是一种将模拟功能与数字(逻辑)功能紧密结合在一起的中小规模单片集成电路。它功能多样，应用广泛，只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路，是脉冲波形产生与变换的重要元器件，大范围的应用于信号的产生与变换、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域。／PSpice作为国际上著名的电子设计自动化软件之一，具有仿真速度快、精度高等优点，不但可以用于电路分析和优化设计，与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化，被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件之一。例如：基于该软件，Essakhi等人提出了一种微波整流天线的时域模型；Du等人提出了一种从三维时域场分析提取S参数的方法；Zhang等人仿真了E类功率放大器的特性，并进行了实验证实；Sakuta等人分析了低相位噪声振荡器的特性，并计算了有载Q值；Hayahara等人设计了△-∑A／D转换器，并对其信噪比进行了仿真；Brecl等人提出了一维、二维薄膜模型，并模拟了其接触电阻。这些表明，软件

　　555定时器的图形符号及管脚图如图1所示，其中管脚1是公共端，管脚2为触发端，管脚3为输出端，管脚4为复位端，管脚5是控制电压输入端，管脚6为阈值端，管脚7是内部三极管的放电端，管脚8是电源端。

　　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所组成：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。

　　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，以此来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。

　　单稳态触发器大范围的使用在脉冲整形、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等于暂稳态的维持的时间，而暂稳态的维持的时间取决于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，才可能正真的保证每一个正倒置脉冲起作用。

　　(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

　　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能够得到周期性的矩形脉冲，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 施密特触发器仿线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。

　　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。

　　分析可知，PSpice中555多谐振荡器不能起振的原因主要在于起振源。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。

　　经查阅相关文献[10]，并经多次实验验证，发现有多种办法能够使电路起振，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，没改变电路起振后的输出波形，也没影响对振荡电路起振特性的研究。

　　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：

　　仿真根据结果得出，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，也不可能影响对振荡电路起振特性的研究。

　　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一定掌握的基本工具之一。