施密特觸發(fā)器(Schmitt Trigger)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門(mén)。
（一）施密特觸發(fā)器結(jié)構(gòu)舉例
（二）施密特觸發(fā)器具體分析
（三）施密特觸發(fā)器電路用途
（四）施密特觸發(fā)器相關(guān)部分總結(jié)
（五）附：用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器
用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器
Sometimes an input signal to a digital circuit doesn't directly fit the description of a digital signal. For various reasons it may have slow rise and/or fall times, or may have acquired some noise that could be sensed by further circuitry. It may even be an analog signal whose frequency we want to measure. All of these conditions, and many others, require a specialized circuit that will "clean up" a signal and force it to true digital shape.
The required circuit is called a Schmitt Trigger. It has two possible states just like other multivibrators. However, the trigger for this circuit to change states is the input voltage level, rather than a digital pulse. That is, the output state depends on the input level, and will change only as the input crosses a pre-defined threshold.
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（一）施密特觸發(fā)器結(jié)構(gòu)舉例
施密特觸發(fā)器最重要的特點(diǎn)是能夠把變化緩慢的輸入信號(hào)整形成邊沿陡峭的矩形脈沖。同時(shí)，施密特觸發(fā)器還可利用其回差電壓來(lái)提高電路的抗干擾能力。它是由兩級(jí)直流放大器組成，電路如圖2-64所示。
兩只晶體管的發(fā)射極連接在一起。該電路也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(即為雙穩(wěn)態(tài)電路)，但它是靠電位觸發(fā)的。它的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)分別為VT1飽和、VT2截止與VT2飽和、VT1截止。兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的相互轉(zhuǎn)換取決于輸入信號(hào)的大小，當(dāng)輸入信號(hào)電位達(dá)到接通電位且維持在大于接通電位時(shí)，電路保持為某一穩(wěn)態(tài)；如果輸人信號(hào)電位降到斷開(kāi)電位且維持在小于斷開(kāi)電位時(shí)，電路迅速翻轉(zhuǎn)且保持在另一狀態(tài)，該電路常用于電位鑒別、幅度鑒別以及對(duì)任意波形進(jìn)行整形。
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觸發(fā)端
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穩(wěn)態(tài)
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R
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C
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作用
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雙穩(wěn)態(tài)電路
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兩個(gè)
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兩個(gè)
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無(wú)
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無(wú)
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保持狀態(tài)，保存數(shù)據(jù)
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施密特
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一個(gè)
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兩個(gè)
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有
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無(wú)
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波形變換，整形
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單穩(wěn)電路
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一個(gè)
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一個(gè)
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有
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有
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定時(shí)，延時(shí)
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多諧振蕩器（無(wú)穩(wěn)電路）
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沒(méi)有
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沒(méi)有
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有
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有
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信號(hào)源
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（二）施密特觸發(fā)器具體分析
我們知道，門(mén)電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時(shí)電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門(mén)電路，與普通的門(mén)電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱(chēng)為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號(hào)從低電平上升到高電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱(chēng)為正向閾值電壓（設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/4.jpg)
），在輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱(chēng)為負(fù)向閾值電壓（設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/5.jpg)
）。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱(chēng)為回差電壓（設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/6.jpg)
）。普通門(mén)電路的電壓傳輸特性曲線(xiàn)是單調(diào)的，施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線(xiàn)則是滯回的[圖6.2.2(a)(b)]。
圖6.2.1 用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器
（a）電路 （b）圖形符號(hào)
圖6.2.2 圖6.2.1電路的電壓傳輸特性
（a）同相輸出 （b）反相輸出
用普通的門(mén)電路可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器[圖6.2.1]。因?yàn)镃MOS門(mén)的輸入電阻很高，所以設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/9.jpg)
的輸入端可以近似的看成開(kāi)路。把疊加原理應(yīng)用到設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/10.jpg)
和設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/11.jpg)
構(gòu)成的串聯(lián)電路上，我們可以推導(dǎo)出這個(gè)電路的正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。當(dāng)設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/12.jpg)
時(shí)，
。當(dāng)從0逐漸上升到時(shí)，從0上升到，電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。我們考慮電路狀態(tài)即將發(fā)生變化那一時(shí)刻的情況。因?yàn)榇藭r(shí)電路狀態(tài)尚未發(fā)生變化，所以仍然為0，，于是，。與此類(lèi)似，當(dāng)時(shí)，。當(dāng)從逐漸下降到時(shí)，從下降到，電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。我們考慮電路狀態(tài)即將發(fā)生變化那一時(shí)刻的情況。因?yàn)榇藭r(shí)電路狀態(tài)尚未發(fā)生變化，所以仍然為，，于是，此公式中VT+應(yīng)該位VT-。通過(guò)調(diào)節(jié)或，可以調(diào)節(jié)正向閾值電壓和反向閾值電壓。不過(guò)，這個(gè)電路有一個(gè)約束條件，就是。如果，那么，我們有及，這說(shuō)明，即使上升到或下降到0，電路的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化，電路處于“自鎖狀態(tài)”，不能正常工作。
圖6.2.4 帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器
集成施密特觸發(fā)器比普通門(mén)電路稍微復(fù)雜一些。我們知道，普通門(mén)電路由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成。如果在輸入級(jí)和中間級(jí)之間插入一個(gè)施密特電路就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器[圖6.2.4]。集成施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓和反向閾值電壓都是固定的。
利用施密特觸發(fā)器可以將非矩形波變換成矩形波[圖6.2.8]。
圖6.2.8 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換
利用施密特觸發(fā)器可以恢復(fù)波形[圖6.2.9(a)(b)(c)]。
圖6.2.9 用施密特觸發(fā)器對(duì)脈沖整形
利用施密特觸發(fā)器可以進(jìn)行脈沖鑒幅[圖6.2.10]。
圖6.2.10 用施密特觸發(fā)器鑒別脈沖幅度
利用施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器：
我們嘗試著分析下面給定的電路，設(shè)電容上的初始電壓為0，則接通電源后Ui=0，Uo=1，于是高電平通過(guò)電阻向電容C充電，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，Ui逐漸升高，當(dāng)Ui升至UT+時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，輸出Q=Uo=0，電容C放電，當(dāng)Uc降至UT-時(shí)，電路再次翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，C又開(kāi)始充電，這樣，Ui在UT+和UT-之間往復(fù)變化，輸出不斷高低高低變換，形成振蕩。
結(jié)果，這個(gè)電路在沒(méi)有外界觸發(fā)的情況下，仍能輸出周期變化的矩形波，我們稱(chēng)能夠自行產(chǎn)生矩形波輸出的器件為多諧振蕩器結(jié)果，這個(gè)電路在沒(méi)有外界觸發(fā)的情況下，仍能輸出周期變化的矩形波，我們稱(chēng)能夠自行產(chǎn)生矩形波輸出的器件為多諧振蕩器。
（三）施密特觸發(fā)器電路用途
施密特觸發(fā)器
(1)應(yīng)用于波形的整形和變換：整形時(shí)，將不好的矩形波變?yōu)檩^好的矩形波；波形轉(zhuǎn)換時(shí)，將三角波、正弦波和其他波形轉(zhuǎn)換為矩形波。
(2)應(yīng)用于幅度鑒別：可以將輸入信號(hào)中的幅度大于某一數(shù)值的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
(3)應(yīng)用于多諧振蕩器。
（四）施密特觸發(fā)器相關(guān)部分總結(jié)
在數(shù)字系統(tǒng)的脈沖整形電路中，常需要一定幅度和寬度的矩形脈沖。獲得矩形脈沖的方法通常有兩種，一是由脈沖振蕩器直接產(chǎn)生，二是用脈沖整形電路將非矩形脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。
施密特觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，它的電壓傳輸特性是一條具有滯回特性的曲線(xiàn)，即觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖胶陀筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖剿鶎?duì)應(yīng)的閾值電壓是不同的。施密特觸發(fā)器可對(duì)輸入波形進(jìn)行變換和整形?；夭铍妷骸鱑T和閾值電壓UT1和UT2是其主要參數(shù)。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，多用于脈沖波形的整形、延時(shí)和定時(shí)。它有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)換靠外觸發(fā)脈沖的作用，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短由定時(shí)元件Ｒ，Ｃ決定，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，脈沖寬度和恢復(fù)時(shí)間是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要參數(shù)。
多諧振蕩器是一種脈沖產(chǎn)生電路，它不需要外加輸入信號(hào)，而使電路能夠周而復(fù)始地振蕩，電路必須接成正反饋；多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于定時(shí)元件ＲＣ的充放電時(shí)間。振蕩周期Ｔ是多諧振蕩器的主要參數(shù)。
555定時(shí)器是一種多用途的單片集成電路，利用它可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。脈沖產(chǎn)生和整形電路也可由門(mén)電路外接電阻，電容等元器件組成。
（五）附： 用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器
用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器
555定時(shí)器是一種多用途的單片集成電路，利用它可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。
555集成定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是怎樣的?它是怎樣工作的?
答：在數(shù)字系統(tǒng)中，為了使各部分在時(shí)間上協(xié)調(diào)動(dòng)作，需要有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的電路稱(chēng)為時(shí)基電路。555集成定時(shí)器就是其中的一種。它是一種由模擬電路與數(shù)字電路組合而成的多功能的中規(guī)模集成組件，只要配少量的外部器件，便可很方便的組成觸發(fā)器、振蕩器等多種功能電路。因此其獲得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
555集成定時(shí)器的工作原理如下：圖2-65a所示為其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖。管腳排列如圖2-65b所示。整個(gè)電路包括分壓器，比較器，基本RS觸發(fā)器和放電開(kāi)關(guān)四個(gè)部分。
(1)分壓器 由三個(gè)5kΩ的電阻串聯(lián)組成分壓器，其上端接電源VCC(8端)，下端接地(1端)，為兩個(gè)比較器A1、A2提供基準(zhǔn)電平。使比較器A1的“+”端接基準(zhǔn)電平(2／3)*VCC(5端)，比較器A2的“-”端接(1／3)*VCC。如果在控制端(5端)外加控制電壓．可以改變兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電平。不用外加控制電壓時(shí)，可用0.01μF的電容使5端交流接地，以旁路高頻干擾。
(2)比較器A1、A7是兩個(gè)比較器。其“+”端是同相輸人端，“-”端是反相輸入端。由于比較器的靈敏度很高，當(dāng)同相輸入端電平略大于反相端時(shí)，其輸出端為高電平；反之，當(dāng)同相輸入端電平略小于反相輸人端電平時(shí)，其輸出端為低電平。因此，當(dāng)高電平觸發(fā)端(6端)的觸發(fā)電平大于(2／3)*VCC時(shí)，比較器A1的輸出為低電平；反之輸出為高電平。當(dāng)?shù)碗娖接|發(fā)端(2端)的觸發(fā)電平略小于(1／3)*VCC時(shí)，比較器A2的輸出為低電平；反之，輸出為高電平。
(3)基本RS觸發(fā)器 比較器A1和A2的輸出端就是基本RS觸發(fā)器的輸入端RD和SD。因此，基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)(3端的狀態(tài))受6端和2端的輸入電平控制。圖中的4端是低電平復(fù)位端。在4端施加低電平時(shí)，可以強(qiáng)制復(fù)位，使Q=0。平時(shí)，將4端接電源VCC的正極。
(4)放電開(kāi)關(guān)圖中晶體管VT構(gòu)成放電開(kāi)關(guān)，使用時(shí)將其集電極接正電源，基極接基本RS觸發(fā)器的Q非端。當(dāng)(Q非)=0時(shí)，VT截止；當(dāng)(Q非)=1時(shí)，VT飽合導(dǎo)通。可見(jiàn)晶體管VT作為放電開(kāi)關(guān)，其通斷狀態(tài)由觸發(fā)器的狀態(tài)決定。
怎樣由555構(gòu)成施密特觸發(fā)器?
答：將(6腳)和(2腳)相連作為信號(hào)輸入端即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器。
怎樣由555構(gòu)成多諧振蕩器?
答：因?yàn)橛檬┟芴赜|發(fā)器可以組成多諧振蕩器；所以可用555定時(shí)器構(gòu)成施密特電路，再用施密特電路加上RC充放電電路來(lái)設(shè)計(jì)多諧振蕩器。圖2-66a是由555組件組成的多諧振蕩器電路，R1、R2和C系外接元件。其工作原理如下：
接通電源后，VCC經(jīng)R1 R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時(shí)Vc<VCC／3，所以555內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，即RD=1，SD=0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。此時(shí)(Q非)=0，使內(nèi)部放電管截止。
當(dāng)Vc上升到大于Vcc／3時(shí)，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，即輸出端Q仍為高電平，當(dāng)Vc上升到略大于2VCC／3時(shí)，Rn=0，SD=1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端Q為低電平。這時(shí)Q非=1，使內(nèi)部放電管飽合導(dǎo)通。于是電容C經(jīng)R2和內(nèi)部放電管放電，Vc按指數(shù)規(guī)律減小。
當(dāng)Vc下降略小于Vcc／3時(shí)，內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時(shí)，(Q非)=0，內(nèi)部放電管截止。于是C結(jié)束放電并重新開(kāi)始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖，如圖2-66b所示。
設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/3.jpg)
設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/7.jpg)
設(shè)計(jì)/電子技術(shù)/NOTEespress導(dǎo)出/8.jpg)
