XX大学本科毕业设计（论文） 表2.1 555集成电路的逻辑功能
TH（6脚） RD（4脚）0 1 1 1 1 × ＞23VCC ＜23VCC ＜23VCC ＞23VCC TR(2脚) VO输出电压（3脚） 低电平 低电平 不变 高电平 高电平（不定） TD的状态 导通 导通 不变 截止 截止 × ＞13VCC ＞13VCC ＜13VCC ＜13VCC 通过以上分析，可以设想，如果使VC1和VC2的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性；如果在VI2（2脚）加入一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在VC2输出端自动产生一个低电平，就可以得到单稳态触发器；如果使VC1和VC2的高低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。
第3章 基于555定时器的非稳态多谐振荡器的设计
由555时基电路构成的非稳态（无稳态）工作方式应用范围广泛，广泛用于脉冲信号产生电路﹑测量电路﹑控制电路﹑电源变换电路﹑频率变换﹑定时延时电路﹑音响报警电路﹑家用电器和电子玩具等领域。
3.1 什么是非稳态多谐振荡器 3.1.1非稳态电路
稳态：对于无外部触发状态保持不变的称为稳态。
暂稳态：对于经过一定时间，状态自动从导通变为截止或由截止回到导通的称为暂稳态。
非稳态电路：非稳态电路又称无稳态电路，它没有稳态只有2个暂稳态，不需
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要外脉冲的触发就可自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态（实际上是不停地震荡），它的输出状态是不断地在从高到低和从低到高交替翻转的。
3.1.2多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡电路，它不需要外加触发信号，便能自动的产生矩形脉冲。矩形脉冲可以看成是由这个脉冲波的基频的正弦波和许多频率是基频整数倍（丰富的高次谐波）而幅度不等的正弦波叠加起来合成的，即矩形波中含有丰富的高次谐波分量，因此将矩形波振荡器称为多谐振荡器。又由于多谐振荡器在工作过程中，不存在稳定状态，只有2个暂稳态，故又称为无稳态电路。
3.2 基于555定时器的非稳态多谐振荡器
通过对555定时器的结构及工作原理的分析可得，由555时基电路构成的非稳态多谐振荡器可以有直接反馈性无稳态电路、间接反馈型无稳态电路、占空比可调脉冲振荡电路。这三种无稳态电路都有多种连接方式，这里设计的是间接反馈型555时基无稳态电路，它应用最多，连接简单、灵活，只需稍加改动便可构成占空比可调脉冲振荡电路。
3.2.1间接反馈型555时基无稳态多谐振荡电路的设计
根据555定时器的内部结构逻辑图及它的工作原理，作者设计了如图3.1所示的间接反馈型555时基无稳态电路。它是将2端与6端并联，构成由555定时器接成的施密特触发器的结构，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将7端接到放电点。这样电容器C1两端的电压作为施密特触发器的输入信号，加上自动放电管的配合，就构成了能够输出矩形脉冲信号的非稳态多谐振荡电路。
该电路的特点是放电开关端DIS（7脚）与其输出端VO（3脚）的逻辑功能相同，即：
当VO=1时，VG3=0，内部放电开关TD截止，DIS端开路，相当于高电平“1”。 当VO=0时，VG3=1，内部放电开关TD导通，DIS端接地，相当于低电平“0”。 这样的好处是在逻辑上可用放电端DIS代替输出端VO，同时也将负载电路与充放电电路完全分开，减轻了门G4的负载压力。
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图3.1间接反馈型555时基无稳态电路
3.2.2电路的工作原理及过程
电源接通瞬间及以前，电容器C1两端没有存储电荷，即UC1=0，555定时器的2、6端输入电压为0，即出现V6＜23VCC，V2＜13VCC的情况，集成运算放大器的C1输出高电平、C2输出低电平，基本RS触发器处于置“1”工作状态，输出信号VO为高电平，放电晶体管TD截止。电源电压VCC经R1、R2、C1到公共地端对电容器C1充电。
当13VCC≤UC1＜23VCC时，即出现V6＜23VCC，V2＞13VCC的情况，集成运算放大器的C1输出高电平、C2输出高电平，基本RS触发器处于保持工作状态，即置“1”工作状态，输出信号VO为高电平，放电晶体管TD截止。电源电压VCC经R1、R2、C1到公共地端继续对电容器C1充电。
当UC1≥23VCC时，即出现V6＞23VCC，V2＞13VCC的情况，集成运算放大器的C1输出低电平、C2输出高电平，基本RS触发器处于置“0”工作状态，输出信号VO为低电平，放电晶体管TD导通，这段时间我们称为第一暂稳态期。放电晶体管TD导通时，电容器C1经C1、R2和放电管TD到公共地端放电，电路进入第二暂稳态期。
当电容放电至13VCC＜UC1＜23VCC时，即出现V6＜23VCC，V2＞13VCC的情况，集成运算放大器的C1输出高电平、C2输出高电平，基本RS触发器处于保持工作状态，即置“0”工作状态，输出信号VO为低电平，放电晶体管TD导通。电容器C1经C1、R2和放电管TD到公共地端继续放电。
当电容继续放电至UC1≤13VCC时，即出现V6＜23VCC，V2＜13VCC的情况，集成运算放大器的C1输出高电平、C2输出低电平，基本RS触发器处于置“1”工作状态，输出信号VO为高电平，放电晶体管TD截止，电路又进入第一暂稳态期。电源电压VCC又经R1、R2、C1到公共地端再次对电容器C1充电。如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲波输出。电路的工作波形图如图3.2所示。
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图3.2间接反馈型555时基非稳态多谐振荡电路的电压波形
3.2.3主要参数分析
通过以上对电路的工作原理及过程的分析，以及从图3.2所示的工作波形图可以看出，该电路的振荡周期只与充放电电阻和电容的值有关。电路在达到为稳定振荡状态后，电容充电过程的初始状态为13VCC，终止状态为23VCC，稳定状态为Vcc，充电的时间常数为τ1=（R1+R2）·C1。电容放电过程中，由于晶体管处于饱和导通状态，两端的电压很低，因此供电电源对方放电电路影响很小，放电时的初始状态为23VCC，终止状态为13VCC，稳定状态为0，放电的时间常数为τ2=R2·C1。有以上条件，结合一介电路暂态过程的三要素法， 就可以计算出充放电时间t1和t2，进而得到振荡周期T=t1+t2和频率f=1T。三要素即起始值X(0+)、趋向值X(∞)和时间常数τ。若三要素已知，则得方程
tX(t)?X(?)?[X(0)?X(?)]?e (3.1)
???或
X(?)?X(0?) (3.2) t???lnX(?)?X(t)充放电时间t1和t2：
1VCC?VCC3t1?(R1?R2)?C1?ln?(R1?R2)?C1?ln2 (3.3) 2VCC?VCC320?VCC3 t2?R2?C1?ln?R2?C1?ln2 (3.4) 10?VCC3周期T和频率f：
T?t1?t2?(R1?R2)?C1?ln2?R2?C1?ln2
?(R1?2?R2)?C1?ln2
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?0.693(R1?2?R2)?C1 (3.5) f?占空比q =
111.44 (3.6) ??T0.693(R1?2?R2)?C1(R1?2?R2)?C1t1R1?R2= (3.7) R1?2?R2t1?t2由式3.3和式3.4可以知道t1大于t2，因此这种振荡器产生的脉冲信号的占比q始终大于50％。在实际中常常需要调节t1和t2，以获得小于或等于50％的占空比，对图3.1所示的电路稍加改进便可以得到占空比可调非稳态多谐振荡器。
3.2.4占空比可调无稳态多谐振荡电路
由式3.3至式3.7可知，图3.1所示电路图中输出波形的调占空比和振荡周期都与R1+R2之和相关，若调节占空比，振荡周期将发生变化。为此，将电路稍加改动得到如图3.3所示的占空比可调的多谐振当电路。电路中由于接入了二极管VD1和VD2，电容器的充电回路和放电回路分开了，充电回路为R1、VD1、C1到公共地端，放电回路为C1、VD2、R2、放电晶体管到公共地端。 充放电时间t1和t2：
t1?R1?C1?ln2 (3.8)
t2?R2?C1?ln2 (3.9)
周期T和频率f：
T?t1?t2?(R1?R2)?C1?ln2?0.693(R1?R2)?C1 (3.10)
f?111.44?? (3.11) T0.693(R1?R2)?C1(R1?R2)?C1占空比q=
t1R1= (3.12) R1?R2t1?t2若取R1=R2，则占空比q=50％，波形如图3.4(a)所示。调节电位器RP1，不改变R1+R2的值，可以得到不同占空比的输出波形，但振荡周期和频率不变。
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