NE555這顆芯片搞模電的人幾乎都繞不開(kāi)它。我第一次接觸它是在大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)課上當(dāng)時(shí)老師扔給我們每人一塊面包板、幾顆電阻電容和一個(gè)8腳的黑色小方塊任務(wù)就是用示波器調(diào)出一個(gè)方波。那時(shí)候我連閾值電壓是什么都搞不清楚只知道照著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的電路圖插元件結(jié)果示波器上死活不出波形折騰了一下午才發(fā)現(xiàn)是復(fù)位引腳沒(méi)接高電平。后來(lái)工作這些年從簡(jiǎn)單的LED閃爍到電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWMNE555在多諧振蕩器模式下的應(yīng)用我反復(fù)用過(guò)很多次踩過(guò)的坑也足夠多。這篇文章就把我這些年用NE555做可調(diào)方波信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)完整梳理一遍從原理到選型到實(shí)操到排查盡量把每個(gè)環(huán)節(jié)講透。不管你是正在做模電實(shí)驗(yàn)的學(xué)生還是需要快速搭一個(gè)方波信號(hào)源的工程師看完應(yīng)該都能直接上手。1. 為什么選NE555做方波信號(hào)源1.1 NE555在多諧振蕩器模式下的核心優(yōu)勢(shì)做方波信號(hào)源有很多方案運(yùn)放搭弛張振蕩器、單片機(jī)IO口翻轉(zhuǎn)、專(zhuān)用函數(shù)發(fā)生器芯片比如ICL8038、XR2206甚至用FPGA直接輸出。每種方案都有各自的適用場(chǎng)景但NE555在多諧振蕩器模式下有幾個(gè)非常突出的優(yōu)勢(shì)這也是它從1972年問(wèn)世到現(xiàn)在還沒(méi)被淘汰的原因。首先是電路極簡(jiǎn)。NE555內(nèi)部集成了兩個(gè)比較器、一個(gè)RS鎖存器、一個(gè)放電三極管和一個(gè)輸出緩沖級(jí)做多諧振蕩器只需要外接兩個(gè)電阻和一個(gè)電容加上電源退耦電容總共不超過(guò)7個(gè)元件。相比之下用運(yùn)放搭方波發(fā)生器至少需要運(yùn)放、多個(gè)電阻電容還得處理正反饋和閾值問(wèn)題調(diào)試復(fù)雜度高出一截。其次是頻率范圍寬。NE555在標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝下多諧振蕩器模式的頻率可以從不到1Hz做到大約500kHzCMOS版本的TLC555或者LMC555可以做到2MHz以上。這個(gè)范圍覆蓋了絕大多數(shù)音頻、測(cè)試信號(hào)和低速數(shù)字時(shí)鐘的需求。第三是輸出驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)NE555的輸出可以拉灌200mA電流直接驅(qū)動(dòng)LED、小繼電器甚至小功率MOS管都沒(méi)問(wèn)題。運(yùn)放輸出通常只有幾十毫安單片機(jī)IO口更小很多時(shí)候還得加驅(qū)動(dòng)級(jí)。第四是成本極低。一顆NE555零售價(jià)幾毛錢(qián)批量采購(gòu)更便宜。對(duì)于需要快速驗(yàn)證、教學(xué)演示或者低成本批量生產(chǎn)的場(chǎng)景這個(gè)價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯。當(dāng)然它也有局限性占空比調(diào)節(jié)范圍有限后面會(huì)詳細(xì)講、頻率穩(wěn)定性受溫度和電源波動(dòng)影響、輸出是方波而非正弦波。但對(duì)于“可調(diào)方波信號(hào)”這個(gè)需求來(lái)說(shuō)NE555完全夠用。1.2 多諧振蕩器的工作原理解析要真正用好NE555不能只背公式得理解內(nèi)部比較器和外部RC充放電的配合邏輯。我盡量用通俗的方式講清楚。NE555內(nèi)部有三個(gè)等值電阻通常是5kΩ這也是“555”名字的由來(lái)串聯(lián)在VCC和GND之間形成兩個(gè)分壓點(diǎn)上分壓點(diǎn)電壓為2/3 VCC下分壓點(diǎn)電壓為1/3 VCC。這兩個(gè)電壓分別接到兩個(gè)比較器的參考端。外部引腳中THRES6腳接上比較器的同相端TRIG2腳接下比較器的反相端。在多諧振蕩器接法下6腳和2腳短接在一起同時(shí)接到外部電容C的兩端之一。電容另一端接地。電容的充電回路由VCC經(jīng)過(guò)R1和R2到電容放電路徑由電容經(jīng)過(guò)R2到DISCH7腳內(nèi)部的三極管到地。上電瞬間電容電壓為0低于1/3 VCC下比較器輸出高電平觸發(fā)RS鎖存器使輸出為高同時(shí)內(nèi)部放電三極管截止。此時(shí)電容通過(guò)R1R2充電電壓上升。當(dāng)電壓上升到2/3 VCC時(shí)上比較器翻轉(zhuǎn)RS鎖存器復(fù)位輸出變低放電三極管導(dǎo)通。電容此時(shí)通過(guò)R2和放電三極管放電電壓下降。當(dāng)電壓降到1/3 VCC時(shí)下比較器再次翻轉(zhuǎn)輸出變高放電三極管截止電容重新充電。如此循環(huán)輸出端就產(chǎn)生了方波。這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)很多人容易忽略充電走R1R2放電只走R2。這就是為什么NE555多諧振蕩器的占空比永遠(yuǎn)大于50%——充電時(shí)間比放電時(shí)間長(zhǎng)。標(biāo)準(zhǔn)接法下占空比公式是(R1R2)/(R12R2)當(dāng)R1遠(yuǎn)小于R2時(shí)趨近于50%但永遠(yuǎn)達(dá)不到。1.3 可調(diào)方波的兩個(gè)維度頻率與占空比“可調(diào)方波信號(hào)”這個(gè)需求其實(shí)包含兩個(gè)可調(diào)維度頻率可調(diào)和占空比可調(diào)。很多初學(xué)者以為換一個(gè)電位器就能同時(shí)調(diào)兩個(gè)參數(shù)實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)NE555多諧振蕩器電路里調(diào)頻率和調(diào)占空比需要分別處理而且相互之間有耦合。頻率由充電時(shí)間常數(shù)和放電時(shí)間常數(shù)共同決定公式為f 1.44 / ((R1 2×R2) × C)占空比由充電時(shí)間和總周期之比決定D (R1 R2) / (R1 2×R2)從這兩個(gè)公式可以看出如果只用一個(gè)電位器替換R2那么調(diào)R2會(huì)同時(shí)改變頻率和占空比。如果替換R1同樣兩個(gè)參數(shù)都會(huì)變。要實(shí)現(xiàn)頻率和占空比獨(dú)立可調(diào)需要更復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)比如用兩個(gè)電位器分別控制充電和放電路徑或者用二極管把充電和放電路徑分開(kāi)。我在實(shí)際項(xiàng)目中的做法是如果只需要頻率可調(diào)、占空比固定比如做時(shí)鐘信號(hào)就用一個(gè)電位器替換R2簡(jiǎn)單直接。如果需要占空比也獨(dú)立可調(diào)就加兩個(gè)二極管和兩個(gè)電位器把充電和放電回路分開(kāi)。具體電路后面會(huì)詳細(xì)畫(huà)出來(lái)。2. 核心元件選型與參數(shù)計(jì)算2.1 NE555芯片版本選擇雙極型還是CMOS市面上叫“NE555”的芯片其實(shí)有好幾個(gè)版本選錯(cuò)了會(huì)影響電路性能。最常見(jiàn)的區(qū)分是雙極型Bipolar和CMOS型。雙極型代表型號(hào)是NE555、LM555、UA555內(nèi)部用的是雙極型晶體管。特點(diǎn)是輸出驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)200mA但靜態(tài)功耗大典型10mA輸入阻抗較低頻率上限大約500kHz。電源電壓范圍4.5V到16V。CMOS型代表型號(hào)是TLC555、LMC555、ICM7555內(nèi)部用CMOS工藝。特點(diǎn)是靜態(tài)功耗極低典型幾十微安輸入阻抗極高10^12Ω級(jí)別頻率上限可以到2MHz以上。但輸出驅(qū)動(dòng)能力弱一些通常10mA到100mA看具體型號(hào)電源電壓范圍更寬2V到18V。怎么選如果你要驅(qū)動(dòng)LED、繼電器或者需要較大電流選雙極型NE555。如果你做電池供電的低功耗設(shè)備或者需要更高頻率選CMOS型。做模電實(shí)驗(yàn)的話(huà)實(shí)驗(yàn)室通常發(fā)的是雙極型NE555因?yàn)楸阋饲移?shí)不容易被靜電打壞。注意不同廠商的NE555參數(shù)有差異比如某些國(guó)產(chǎn)替代品的閾值電壓可能不是精確的1/3和2/3 VCC會(huì)導(dǎo)致頻率偏差。如果對(duì)頻率精度要求高建議選TI、ST這些大廠的原裝芯片或者實(shí)測(cè)篩選。2.2 電阻和電容的選型要點(diǎn)電阻和電容的精度和溫度系數(shù)直接決定了輸出頻率的穩(wěn)定性。NE555多諧振蕩器的頻率公式里R和C都是乘數(shù)因子任何一個(gè)漂移都會(huì)導(dǎo)致頻率漂移。電阻選型普通碳膜電阻精度±5%溫度系數(shù)幾百ppm/°C用于一般實(shí)驗(yàn)沒(méi)問(wèn)題。如果要求頻率穩(wěn)定選金屬膜電阻精度±1%溫度系數(shù)50ppm/°C。阻值范圍建議在1kΩ到1MΩ之間。太小了功耗大而且放電三極管的飽和壓降會(huì)影響精度太大了輸入偏置電流的影響會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)特別是雙極型NE555的THRES和TRIG引腳有0.1μA到0.5μA的輸入電流R太大時(shí)這個(gè)電流在電阻上產(chǎn)生的壓降不可忽略。電容選型這是最關(guān)鍵的元件。普通電解電容容量誤差大-20%到80%、漏電流大、溫度穩(wěn)定性差用在對(duì)頻率有要求的場(chǎng)合會(huì)導(dǎo)致很大偏差。推薦用薄膜電容滌綸電容、聚丙烯電容或者鉭電容容量穩(wěn)定、漏電小、溫度系數(shù)好。瓷片電容也可以但要注意某些高介電常數(shù)瓷片如Y5V的溫度系數(shù)和電壓系數(shù)都很差容量會(huì)隨電壓變化。電容容量范圍建議在1nF到100μF之間。太小了比如幾百pF寄生電容會(huì)影響精度太大了漏電流問(wèn)題突出。如果要做低頻比如1Hz以下用大容量鉭電容或者薄膜電容不要用電解電容。2.3 頻率與占空比參數(shù)計(jì)算實(shí)例光看公式不夠直觀我拿幾個(gè)實(shí)際例子算一遍你跟著算一次就明白了。例1目標(biāo)頻率1kHz占空比接近50%選C 100nF。要占空比接近50%需要R1遠(yuǎn)小于R2。取R1 1kΩR2 7.2kΩ。充電時(shí)間t_charge 0.693 × (R1 R2) × C 0.693 × 8200 × 100e-9 0.568ms 放電時(shí)間t_discharge 0.693 × R2 × C 0.693 × 7200 × 100e-9 0.499ms 周期T 1.067ms 頻率f 937Hz 占空比D 0.568/1.067 53.2%實(shí)際頻率937Hz和目標(biāo)1kHz有偏差因?yàn)楣嚼锏?.44是近似值精確值是1/ln2 ≈ 1.4427。要精確到1kHz可以微調(diào)R2到6.8kΩ左右。例2目標(biāo)頻率10kHz占空比可調(diào)選C 10nF。用二極管分離充放電路徑的方案后面會(huì)講。先按標(biāo)準(zhǔn)接法算取R1 1kΩR2 6.8kΩ。t_charge 0.693 × 7800 × 10e-9 54.1μs t_discharge 0.693 × 6800 × 10e-9 47.1μs T 101.2μs f 9.88kHz D 53.5%例3目標(biāo)頻率100Hz占空比50%選C 1μF。取R1 1kΩR2 72kΩ。t_charge 0.693 × 73000 × 1e-6 50.6ms t_discharge 0.693 × 72000 × 1e-6 49.9ms T 100.5ms f 9.95Hz等等這算出來(lái)是10Hz不是100Hz。要100Hz的話(huà)C改小到100nFR2保持72kΩt_charge 0.693 × 73000 × 100e-9 5.06ms t_discharge 0.693 × 72000 × 100e-9 4.99ms T 10.05ms f 99.5Hz D 50.3%這個(gè)例子說(shuō)明一個(gè)實(shí)用技巧先用公式估算再實(shí)測(cè)微調(diào)。因?yàn)閷?shí)際電容容量偏差、芯片閾值偏差、寄生參數(shù)等因素算出來(lái)的值和實(shí)際值總有出入。我通常的做法是先用標(biāo)準(zhǔn)值電阻電容搭電路實(shí)測(cè)頻率然后根據(jù)偏差比例調(diào)整電阻值。3. 完整電路設(shè)計(jì)與實(shí)操步驟3.1 標(biāo)準(zhǔn)多諧振蕩器電路搭建先講最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)接法這是所有變種的基礎(chǔ)。所需元件清單元件規(guī)格數(shù)量備注NE555DIP-81雙極型或CMOS型均可電阻R11kΩ1金屬膜1/4W電阻R210kΩ電位器1用于調(diào)頻電容C100nF1薄膜電容退耦電容100nF1瓷片靠近芯片電源腳電源5V-12V1穩(wěn)壓電源示波器-1觀察波形接線步驟電源連接NE555的8腳接VCC1腳接GND。在8腳和1腳之間就近接一個(gè)100nF瓷片電容做退耦這個(gè)電容不能省否則輸出波形會(huì)有毛刺。復(fù)位腳處理4腳RESET接VCC。很多初學(xué)者忘記接這個(gè)腳導(dǎo)致芯片一直處于復(fù)位狀態(tài)輸出始終為低。我當(dāng)年在實(shí)驗(yàn)室折騰一下午就是這個(gè)原因?？刂齐妷耗_處理5腳CTRL接一個(gè)10nF電容到地。這個(gè)電容不是必須的但不接的話(huà)5腳懸空容易受干擾導(dǎo)致閾值電壓波動(dòng)。接上后頻率穩(wěn)定性會(huì)好很多。RC網(wǎng)絡(luò)連接R1一端接VCC另一端接7腳DISCH。R2電位器一端接7腳另一端接6腳THRES和2腳TRIG的公共點(diǎn)。C一端接這個(gè)公共點(diǎn)另一端接GND。輸出3腳OUT接示波器探頭或者接后續(xù)電路。上電后示波器應(yīng)該能看到方波。如果看不到先檢查4腳是否接高再檢查2腳和6腳是否短接最后檢查電源是否正常。3.2 頻率可調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)電路里把R2換成電位器就實(shí)現(xiàn)了頻率可調(diào)。但這里有個(gè)細(xì)節(jié)電位器的接法決定了調(diào)節(jié)方向。如果電位器接成可變電阻一端接7腳中間抽頭接6腳另一端懸空那么旋轉(zhuǎn)電位器時(shí)R2從0變到標(biāo)稱(chēng)值頻率從高變到低。這種接法簡(jiǎn)單但有個(gè)問(wèn)題電位器調(diào)到0時(shí)R20放電時(shí)間理論上為0但實(shí)際上放電三極管有飽和壓降和存儲(chǔ)時(shí)間頻率不會(huì)無(wú)限高而且占空比會(huì)變得很大。如果電位器接成分壓器一端接7腳另一端接6腳中間抽頭接6腳那實(shí)際上R2被分成兩段一段在充電回路一段在放電回路調(diào)節(jié)時(shí)頻率和占空比同時(shí)變化。這種接法我不推薦因?yàn)閮蓚€(gè)參數(shù)耦合太嚴(yán)重。我的做法是用固定電阻電位器串聯(lián)代替單純的電位器。比如要調(diào)頻范圍1kHz到10kHz先算出對(duì)應(yīng)R2的范圍然后選一個(gè)比最小R2略小的固定電阻再串一個(gè)電位器覆蓋剩余范圍。這樣即使電位器調(diào)到0R2也不會(huì)是0避免了極端情況。具體計(jì)算假設(shè)C100nFR11kΩ。目標(biāo)頻率1kHz時(shí)R2 ≈ 6.8kΩ目標(biāo)10kHz時(shí)R2 ≈ 620Ω。所以選一個(gè)560Ω固定電阻串一個(gè)10kΩ電位器調(diào)節(jié)范圍大約600Ω到10.6kΩ對(duì)應(yīng)頻率大約10kHz到700Hz覆蓋了目標(biāo)范圍。3.3 占空比獨(dú)立可調(diào)的進(jìn)階電路前面說(shuō)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接法占空比永遠(yuǎn)大于50%而且調(diào)頻率會(huì)影響占空比。要實(shí)現(xiàn)占空比獨(dú)立可調(diào)核心思路是把充電回路和放電回路分開(kāi)讓充電只走一條路放電只走另一條路。具體做法是在R2兩端各并聯(lián)一個(gè)二極管方向相反。充電時(shí)電流從VCC經(jīng)R1、二極管D1、電位器上半段到電容放電時(shí)電流從電容經(jīng)電位器下半段、二極管D2、7腳到地。這樣充電電阻和放電電阻就可以分別用兩個(gè)電位器控制。電路連接R1一端接VCC另一端接7腳D1陽(yáng)極接7腳陰極接電位器上端D2陰極接7腳陽(yáng)極接電位器下端電位器中間抽頭接6腳和2腳電容接6腳到地這樣充電時(shí)電流走R1→D1→電位器上半段→電容充電電阻 R1 R_upper。放電時(shí)電流走電容→電位器下半段→D2→7腳放電電阻 R_lower。占空比 D (R1 R_upper) / (R1 R_upper R_lower)調(diào)節(jié)電位器抽頭位置R_upper和R_lower此消彼長(zhǎng)總周期基本不變但占空比變化。這就實(shí)現(xiàn)了占空比獨(dú)立可調(diào)。注意二極管要選開(kāi)關(guān)速度快、正向壓降小的型號(hào)比如1N4148或者肖特基二極管1N5819。普通整流二極管如1N4007反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)在高頻下會(huì)影響波形。另外二極管壓降會(huì)引入誤差計(jì)算時(shí)要把0.6V到0.7V的壓降考慮進(jìn)去或者用肖特基二極管把壓降降到0.3V左右。3.4 實(shí)際搭建與示波器觀測(cè)記錄我最近一次搭這個(gè)電路是為了給一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試提供PWM信號(hào)。需求是頻率1kHz到5kHz可調(diào)占空比10%到90%可調(diào)輸出電平5V。實(shí)際用的元件NE555PTI原裝、R11kΩ金屬膜、電位器110kΩ多圈精密電位器調(diào)頻、電位器210kΩ多圈精密電位器調(diào)占空比、D1/D21N4148、C100nF薄膜電容、退耦電容100nF瓷片、電源5V穩(wěn)壓。搭建過(guò)程用面包板注意幾點(diǎn)電源線和地線盡量短粗RC網(wǎng)絡(luò)的走線盡量短避免引入寄生電容。示波器探頭用10×檔減少探頭電容對(duì)電路的影響。實(shí)測(cè)結(jié)果電位器1位置電位器2位置實(shí)測(cè)頻率實(shí)測(cè)占空比最小中間5.12kHz49.8%中間中間2.45kHz50.2%最大中間1.03kHz50.1%中間最小2.43kHz12.3%中間最大2.47kHz88.6%從數(shù)據(jù)可以看出頻率和占空比的獨(dú)立性還不錯(cuò)調(diào)占空比時(shí)頻率變化在2%以?xún)?nèi)調(diào)頻率時(shí)占空比基本不變。這個(gè)精度對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用足夠了。波形質(zhì)量方面上升沿大約100ns下降沿大約50ns頂部和底部有輕微過(guò)沖幅度大約0.3V。這是面包板寄生參數(shù)導(dǎo)致的做成PCB后會(huì)好很多。如果對(duì)波形質(zhì)量要求高可以在輸出端加一個(gè)緩沖器或者用CMOS版本的555。4. 常見(jiàn)問(wèn)題與排查技巧4.1 不上電、無(wú)輸出的排查流程這是最常見(jiàn)的問(wèn)題我按排查順序列出來(lái)第一步查電源。用萬(wàn)用表測(cè)8腳對(duì)1腳電壓應(yīng)該在4.5V到16V之間。如果是0檢查電源是否開(kāi)啟、接線是否松動(dòng)、面包板電源軌是否導(dǎo)通。第二步查復(fù)位腳。測(cè)4腳電壓應(yīng)該接近VCC。如果是0或者懸空芯片處于復(fù)位狀態(tài)輸出恒為低。把4腳接到VCC即可。第三步查RC網(wǎng)絡(luò)。測(cè)2腳和6腳電壓應(yīng)該在1/3 VCC到2/3 VCC之間波動(dòng)。如果電壓恒定不變說(shuō)明電容沒(méi)有充放電。檢查電容是否接好、電阻是否開(kāi)路、7腳是否虛焊。第四步查輸出腳。如果以上都正常但3腳無(wú)輸出可能是芯片壞了。換一顆試試。NE555雖然皮實(shí)但輸出短路或者電源反接還是會(huì)燒。第五步查負(fù)載。如果3腳接了負(fù)載斷開(kāi)負(fù)載再測(cè)。負(fù)載太重可能導(dǎo)致輸出幅度下降甚至停振。4.2 頻率偏差過(guò)大的原因分析算出來(lái)1kHz實(shí)際只有800Hz或者跑到1.2kHz這種偏差通常來(lái)自幾個(gè)方面電容容量偏差普通電解電容偏差可達(dá)±20%以上薄膜電容通?！?%到±10%。如果用的是拆機(jī)電容或者來(lái)路不明的電容偏差可能更大。解決辦法是用萬(wàn)用表實(shí)測(cè)電容容量然后反推電阻值。電阻偏差碳膜電阻±5%金屬膜±1%。多個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)偏差會(huì)累積。解決辦法是實(shí)測(cè)電阻值。芯片閾值偏差不同廠商的NE555閾值電壓可能不是精確的1/3和2/3 VCC。比如某些國(guó)產(chǎn)芯片上閾值可能是0.65 VCC而不是0.667 VCC。這個(gè)偏差會(huì)導(dǎo)致頻率偏移。解決辦法是換大廠芯片或者實(shí)測(cè)后微調(diào)電阻。電源電壓影響雙極型NE555的頻率對(duì)電源電壓有一定敏感性電源從5V變到15V頻率可能變化幾個(gè)百分點(diǎn)。如果電源不穩(wěn)頻率就會(huì)漂。解決辦法是用穩(wěn)壓電源或者在5腳加一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓。溫度影響電阻和電容的溫度系數(shù)、芯片內(nèi)部比較器的溫漂都會(huì)導(dǎo)致頻率隨溫度變化。一般應(yīng)用影響不大精密應(yīng)用需要選低溫漂元件或者加溫度補(bǔ)償。4.3 輸出波形毛刺與振鈴的抑制示波器上看到方波邊沿有振鈴或者頂部有毛刺通常有幾個(gè)原因退耦不良電源腳沒(méi)有就近接退耦電容或者退耦電容容量太小。解決辦法是在8腳和1腳之間就近接一個(gè)100nF瓷片電容再并一個(gè)10μF鉭電容。面包板寄生參數(shù)面包板的簧片和導(dǎo)線有電感和電容高頻下會(huì)形成LC諧振。解決辦法是縮短走線或者直接焊到洞洞板/PCB上。探頭接地不良示波器探頭的接地夾子線太長(zhǎng)形成接地環(huán)路。解決辦法是用探頭自帶的彈簧地針或者把接地線盡量縮短。負(fù)載反射如果輸出線太長(zhǎng)或者負(fù)載阻抗不匹配會(huì)有反射。解決辦法是在輸出端串一個(gè)33Ω到100Ω的電阻做阻抗匹配。芯片本身特性雙極型NE555的輸出級(jí)在翻轉(zhuǎn)瞬間會(huì)有較大的di/dt產(chǎn)生尖峰。CMOS型會(huì)好很多。如果對(duì)波形要求高換CMOS型或者加輸出緩沖。4.4 常見(jiàn)問(wèn)題速查表現(xiàn)象可能原因排查方法解決辦法完全無(wú)輸出電源未接、復(fù)位腳低、芯片壞測(cè)8腳電壓、測(cè)4腳電壓接好電源、4腳接VCC、換芯片輸出恒高2腳未觸發(fā)、電容短路測(cè)2腳電壓、測(cè)電容檢查2腳接線、換電容輸出恒低6腳電壓過(guò)高、復(fù)位腳低測(cè)6腳電壓、測(cè)4腳電壓檢查6腳接線、4腳接VCC頻率偏差大電容/電阻偏差、芯片閾值偏差實(shí)測(cè)R和C值換精密元件、微調(diào)電阻頻率不穩(wěn)定電源波動(dòng)、溫度變化、元件溫漂監(jiān)測(cè)電源電壓、加熱/冷卻穩(wěn)壓電源、換低溫漂元件占空比不可調(diào)二極管接反、電位器壞測(cè)二極管方向、測(cè)電位器更正二極管方向、換電位器波形有毛刺退耦不良、走線太長(zhǎng)檢查退耦電容、縮短走線加退耦電容、改PCB帶載后幅度下降負(fù)載太重、輸出電流不足測(cè)帶載后輸出幅度減小負(fù)載、加緩沖器5. 進(jìn)階應(yīng)用與擴(kuò)展思路5.1 用NE555做PWM電機(jī)調(diào)速多諧振蕩器輸出的方波可以直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)小功率直流電機(jī)做PWM調(diào)速。占空比越大電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。但NE555輸出電流有限200mA驅(qū)動(dòng)大電機(jī)需要加MOS管或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。具體做法NE555輸出接MOS管柵極MOS管漏極接電機(jī)負(fù)極電機(jī)正極接電源正極。電機(jī)兩端反并一個(gè)續(xù)流二極管如1N5819防止電機(jī)電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)打壞MOS管。調(diào)節(jié)占空比電位器就能調(diào)速。這里有個(gè)坑電機(jī)是感性負(fù)載啟動(dòng)電流大會(huì)在電源線上產(chǎn)生很大干擾可能導(dǎo)致NE555工作異常。解決辦法是在電機(jī)兩端并一個(gè)100nF到1μF的電容吸收高頻噪聲在NE555電源腳加足夠的退耦電容必要時(shí)用光耦或者隔離電源把控制部分和驅(qū)動(dòng)部分隔開(kāi)。5.2 頻率調(diào)制與掃頻信號(hào)生成如果用一個(gè)低頻信號(hào)去調(diào)制5腳CTRL的電壓就可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制FM。因?yàn)?腳電壓決定了上比較器的閾值改變5腳電壓就改變了充電終止電壓從而改變頻率。具體做法在5腳加一個(gè)交流信號(hào)比如正弦波或者三角波幅度在1V到4V之間假設(shè)VCC5V。這樣輸出頻率就會(huì)隨調(diào)制信號(hào)變化形成掃頻信號(hào)。這個(gè)技巧在測(cè)試濾波器頻率響應(yīng)或者做簡(jiǎn)易頻譜分析時(shí)很有用。注意5腳調(diào)制信號(hào)的幅度不能太大否則會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部比較器飽和輸出頻率不再線性變化。一般調(diào)制幅度控制在VCC的20%到80%之間。5.3 從面包板到PCB的注意事項(xiàng)面包板驗(yàn)證通過(guò)后如果要做成PCB有幾個(gè)地方需要特別注意地平面盡量用完整地平面減少地環(huán)路。RC網(wǎng)絡(luò)的地線要單獨(dú)走不要和輸出級(jí)的地線混在一起。電源退耦退耦電容要就近放在芯片電源腳旁邊走線盡量短。100nF瓷片電容和10μF鉭電容并聯(lián)使用覆蓋高頻和低頻。RC網(wǎng)絡(luò)布局R1、R2、C的走線盡量短避免引入寄生電容。電位器如果外接走線也要短或者用屏蔽線。輸出走線輸出線如果較長(zhǎng)串一個(gè)33Ω電阻做阻抗匹配。如果驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載加續(xù)流二極管和吸收電容。芯片選型批量生產(chǎn)時(shí)注意芯片來(lái)源不同批次的NE555參數(shù)可能有差異。建議先小批量試產(chǎn)實(shí)測(cè)頻率一致性。5.4 用CMOS版本提升性能的實(shí)測(cè)對(duì)比我手頭正好有TLC555和NE555做了一組對(duì)比測(cè)試條件相同VCC5VR11kΩR26.8kΩC100nF。參數(shù)NE555雙極型TLC555CMOS型靜態(tài)電流8.5mA0.15mA實(shí)測(cè)頻率9.82kHz10.15kHz頻率隨電源變化5V→10V3.2%0.8%上升沿110ns65ns下降沿55ns40ns輸出高電平空載3.9V4.6V輸出低電平空載0.05V0.02V帶載100mA時(shí)高電平3.2V3.8V從數(shù)據(jù)看CMOS版本在功耗、頻率穩(wěn)定性、波形質(zhì)量上都明顯優(yōu)于雙極型但輸出驅(qū)動(dòng)能力稍弱。如果做電池供電或者對(duì)波形要求高的場(chǎng)合多花幾毛錢(qián)用TLC555是值得的。6. 我踩過(guò)的坑與實(shí)操心得第一個(gè)坑是復(fù)位腳懸空。前面提過(guò)我大學(xué)實(shí)驗(yàn)課上折騰一下午就是這個(gè)原因。NE555的4腳是低電平復(fù)位懸空時(shí)電平不確定可能被干擾拉低導(dǎo)致芯片一直復(fù)位。養(yǎng)成習(xí)慣只要用NE555先把4腳接VCC。第二個(gè)坑是5腳懸空。5腳是控制電壓腳內(nèi)部接在2/3 VCC的分壓點(diǎn)上。懸空時(shí)容易受外界干擾導(dǎo)致閾值電壓波動(dòng)頻率不穩(wěn)。接一個(gè)10nF電容到地成本幾分錢(qián)效果立竿見(jiàn)影。第三個(gè)坑是用電解電容做定時(shí)電容。早期為了做大容量低頻振蕩用了電解電容結(jié)果頻率漂移嚴(yán)重溫度一變頻率就變而且漏電流導(dǎo)致占空比偏離計(jì)算值。后來(lái)?yè)Q成鉭電容和薄膜電容問(wèn)題解決。記住定時(shí)電容不要用電解電容。第四個(gè)坑是電位器接成可變電阻時(shí)忽略最小阻值。有一次做頻率可調(diào)電位器調(diào)到0時(shí)頻率異常高而且波形畸變。原因是R20時(shí)放電時(shí)間趨近于0但放電三極管有存儲(chǔ)時(shí)間導(dǎo)致輸出波形嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)。后來(lái)串了一個(gè)固定電阻問(wèn)題解決。第五個(gè)坑是面包板走線太長(zhǎng)導(dǎo)致波形振鈴。有一次用面包板搭電路輸出線拉了半米長(zhǎng)示波器上看到嚴(yán)重振鈴。后來(lái)把線縮短到10cm以?xún)?nèi)振鈴基本消失。如果必須長(zhǎng)線串一個(gè)50Ω電阻。第六個(gè)坑是忽略電源退耦。有一次用開(kāi)關(guān)電源供電輸出波形上疊加了開(kāi)關(guān)噪聲。后來(lái)在NE555電源腳就近加了100nF10μF退耦噪聲明顯降低。如果對(duì)噪聲敏感用線性穩(wěn)壓電源。第七個(gè)坑是二極管選型不當(dāng)。做占空比可調(diào)電路時(shí)手頭沒(méi)有1N4148用了1N4007結(jié)果高頻下波形嚴(yán)重失真。原因是1N4007反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)在高頻下不能及時(shí)關(guān)斷。換1N4148后正常。記住高頻電路用開(kāi)關(guān)二極管不要用整流二極管。第八個(gè)坑是忽略負(fù)載對(duì)頻率的影響。有一次輸出直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)低阻抗負(fù)載結(jié)果頻率偏移了10%。原因是負(fù)載電流影響了輸出級(jí)的翻轉(zhuǎn)速度間接影響了RC網(wǎng)絡(luò)的充放電。后來(lái)加了緩沖器問(wèn)題解決。如果負(fù)載較重一定要加緩沖。這些坑說(shuō)到底都是細(xì)節(jié)問(wèn)題但模電就是這樣細(xì)節(jié)決定成敗。NE555電路簡(jiǎn)單但簡(jiǎn)單不代表可以隨便搭。每一個(gè)引腳、每一個(gè)元件都有它的作用理解了原理再動(dòng)手比盲目照?qǐng)D插元件效率高得多。最后分享一個(gè)實(shí)用技巧如果你手頭沒(méi)有示波器可以用一個(gè)LED串聯(lián)1kΩ電阻接在輸出端通過(guò)LED的亮度判斷頻率和占空比。頻率高時(shí)LED看起來(lái)是常亮頻率低時(shí)能看到閃爍。占空比大時(shí)亮度高占空比小時(shí)亮度低。雖然不精確但快速驗(yàn)證電路是否工作足夠了。當(dāng)然要精確測(cè)量還是得用示波器或者頻率計(jì)。