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LTSPICE搭建NE555多谐振荡器仿真电路

大家好，今天我们将用ADI所推出的电路仿真工具LTSPICE来搭建多谐振荡电路，并实现电路的仿真，所用的主要元器件为NE555定时器。

1.项目要求

我们通过搭建555多谐振荡电路来实现对LTSPICE的实践学习，包括常用元器件的查找、电气线的连接、电路的搭建、仿真语法的学习、波形的观测等。

2.555定时器芯片的认识

555定时器是一种集成电路芯片，于1971年量产上市，由于该芯片简单好用、价格便宜、性能稳定，被广泛的应用于电子电路的设计中，被广泛应用于定时电路、延时电路、脉冲发生电路以及振荡电路等领域。有统计显示，555是芯片史上累计出货量最多的芯片。

2.1 555内部结构

该芯片内部有3个5kΩ的电阻串联，555的名字由此而来，其内部结构如下图所示：

555芯片有8个引脚，引脚含义和功能定义如下表所示：

555定时器的引脚图如下所示。 

其常用的封装形式有双列直插DIP8和贴片SOP8，芯片如下图所示。

2.2 555工作模式

555定时器使用方便，可以通过电阻和电容等简单元器件即可实现三种经典电路，分别为：

l 单稳态电路，电路在触发后，555定时器可以输出固定时长的脉冲，可以实现定时或者延时的作用，通过RC电路可以调节脉冲的宽度。

l 施密特触发电路，通过电阻和电容即可实现迟滞特性，可以用于波形整形或者抖动的消除，在滤波电路中应用广泛。

l 多谐振荡电路，利用RC电路的充放电特性，555定时器可以输出周期性的方波，在PWM电路中应用广泛。

今天我们就用NE555来搭建一个多谐振荡电路，持续输出方波，并且通过RC电路实现方波频率的可调，通过示波器观察电路各点的波形。

3.LTSPICE搭建555定时器的多谐振荡电路

3.1 多谐振荡电路图

555定时器搭建多谐振荡电路，只需要用到两个电阻和两个电容，利用RC电路的充放电特性，形成周期性的振荡，就可以使555定时器输出连续的脉冲信号。多谐振荡电路的电路图如下所示，下图中引脚3处的Vo即为方波输出引脚。 

3.2 在LTSPICE中搭建555定时器的多谢振荡电路

所用到的元器件有：

l 555定时器：1颗

l 电阻：2颗

l 电容：2颗

3.2.1 新建LTSPICE原理图

需要提前安装好LTSPICE电路仿真软件，双击软件图标，打开软件。接下来，需要新建一个原理图，在菜单栏→File→New Schematic，或者快捷键Ctrl+N，选择Schematic，可以建立新的原理图，如下图所示。 

注意，所有用到快捷键的操作都是在英文输入法的前提下，请将输入切换到英文输入法模式。

3.2.2 放置NE555定时器

555定时器的位置：菜单栏→Component，或者快捷键“P”，在弹出的对话框里搜索“555”，会出现NE555，如下图所示。

点击“Place”后即可把555定时器放置到原理图中，在元器件未放置的情况下，可以按下Ctrl+R实现元器件方向的调节，如下图所示。

3.2.3 放置电阻并设置电阻参数

在原理图中，按下快捷键R，可以快速放置电阻，放置两个电阻，标号自动生成，分别为R1和R2。在电阻未放置的情况下，按下快捷键Ctrl+R可以调节电阻的方向。在电阻R1上右键，会弹出参数设置界面，电阻的参数设置如下：

l Resistor[Ω]：1K

l Tolerance[%]：1

l Power Rating[W]: 1

或者点击“Select Resistor”在弹出的电阻列表中选择1KΩ的电阻，如下图所示。

以同样的方式将电阻R2的电阻值改为10K。

3.2.4 放置电容并设置电阻参数

在原理图中，按下快捷键C，可以快速放置电容，放置两个电容，标号自动生成，分别为C1和C2。在电容未放置的情况下，按下快捷键Ctrl+R可以调节电容的方向。在电容C1上右键，会弹出参数设置界面，电容的参数设置如下：

l Capacitance[F]: 0.1µ

l Voltage Rating[V]:10

或者点击“Select Capacitor” 在弹出的电容列表中选择0.1µ 10V的电容，如下图所示。

以同样的方式将电容C2的值改为0.1µ。

3.2.5 导线连接元器件

元器件放置好后，需要用导线将引脚实现电气连接，在英文输入法下按下快捷键W，或者在菜单栏点击“wire”符号，可以切换为画线模式， 此时鼠标会变为十字虚线，点击元器件的引脚即可画线，所画的线具有电气连接属性，如下图所示

3.2.6 添加直流电源

元器件要工作，必须要电源，在菜单栏中点击“Voltage Source”符号，或者快捷键W，则可以调出电压源，在电压源上右键，即可弹出对话框设置参数，将电压设置为5V，如下图所示。

最终，连接好的电路图如下图所示。

3.2.7 设置网络标签

在原理图中，网络标签是带有电气连接属性的，如果两个网络标签相同，那么代表这两个网络标签所在的引脚相当于是用导线连接到一起的。下面给需要观测波形的地方设置网络标签。

点击菜单栏的”Net”，或者英文输入法模式下按下快捷键N，即可设置网络标签，此时会弹出对话框，在对话框中输入标签名字，再点击“OK”即可把标签放置到想要设置的导线或者引脚上，如下图所示。

我们把网络标签起名为“PWM”，并放置在555的OUT导线上，设置完成的效果如下图所示。

3.2.7 .tran语句

下面就要开始仿真了，在仿真之前，需要设置运行时长和波形观测点，需要用到.tran语句。

.tran 语句用于配置瞬态分析（Transient Analysis），即模拟电路在随时间变化的输入信号下的动态响应。该语句控制仿真的时间范围、步长和精度，是时域分析的核心配置指令。

. tran的基本语法

. tran <stop-time> [start-time] [step- time] [UIC] [options]

· 必选参数：

o <stop-time>：仿真的总时间，需要带单位，如s、ms、us、ns。

· 可选参数：

o [start-time]：仿真开始记录数据的时间（默认从 0 开始）。

o [step- time]：数据采样步长（控制仿真精度，默认自动计算）。

o [UIC]: 全称“Use Initial Conditions”，表示使用元件初始条件，需要 提前在元件属性中设置IC参数，如电容电压、电感电流等。

o [options]：其他选项。

.tran举例：

.tran 10m  ： 仿真 10 毫秒

.tran 10m 0 1u  ： 从0开始运行10ms，最大步长为 1us

我们将仿真时长设置为5ms，语句为：.tran 5m。点击菜单栏的.ac图标可以设置参数，如下图所示。

3.2.8 仿真结果

运行仿真结果的操作方法如下：

1) 点击菜单栏上绿色三角形的仿真按钮；

2) 右键→点击绿色三角形的仿真按钮；

不管哪种途径，点击绿色的按钮后就可以开始仿真了。

仿真后的结果如下图所示，可以看到左边的波形窗口是空的没有波形，如下图所示。 

需要往波形窗口中添加信号，在右侧的原理图窗口中将鼠标放到所要观测的导线、引脚或者标签上，等待鼠标变成红色的笔后，点击一下，即可把信号添加到左侧的观察窗口了，555的Output引脚输出的波形如下图所示。

至此，通过555多谐振荡电路，我们就初步掌握了LTSPICE的使用方法。