【硬件基础】施密特触发器及其应用——原理

1．施密特触发器

施密特触发器又称施密特反相器，是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。它在性能上有两个重要的特点：

第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。

第二，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。

利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。

施密特触发器可以由门电路构成，也可作成单片集成电路产品，且后者最为常用。图3.9.1是CMOS集成施密特触发器CD40106逻辑符号与电压传输特性曲线。

图3.9.1 CMOS施密特触发器逻辑符号及施密特电路的电压传输特性曲线

2．施密特触发器的应用

⑴ 用于波形变换

利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。图3.9.2的例子中，输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的，只要以信号的幅度大于VT+即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。

图3.9.2 用施密特触发器实现波形变换

⑵ 用于脉冲的整形

在数字系统，常常需要将窄脉冲进行展宽，图3.9.3是用CD40106来展宽脉冲宽度的电路及输入、输出波形，它是利用R、C充电延时的作用来展宽输出脉冲的，改变R、C的大小，即可调节脉宽展宽的程度。

图 3.9.3 施密特触发器实现窄脉冲展宽电路及其波形

⑶ 用于单稳态触发器

单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：

第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；

第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；

第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。

由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等。、

利用施密特触发器可以构成单稳态触发器。施密特型单稳由输入脉冲下降沿触发翻转。输出正脉冲，见图3.9.4。且要求T1＞TW，它的近似计算式为TW≈0.7RC。

图3.9.4 用施密特触发器构成的单稳态触发器

⑷ 用于多谐振荡器

利用施密特触发器可以构成多谐振荡器。其电路如图3.9.5所示。接通电源瞬间，电容C上的电压为0V，输出v0为高电平。v0通过电阻R对电容C充电，当vI达到 VT＋时，施密特触发器翻转，输出为低电平，此后电容C又开始放电，vI下降，当vI下降到VT－时，电路又发生翻转，如此周而复始地形成振荡。其振荡周期公式为。

图3.9.5 用施密特触发器构成的多谐振荡器