U0表示比较器的比较结果，U+>U-，Uo=1；U+<U-，U0=0。

    (2)分压器。
    3个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器(555芯片也因此而得名)，为比较器C1和C2提供参考电压。当电压控制输入端5脚Vc0悬空时，如图1所示，。电压控制端5脚处如果另加控制电压Vc0，则可改变C1，C2的参考电压，。工作中不使用控制端时，一般通过一个0．01μF的电容接地，以旁路高频干扰。
    (3)基本RS触发器。
    由两个与非门组成，具有置O，置1，保持的功能。是可从外部进行置O的直接复位端，当=0时，使。
    (4)晶体管开关(放电管)。
    晶体管TD构成开关，其状态受端控制。时，晶体管截止；而=l时，晶体管导通。
    (5)输出缓冲器。
    输出缓冲器就是接在输出端的反相器G，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。

2 用555定时器构成的多谐振荡器
    用555定时器可方便地组成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生和整形电路。这些电路在工业控制、定时、仿声、电子乐器、防盗报警等方面有着广泛的应用。
多谐振荡器是555应用的基本电路，是指电路没有稳定状态(即方波发生器)，只有两个暂稳态，其功能是产生一定频率和幅度的矩形波信号，其输出状态不断在“1”和“0”之间变换。
如图4所示，在加电状态下，由于电容C上电压不能突变，故555芯片处于置位状态，u。=1，放电管TD截止(7脚与地断开)，Vcc通过R1，R2对电容C进行充电，当uc上升到时，u0=0，TD导通，电容C端电压通过R2和放电管TD对地进行放电，uc下降。当uc下降到时，u0又由0变为l，TD截止，Vcc又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端u0产生了连续的矩形脉冲，如图5所示。其中，R1，R2和C是定时元件，它们决定了电路的充放电时间。
    其中，Tl≈0．7(Rl+R2)C，T2≈0．7R2C。

 
    555构成多谐振荡器工作可靠，调节方便，在信号产生、工业控制、电源变换、仿声等领域获得了广泛的应用，但其振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫兹；且其频率稳定性较差，易受电源波动、温度变化等影响。

3 555多谐振荡器在模拟声响电路中的应用
    模拟声响电路能发出各种模拟声响，如各种乐器声、动物呜叫声、流水、刮风、下雨等自然界的声响和车船、飞机、枪炮、爆炸等现代文明所制造的声响效果。因而模拟声集成电路被广泛应用于电子玩具、仪器仪表、保安警示等领域。文中介绍由555多谐振荡器组成模拟声集成电路的应用实例，具有结构简单清晰、扩展方便、灵活易变等优点。实现时只要配置适当的阻容元件和接线即可，稍作改动就可实现不同的模拟声响，具有较高的性价比。
    (1)“叮咚”门铃声响电路。
    如图6所示，555定时器与R1，R2，R3和C2组成多谐振荡器。按钮AN未按下时，555的复位端4脚。通过R4接地，因而555处于复位状态，扬声器不发声。当按下AN后，电源通过二极管D1使得555的复位端4脚为高电平，振荡器起振。因为R1被短路，所以振荡频率较高，发出“叮”声。当松开按扭时，电容C1上的电压继续维持高电平，振荡器继续振荡，但此时R1已经接入定时电路，所以振荡频率较低，发出“咚”声。同时C1通过R4放电，当C1上电压下降到低电平时，555又被复位，振荡器停振，扬声器停止发声。

    (2)间歇声响电路。
    如图7所示，A和B两个555电路均为多谐振荡器。适当选择定时元件，使fA=1Hz，fB=1kHz。由于低频振荡器A的输出接高频振荡器B的复位端，故只有u01输出为高电平时，B振荡器才振荡，u01输出为0时，B停止振荡，使扬声器发出l kHz“呜呜”的间歇声响。工作波形，如图8所示。

    (3)双频音响电路(救护车)。
    将图7中A振荡器的输出u01接到B振荡器的电压控制端，即5脚Vc0，如图9所示。则振荡器A输出高电平时，振荡器B的振荡频率较低；当A输出低电平时，B的振荡频率高，从而使B振荡器的输出端产生两种频率的信号。3脚u02所接的扬声器发出“嘟、嘟……”的类似救护车的双频间歇响声。

4 警车的音响效果电路
    如图10所示，A和B两个555多谐振荡器，A与R1A，R2A和CA组成低频振荡器，B与R1B，R2B和CB组成高频振荡器。由振荡器A的6脚引出电容充放电波形(类似线性扫描波形)，通过运算放大器接至振荡器B电压控制端的5脚上，对其进行调制，则u02波形的频率是变化的，将产生连续不断的“呜、呜”类似警车的音响效果。

5 结束语
    集成555定时器具有结构简单、用途广泛、价格低廉等多种优势，文中仅介绍了其应用的一个方面。在实际的生产生活中，只要将其各个功能加以综合应用，便可得到许多实用电路。