555定时器的典型应用及OrCAD／PSpice仿真

５５５定时器的内部电路方框图如图２所示，该集成电路由四部分组成：电阻分压器、电压比较器、基本ＲＳ触发器、输出缓冲器和放电三极管。

比较器的参考电压由三只５　ｋΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器Ａ１同相比较端和低电平比较器Ａ２的反相输入端的参考电平为２Ｖｃｃ／３和Ｖｃｃ／３。

Ａ１和Ａ２的输出端控制ＲＳ触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号输入并超过２Ｖｃｃ／３时，触发器复位，５５５的输出端３脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自２脚输入并低于Ｖｃｃ／３时，触发器置位，５５５的３脚输出高电平，同时充电，开关管截止。

ＭＲ是复位端，当其为０时，５５５输出低电平。

平时该端开路或接Ｖｃｃ。

ＣＯ是控制电压端（５脚），平时输出２Ｖｃｃ／３作为比较器Ａ１的参考电平，当５脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个０．０１μＦ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

Ｔ为放电管，当Ｔ导通时，将给接于脚７的电容器提供低阻放电电路。

２单稳态触发器仿真分析
单稳态触发器广泛用于脉冲整形、延时及定时电路中。

单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态，在无外来触发脉冲作用时，电路保持稳态不变，而当有外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，并输出一个脉宽和幅值恒定的矩形脉冲，输出的脉冲宽度ＴＷ等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于Ｒ２，Ｃ２，则：
运行ＯｒＣＡＤ／ＣａｐｔｕｒｅＣＩＳ，利用Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ绘制的由５５５定时器构成的单稳态触发器电路见图３，输入信号Ｖｉ为脉冲电压源（ＶＰＵＬＳＥ），设置其参数如下：
值得注意的是，输入信号ＶＰＵＬＳＥ的重复周期必须大于输出的脉冲宽度ＴＷ，输入信号ＶＰＵＬＳＥ的脉宽应小于ＴＷ，才能保证每一个正倒置脉冲起作用。

利用ＯｒＣＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ　１０．５的瞬态分析功能进行仿真，瞬态分析（Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）是指在给定输入激励信号的作用下，计算电路输出端的瞬态响应，其实质就是计算时域响应。

设置瞬态分析参数从零时刻开始记录数据，到４　ｍｓ结束，最大步长为０．１　ｍｓ。

进行瞬态分析后，得到图４所示的输出电压波形图，其中类似于锯齿波的是电容Ｃ２两端的电压，而方波则是５５５的输出端Ｖｏｕｔ的电压波形。

由图４可见，电容Ｃ２存在自动充放电过程。

当触发脉冲到达时，电源Ｖｃｃ通过Ｒ２给电容Ｃ２充电，从０　Ｖ充电到约３．３３　Ｖ之前，５５５定时器的输出始终保持高电平，而一旦电容充电到３．３３　Ｖ，５５５的输出立即转换为低电平，随后电容Ｃ２开始从３．３３　Ｖ迅速放电到０　Ｖ，此后又开始新的充放电过程。

在
５５５的输出端Ｖｏｕｔ可以获得周期性的矩形脉冲，而脉冲的宽度约为１．０９　ｍｓ，与理论计算值１．１Ｒ２Ｃ２相近。

并且输出脉冲的宽度与输入信号ＶＰＵＬＳＥ的脉宽和幅度无关。

３施密特触发器仿真分析
用５５５定时器构成的施密特触发器将阀值端和触发端接在一起作为输入端。

运行ＯｒＣＡＤ／ＣａｐｔｕｒｅＣＩＳ，利用Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ绘制的５５５定时器构成的施密特触发器电路如图５所示。

输入信号Ｖｉ为三角波电压源（ＶＰＷＬ），设置其参数为：
利用ＰＳｐｉｃｅ的瞬态分析功能进行仿真，设置瞬态分析参数从零时刻开始记录数据，到３　ｍｓ结束，最大步长为１μｓ，得到５５５的输出端Ｕｏｕｔ的电压波形与输入电压波形如图６所示。

由图６可见，该电路能将输入三角波转换成方波输出，当输入三角波电压升高，输出电平发生转换时所对应的门限电压约为８　Ｖ，而当输入三角波电压降低，输出电平发生转换时所对应的门限电压约为４　Ｖ，即上门限电压与下门限电压不同，输入与输出间具有迟滞特性。

将输入信号换成正弦信
号后，得到输入／输出电压的波形如图７所示，依然表现出迟滞特性，且上门限电压与下门限电压仍分别为８　Ｖ和４　Ｖ，而这正是施密特触发器电路的工作特性。

仿真结果与理论计算结果的上门限电压（２／３　Ｖｃｃ）和下门限电压（１／３　Ｖｃｃ）相符。

４多谐振荡器仿真分析
多谐振荡器是一种自激振荡器，接通电源后不需要外加触发信号便能自动产生矩形脉冲。

运行ＯｒＣＡＤ／Ｃａｐｔｕｒｅ　ＣＩＳ，利用Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ绘制的由５５５定时器构成的多谐振荡器电路如图８所示。

电路由一个５５５Ｂ芯片、两个电阻和两个电容组成，通过电阻给电容Ｃ１充电、放电的过程来产生振荡，从而输出矩形脉冲。

启动ＰＳｐｉｃｅ瞬态分析功能，观察电容Ｃ１的端电压和５５５的输出端Ｖｏｕｔ的电压，得到图９所示的波形。

由图９中发现５５５定时器构成的多谐振荡器的输出电压Ｖｏｕｔ始终保持高电平，并没有产生预期的振荡。

４．１ ＯｒＣＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ中５５５多谐振荡器不能起振的原因
分析可知，ＰＳｐｉｃｅ中５５５多谐振荡器不能起振的原因在于起振源。

实际振荡电路之所以能自行起振是由于起振源的存在。

实际振荡电路的起振源主要由两方面因素构成：一是由振荡电路晶体管内部的噪声和电路噪声（电阻热噪声等）引起；二是由电路接通电源瞬间的冲击电流引起。

而直接利用ＰＳｐｉｃｅ对图６电路进行模拟仿真时，ＰＳｐｉｃｅ会将电路中的５５５定时器、电阻、电容、电源等元件和电路的接通过程都理想化，即电路中不能产生任何噪声和干扰。

因此，没有起振源，自然就不能产生振荡。

４．２有效起振方法
经查阅相关文献［１０］，并经多次实验验证，发现有多种方法可以使电路起振，现介绍其中两种最简单的方法供大家参考：
（１）给电容加初始值（ＩＣ值），本例中只将Ｃ１和Ｃ２的ＩＣ设为０。

电容上的初始电压，只是激发了振荡电路的振荡，没有改变电路起振后的输出波形，也没有影响对振荡电路起振特性的研究。

（２）在瞬态分析仿真设置（Ｓｉｍｕｌｓｔｉｏｎ　Ｓｅｔｔｉｎｇｓ）中激活初始瞬态偏置点计算（Ｓｋｉｐ　ｔｈｅ　Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｂｉａｓｐｏｉｎｔ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）选项，直接使用各元件的起始条件来作瞬态分析。

两种方法都能顺利使５５５多谐振荡器发生起振，且持续地输出脉冲波形。

４．３仿真结果与理论计算值比较
４．３．１计算指标理论值
根据图８多谐振荡器电路计算指标理论值：
充电时间常数：
４．３．２ 仿真值
在ＯｒＣＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ中，采用前面提出的模拟振荡电路的起振方法得到５５５振荡电路输出端的矩形脉冲电压波形，如图１０所示。