施密特触发器是脉冲波形变换与整形中经常使用的一种电路。其最重要的特点能够把变化非常缓慢的输入脉冲波形,整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲,而且具有滞回特性,抗干扰能力强。
7.5.1 电路组成
用555定时器构成施密特触发器电路如图7.5.1所示,图中(4脚)接高电平,端接电容起滤波作用,以提高参考电压和的稳定性。触发输入端和阈值输入端连在一起作为施密特触发器的输入端。
7.5.2 工作原理
设输入为三角波,则施密特触发器的工作波形和电压传输特性如图7.5.2所示。
当时,555定时器内部的电压比较器有,因此,比较器输出高电平;电压比较器有,因此,比较器输出低电平,这样,基本触发器被置1,即,,输出为高电平。
当<<时,555定时器内部的两个电压比较器和都存在,两者均输出高电平,此时,基本触发器维持状态不变,即保持高电平。
当上升到时,一旦出现>,555定时器内部电压比较器就出现,比较器输出低电平;而此时电压比较器仍为,比较器输出为高电平。这样,基本触发器被置0,即,,输出为低电平。可见,上升到处,输出由高电平翻转为低电平。即,称为上限阈值。
当由大于开始下降时,下降到<<时,由于555定时器内部的两个电压比较器均输出为高电平,基本触发器维持状态不变,即,,输出仍为低电平。
当下降至时,一旦出现<,则555内部的电压比较器就有,比较器输出低电平,基本触发器被置1,即,,输出为高电平。可以看出,下降到处,输出由低电平翻转为高电平。即,称为下限阈值电平。
输出电压随输入电压的变化关系,即电压传输特性如图7.5.2(b)所示。可以看出,电路具有滞回特性。上升阶段,上升到时输出由高电平翻转为低电平;下降阶段,下降到时,输出由低电平翻转为高电平。
定义滞回电压(又称回差电压):
(7.5.1)
滞回电压的大小直接反映电路抗干扰能力的强弱。由上述分析可知,由555定时器构成的施密特触发器,滞回电压。若在控制端(5脚)加入电压,改变两个内部电压比较器的参考电压和,则可改变滞回电压的大小。
以上讨论的施密特触发器可用图7.5.3(a)所示的符号表示,称为反相输出的施密特触发器;对于图7.5.3(b)所示符号的施密特触发器,情况正好相反,在为低电平,输出为低电平,上升到时,翻转为高电平,而大于时,输出为高电平,当下降至时,又翻转为低电平。因此,输出与输入具有同相关系,称为同相施密特触发器。
由于施密特触发器的应用十分广泛,在TTL和CMOS系列产品中,均有集成的施密特触发器,使用十分方便。
7.5.3 主要应用
1.用于波形变换及整形
利用施密特触发器可以把变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
如图7.5.4所示,输入正弦波形,只要适当地选择施密特触发器的和,即可得到与输入信号同频率的矩形脉冲。
在数字电路系统中,矩形脉冲经过测量装置,或经过放大电路后可能产生不规则的畸变。当矩形脉冲出现了畸变时,通过施密特触发器整形可获得较理想的矩形脉冲,图7.5.5所示为一简单的例子。
2.用于脉冲鉴幅
图7.5.6所示为利用施密特触发器鉴别脉冲幅度的情况,输入信号为一系列幅度不同的脉冲信号,只有那些幅度大于的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见,施密特触发器能将幅度大于的脉冲选出,具有脉冲鉴幅的能力。
3. 用作多谐振荡器
利用施密特触发器可以构成多谐振荡器,如图7.5.7(a)所示,图(b)为其工作波形。
在接通电源瞬间,电容上的电压为0,输出为高电平。的高电平通过电阻对电容充电,逐步上升,当达到时,施密特触发器发生翻转,输出变为低电平,然后电容开始放电,下降,当下降到时,电路又发生翻转,电容又充电……,这样周而复始,电路不停地振荡,输出端得到矩形脉冲。