【自学嵌入式：模电】 50. ne555电子琴原理简介 51. 模拟器中的ne555

50. ne555电子琴原理简介

软件给的默认原理图

NE555 多谐振荡器入门（含电子琴应用）

一、NE555 是什么？

NE555 是一款经典集成电路（俗称「555 定时器」），可生成 方波、脉冲 等波形，广泛用于 振荡电路、定时控制、声音发生（如电子琴）等场景。

二、核心工作原理：充放电循环

555 内部通过 两个比较器+RS触发器 实现逻辑控制，配合外部 电阻（\(R_a\)、\(R_b\)）和电容（\(C\)），通过 充电→放电→充电 循环产生方波：

1. 内部阈值参考

• \(1/3 V_{cc}\)（下阈值）：触发端（2脚）电压低于此值时，输出置为高电平。
• \(2/3 V_{cc}\)（上阈值）：阈值端（6脚）电压高于此值时，输出置为低电平。

2. 充放电过程（以 \(V_{cc}=5V\) 为例）

阶段1：充电（输出高电平）

• 路径：\(+5V → R_a → R_b → C → \text{地}\)
• 电容 \(C\) 电压从 0 开始上升，当达到 \(2/3 V_{cc}\)（≈3.3V） 时，上比较器触发复位，输出变低，内部放电管（7脚）导通。

阶段2：放电（输出低电平）

• 路径：\(C → R_b → \text{放电管} → \text{地}\)
• 电容 \(C\) 电压下降，当低于 \(1/3 V_{cc}\)（≈1.7V） 时，下比较器触发置位，输出变高，放电管截止，回到充电阶段。

三、关键公式：周期与占空比

利用电容充放电的 指数规律（\(V_C = V_{cc}(1-e^{-t/RC})\) 或 \(V_C = V_{cc}e^{-t/RC}\)），推导得：

1. 振荡周期 \(T\)（总时间）

\(T=0.693×(R_a+2R_b)×C\)
（0.693 是 \(\ln2\)，因充电到 \(2/3 V_{cc}\)、放电到 \(1/3 V_{cc}\) 时，时间常数含 \(\ln2\)）

2. 占空比 \(D\)（高电平占比）

\(D=\frac{R_a+R_b}{R_a+2R_b}\)

四、应用1：基础振荡电路（产生方波）

典型接法如下（可直接面包板搭建）：

• 元件作用：\(R_a\)、\(R_b\) 控制充放电速度，\(C\) 决定周期，5脚接滤波电容稳定阈值。
• 改频率：调 \(R_a\)、\(R_b\) 或 \(C\)，即可改变 \(T\)（频率 \(f=1/T\)）。

五、应用2：NE555 电子琴（趣味实践）

通过 切换电阻 改变振荡频率，生成不同音阶（如「哆唻咪」），原理：

1. 电路逻辑

• 多个开关对应不同电阻，切换时改变 充放电回路的总电阻（影响 \(T\)），从而改变频率 \(f\)。
• 输出方波驱动扬声器，产生对应音调。

2. 音阶频率参考表（直接用！）

音名	频率/Hz	音名	频率/Hz	音名	频率/Hz
低音1	261.63	中音1	532.25	高音1	1046.50
低音2	293.67	中音2	587.33	高音2	1174.66
低音3	329.63	中音3	659.25	高音3	1318.51
低音4	349.23	中音4	698.46	高音4	1396.92
低音5	391.99	中音5	783.99	高音5	1567.98
低音6	440	中音6	880	高音6	1760
低音7	493.88	中音7	987.76	高音7	1975.52

3. 实践步骤

1. 选固定电容 \(C\)（如 100nF），根据公式 \(f=\frac{1}{0.693×(R_a+2R_b)×C}\)，计算对应音阶的 \(R_a+2R_b\)。
2. 用开关切换电阻组合，实现「按键变音」。

六、新手学习建议

1. 验证公式：搭振荡电路，用示波器测频率，对比计算值（理解 0.693 和 \(RC\) 的意义）。
2. 电子琴实践：从单音开始，扩展开关和电阻，尝试弹《小星星》。
3. 拓展思考：
   • 改变占空比会如何影响声音？
   • 加滤波电路能否生成正弦波？

通过「原理→公式→实践」，555 只需几个元件就能让扬声器“唱歌”，快动手试试吧！ 🎵