12级电气工程及其自动化3班 程林云 - 图文(3)

直流稳压电源 RC调频网络 555多谐振荡 图4-1 整体电路方框图

如图4-1所示可以看出，此电路具有原理简单、容易制作、调试方便等特点。能够实现二十一种频率的方波并且驱动扬声器C调的二十一个音阶。其5V直流稳压电源可以由干电池、还可以通过用充电器自制的直流稳压源、电脑提供等等。

图4-2 电路原理图

设计思想：此电路是由555 电路组成的多谐振荡器，它的振荡频率可以通过改变振荡电路中RC选频网络的电阻、电容的参数进行改变。利用这一原理，通过设定一些不同的RC 数值并通过控制电路，按照一定的速度依次将不同值的RC 组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的要求，有节奏地发出已设定的音频信号或音乐。

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5 单元电路的设计（计算与说明）

1、波形产生电路。

TRTHCO8UDDR65R＋2RD71USS(a)V－＋－4R1≥1UA≥1Q11OUT3∞△△A∞BUB≥1QUSSTROUTR12348765UDDDTHCO

(b)图5-1 555集成电路内部结构图

用555定时器构成的多谐振荡器产生方波首先对555定时器芯片进行简单介绍：如图5-1所示电路可以看出，555集成电路主要是由3个5K欧的电阻组成的分压器、一个基本RS触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成，其结构框图如图5-1所示。

分压器：分压器由3个5K欧的电阻构成的。在Vo端末加外加信号是，分别为生Vcc/3、2Vcc/3的基准点药。在Vo端外加基准电压时，则基准电压未外加信号电压值为VREF和VREF/2。

比较器：集成运算放大器A1、A2、构成单门限比较器。

基本RS触发器：G1、G2构成具有置“0”输入端的基本RS触发器；G3、G4为该触发器的缓冲输出级，电路的输出逻辑状态与Q端输出相同。增加缓冲级是为了提高555集成电路模块的带负载能力。

开关放电管和输出缓冲级：双极型三极管T构成放电开关电路。当Q端输出低电平时三极管导通；当Q端输出为高电平时三极管截止。

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555集成电路的逻辑功能如表5-1所示。

表5-1 555集成电路的逻辑功能

输入信号组合 输出及三极管的状态 Vi2 X >Vcc/3 Vcc/3 Vo 低电平 不变 高电平（不定） 高电平 低电平 T的状态 导通 不变 截止 截止 导通 RD 0 1 1 1 1 Vi1 X <2Vcc/3 >2Vcc/3 <2Vcc/3 >2Vcc/3

图5-2 多谐振荡电路

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图5-3 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形

用555定器构成的多谐振荡电路如图5-3所示。多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。多谐振荡器可用作方波发生器。

在电路与电源接通瞬间，由于C2两端还没有储存电荷，即C2两端的电压为零，导致555定时器的2、6端输入电压为零，即出现6端电压输出小于（2/3）Vcc，2端的输入电压小于（1/3）Vcc的情况，输出信号Vo为高电平。是555定时器内部的晶体管截止，电源Vcc经R1、R2、C2到公共端对C2充电，这种情况直到维持到C2的两端电压略超过（2/3）Vcc。直到C2两端电压超过（2/3）Vcc时，出现6端输入电压大于2Vcc/3，,2端的输入电压大于1Vcc/3的情况，输出信号Vo为低电平，使晶体管导通，电容经C2、R2放电到公共端地，这种情况直到C2两端的电压小于Vcc/3，此后又重新回到上述状态，输出波形如图5-3所示。

根据这一原理，通过设定一些不同的RC数值并通过控制电路，按照一定的顺序依次将不同的RC组件接入振荡电路，就可以使振荡电路按照设定的要求，有节奏的发出已设定的音频信号或音乐。

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2、选频网络的R、C的确定

表5-2 音调发音的音阶 (频率单位为Hz)

发 音音阶 低 中 高 262 523 1046 294 587 1175 330 659 1318 349 698 1397 392 784 1568 440 880 1760 494 988 1967 7 dou 6 ruai 5 mi 4 fa 3 suo 2la 1si 由表5-2可以看出，低音阶是中音阶的频率的0.5倍，低音阶是高音的频率的0.25倍，因此在设计选频网络的时候，只要准确地确定低音的频率，改变电容、电阻的大小，就能非常方便的调节出高音阶的频率。

依据555多谐振荡器产生电路的计算式，如上所述，可以非常方便的的确定电阻的参数。在选择电阻的参数时，采用首先固定电容和充电电阻R1的值，将简易电子琴的不同音阶的频率带入公式f=1.43/(R1+2R2)C2，计算出电阻R2的大小。为了使输出波形的占空比大于为0.5，将充电电阻R1的值设置尽可能小一点，然后将不同的频率带入计算取得近似值如表5-3（电阻单位：KΩ，频率：Hz）:

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