⏱️555 定时器电路 - 多谐振荡频率计算、单稳态延时、内部结构动画

如何使用555 定时器电路

1. 1在“多谐振荡”里设置 V_CC、R1、R2 和 C，观察框图动画、电容电压和输出波形
2. 2需要小于 50% 的占空比时勾选“R2 并联二极管”；想做压控振荡就给 CV 端加电压
3. 3切到“单稳态”，设置 R 和 C 后按触发按钮，观察 t = 1.1RC 的脉冲
4. 4在“元件选配”里输入目标频率和占空比（或目标脉宽），点“载入”把推荐组合带回电路

常见问题

555 多谐振荡器的频率和占空比怎么算？

电容经 R1 + R2 充电，从 1/3 V_CC 充到 2/3 V_CC，这段时间输出为高：t_H = 0.693(R1+R2)C；然后经 R2 和内部放电管放电，从 2/3 V_CC 放到 1/3 V_CC，输出为低：t_L = 0.693·R2·C。所以 f = 1/(t_H + t_L) = 1.44/((R1+2R2)C)，占空比 D = (R1+R2)/(R1+2R2)。0.693 就是 ln2，因为每次都是在 1/3 与 2/3 之间充放电，正好差一半。例如 R1 = 10 kΩ、R2 = 47 kΩ、C = 10 µF 时 f ≈ 1.39 Hz、D ≈ 55%。

标准接法为什么占空比总是大于 50%？怎样做到小于 50%？

充电要经过 R1 + R2，放电只经过 R2，所以 t_H 总比 t_L 长，占空比必然大于 50%（R1 远小于 R2 时接近 50%）。在 R2 两端并联一只二极管（阳极接 7 脚、阴极接 6/2 脚），充电电流经二极管绕过 R2，t_H ≈ 0.693·R1·C，放电仍走 R2，t_L = 0.693·R2·C，这样取 R1 < R2 就能得到小于 50% 的占空比。考虑二极管 0.7 V 压降后 t_H 会稍长，工具里已经按精确公式计算。

555 内部是怎么工作的？

芯片内部三个 5 kΩ 电阻把电源分成 2/3 V_CC 和 1/3 V_CC 两个基准（555 的名字常被说成来自这三个 5k）。阈值端 6 脚高于 2/3 V_CC 时，上比较器输出使 RS 触发器复位，输出 3 脚变低，同时放电管导通把 7 脚拉到地；触发端 2 脚低于 1/3 V_CC 时，下比较器使触发器置位，输出变高，放电管截止。多谐振荡就是电容电压在两个阈值之间来回触发这两个比较器。CV 端 5 脚接在 2/3 节点上，外加电压可以改变两个阈值。

单稳态的延时为什么是 1.1RC？

触发前放电管导通，电容电压为 0。触发后输出变高、放电管截止，电容经 R 从 0 向 V_CC 充电，充到 2/3 V_CC 时上比较器复位触发器，脉冲结束。由 V_CC(1 − e^(−t/RC)) = 2/3 V_CC 得 t = RC·ln3 ≈ 1.0986RC，通常写成 1.1RC。例如 R = 100 kΩ、C = 10 µF 时脉宽约 1.1 s。NE555 在脉冲期间再触发是无效的；如果触发端一直保持低电平，输出会一直为高。

选元件时要注意什么？

电阻一般取 1 kΩ 到 1 MΩ：R1 太小，放电时电源经 R1 直接灌进放电管，电流过大；电阻太大，比较器输入电流和电容漏电流会让定时误差变大。电解电容容差常有 ±20%，精确定时最好用薄膜电容，并把 5 脚接 10 nF 电容到地抑制干扰。双极型 NE555 的输出高电平约比 V_CC 低 1.7 V，CMOS 版（如 TLC555、7555）功耗低、可工作到更高频率且输出接近满幅。