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。
由图10可见,电源Vcc先通过R1,R2给C1充电,使电容C1从0 V充电到2Vcc/3,接着从2Vcc/3放电到Vcc/3,又再从Vcc/3充电到2Vcc/3,电容C1形成周期性的充放电过程,从而在555的输出端Vout形成周期性的矩形脉冲波,构成多谐振荡器。由图10所示,可得输出矩形脉冲特性参数:
仿真结果表明,输出脉冲周期、占空比系数的仿真值与理论值基本相符。同时分析可知,其值只与电阻、电容值有关,电容上的初始电压,只是激发了振荡电路的振荡,并不会改变电路起振后的输出波形,也不会影响对振荡电路起振特性的研究。
5结 语
利用OrCAD/PSpice 10.5对555定时器构成的单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的特性进行了仿真分析。同时,针对仿真过程中多谐振荡器不起振的问题进行了讨论,提出了振荡电路的有效起振方法,仿真结果与理论计算值基本相符表明OrCAD/PSpice是电子线路设计人员必须掌握的基本工具之一。
,555定时器的典型应用及OrCAD/PSpice仿真