施密特觸發(fā)器原理分析及其應(yīng)用

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為正向閾值電壓（），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為負(fù)向閾值電壓（）。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓（）。普通門(mén)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(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，所以的輸入端可以近似的看成開(kāi)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(gè)電路的正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。當(dāng)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，。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