施密特觸發(fā)器原理分析及其應(yīng)用

我們知道，門電路有一個閾值電壓，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)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓（），在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓（）。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓（）。普通門電路的電壓傳輸特性曲線是單調(diào)的，施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線則是滯回的[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

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

用普通的門電路可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器[圖6.2.1]。因為CMOS門的輸入電阻很高，所以的輸入端可以近似的看成開路。把疊加原理應(yīng)用到和構(gòu)成的串聯(lián)電路上，我們可以推導(dǎo)出這個電路的正向閾值電壓和負向閾值電壓。當(dāng)時，。當(dāng)從0逐漸上升到時，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)生變化那一時刻的情況。因為此時電路狀態(tài)尚未發(fā)生變化，所以仍然為0，，于是，。與此類似，當(dāng)時，。當(dāng)從逐漸下降到時，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)生變化那一時刻的情況。因為此時電路狀態(tài)尚未發(fā)生變化，所以仍然為，，于是，。通過調(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，這個電路有一個約束條件，就是。如果，那么，我們有及，這說明，即使上升到或下降到0，電路的狀態(tài)也不會發(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)器比普通門電路稍微復(fù)雜一些。我們知道，普通門電路由輸入級、中間級和輸出級組成。如果在輸入級和中間級之間插入一個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)器對脈沖整形

利用施密特觸發(fā)器可以進行脈沖鑒幅[圖6.2.10]。

圖6.2.10 用施密特觸發(fā)器鑒別脈沖幅度