波形產生、整形和變換電路３.４.１施密特觸發器及應用1.施密特觸發器的觸發特性

施密特觸發器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數字電路需要的矩形脈沖的電路。邏輯符號施密特發器有反相傳輸和同相傳輸兩種電路。

施密特觸發器的電壓傳輸特性下限閾值電壓上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：ΔUT＝

UT＋－UT－缺點是回差太小，且不能調整。

回差，是指當輸入電壓Ui由低變高時的閥值電壓UT+和輸入電壓由高變低時的閥值電壓UT-是不相同的，我們定義⊿UT稱為回差。

施密特觸發器的輸入輸出電壓波形（1）施密特觸發器輸出有兩種狀態；

（2）施密特觸發器采用電平觸發即輸入電壓上升時，即使上升很緩慢，只要輸入電壓上升到某一閥值電壓(UT+或UT-)時，電路的輸出狀態就發生轉換

；（3）對于正向和負向增長的輸入信號，電路有不同的閥值電平（UT+和UT-）。集成施密特觸發器在集成電路手冊中被歸類在門電路中手冊中還可以查到74LS13它是四二輸入施密特觸發與非門，這些集成施密特觸發器的回差是不可調的。2

施密特觸發器的具體電路由門電路構成的施密特觸發器

CMOS門電路，其閥值電壓為1/2VDD。電路中要求R1＜R2電原理圖

邏輯符號

G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI由門電路構成的施密特觸發器

（1）

當vI=0時，vO1≈

VDD，

vO

≈

0V，

vI＇≈0V；（2）當vI升高時，vI’也升高。當vI’達到1/2VDD時，G1、G2輸出狀態將發生翻轉。此時對應的vI值稱為VT+。（3）當vI大于VT+時，電路轉到另一穩態：vO1≈0V，vO

≈VDD

。

0100＞VT+＞1/2VDD→0→1↑↑100G1G2R11vO1vI＇1vOR2vI（4）當vI由高變低時，vI

’也由高變低。當vI’≤1/2VDD時，電路又將發生轉換。此時對應的vI稱為VT－。（5）當vI小于VT－時，電路轉到另一穩態：vO1=≈VDD，vO

≈

0V。

01↓↓→1→0＜VT－＜1/2VDD

工作波形vIVT+VT－0t0tvO10tvOvIvO1vIvO所以⊿UT＝UT+-UT-＝由此可知，調節R1、R2可以調節回差，但必須保證R1＜R2否則電路不能正常工作。

由555定時器構成的施密特觸發器555定時器是一多用途的數字模擬混合集成電路，555最大的優點是電源電壓范圍大，為4.5V～18V，可以和TTL和CMOS兼容，同時驅動電流大約為200mA,可以直接驅動負載喇叭。手冊上可查到的555的常用型號有NE555，5G555，至于555的內部電路，讀者可參閱有關資料。電路圖

施密特觸發器的應用Ui0t0UotT+UT-U波形變換

0Uit0UotT+UT-U波形整形(取⊿UT較大些)

0Uit0UotUT-T+U鑒幅(取⊿UT盡量小些)

施密特觸發器在脈沖的產生和整形電路中應用很廣。３.４.2多諧振蕩器及應用

多諧振蕩器就是方波發生器。由于方波中除基波外還包含了許多高次諧波，因此，又稱為多諧振蕩器。

多諧振蕩器不需要外加信號，只要一上電就會產生方波信號。1.由CMOS施密特非門組成的多諧振蕩器電路圖工作過程分析：1.當剛加電源時，由于電容C還沒有來得及充上電荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD。

0UDD2.UOH通過R向C充電，當充電充到UC＝UT＋時，電路輸出發生轉換，UO由UOH變成UOL＝0V。

UT＋0V3.電容上的電壓UC＝UT＋，又要通過R向UOL放電，當電容上的電壓放到UT-時，電路的輸出狀態又發生轉換。

UT-UDD如上所述，周而復始，形成振蕩，振蕩時UC和Uo的波形如圖所示：

1CUcUoR2R1通過調節R、C的值，可調節振蕩頻率f

在這個電路的基礎上利用二極管的單向導電性能，使RC電路充放電的RC時間常數不一致，就可得到可改變輸出波形占空比的多諧振蕩器。當剛加電源時，由于電容C還沒有來得及充上電荷，所以UC＝0，Uo＝UOH＝UDD，UOH通過R1向C充電，當充電充到UC＝UT＋時，電路輸出發生轉換，UO由UOH變成UOL＝0V。電容上的電壓UC＝UT＋，又要通過R2向UOL放電，當電容上的電壓放到UT-時，電路的輸出狀態又發生轉換。

充電放電2.由555組成的施密特電路組成的多諧振蕩器RC55512345678UU(U=U)Ui0.1uRcDD010202U011.先由555組成施密特電路

2.電路的輸出端U02經RC電路接回輸入端即可

多諧振蕩器的頻率：

Rd由于555第4腳為清0輸入，因此控制Rd可控制電路振蕩和停振。

電路組成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（1）設電路的初態為vO1=1,vO2=0，這種狀態下不可能持久維持；1001（2）通過vO1→R→C→vO2向C充電，使vI1不斷上升；（3）當vI1＞VT時，G1輸出低電平，G2輸出高電平，即vO1=0，

vO2=1。3.由CMOS非門加RC電路組成的多諧振蕩器

工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1（4）vO1=0，

vO2=1這個狀態也不能持久；1001（5）通過vO2→C→R→vO1對電容C反向充電，vI1逐步減少；（6）當vI1＜VT時，G1輸出高電平，G2輸出低電平，即又回到vO1=1，vO2=0的狀態。（7）通過電容器的充放電產生方波，振蕩的周期T≈2.2RC。

tvO10tvO20vIt0電路的工作波形：11G2G1RCvO1vO2vI1當Vo1向C充電使vI1=時Vo2狀態發生改變，由低電平變為高電平VDD，由于電容兩邊電壓不能突變，它的電壓改變只能通過充放電電荷的累積形成，Vo2由0變為VDD，則Vi1也由變為+VDD，保持Uc=。Vo2向C反向充電時同樣會使Vi1由變為-。4.石英晶體多諧振蕩器前面介紹的多諧振蕩器的頻率穩定性較差，當電源電壓波動、溫度變化、RC參數的變化都會使頻率變化。

石英晶體多諧振蕩器是頻率十分穩定的振蕩器，它的頻率穩定度⊿f0/f0可達10-10，用在對頻率的穩定性要求比較高，如時鐘秒信號的頻率源中。

11680P30P32768HZ10MG1G2Uo常見的時鐘秒信號源晶體振蕩器

石英晶體符號

石英晶體的固有諧振頻率石英振蕩器的頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率，而與外接的電阻、電容無關，因此它的頻率穩定。5.壓控振蕩器壓控振蕩器(VoltageControlledOscillator)簡稱VOC

振蕩器的頻率受一個輸入電壓的控制

廣泛用于自動檢測、自動控制及通信電路中

３.４.3單穩態觸發器及應用有兩種狀態：0態和1態，但只有一種狀態能長久保持，故名單穩態觸發器。

例子——樓道燈控制系統

單穩態觸發器的特點：

（1）電路有一個穩態和一個暫穩態。（2）平時處于穩態，在外部觸發脈沖作用下，由穩態進入暫穩態；

（3）暫穩態維持一定時間后自動回到穩態，暫穩態是一個不能長久保持的狀態，經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。暫穩態的持續時間與觸發脈沖無關，僅決定于電路本身的參數。1.由CMOS與非門組成的單穩態觸發器電路圖：穩態：

在無觸發信號時電路處于穩態，由于UR＝0，

01Qn

＝1

這樣G1的二個輸入均為1

=0即穩態為Qn＝1，Qn＝011010穩態時URi＝1，當Ui下降邊到達時，微分電路輸出一個負脈沖被加到URi，使URi由1變為0，Qn由0變為1，這個變化通過C被加到UR上，使UR由0變為1，使Qn變為0，電路進入暫穩態即Qn＝0，Qn＝1。

01nnQQ&&UiURRG1G2DDi1010放電UR的高電平要通過RC放電而逐漸變低，當UR下降到CMOS與非門轉換的閥值電壓時，Qn由0變為1，電路又回到穩態。

暫穩態不會持久：QQiURUtwRUiUDD12電路工作波形：只有負脈沖才能觸發單穩態觸發器進入暫穩態

暫穩態時間tw可用RC電路的暫穩態過程三要素公式求出tw≈0.7RC。2.集成單穩態觸發器分類：不可重復觸發型可重復觸發型1UUi0UUi0t0Uit0Uowtwtwtt0Uit0Uowtwt單穩態觸發器一旦被觸發進入暫穩態后，再加觸發脈沖，不會影響電路的工作過程，只有等到暫穩態結束之后，才可能被下一個脈沖觸發。

可重復觸發的單穩態觸發器，當電路被觸發進入暫穩態后，在暫穩態沒有結束之前，再加觸發脈沖，電路又一次被觸發，電路從第二次觸發起要再維持一個暫穩態時間tw。

3.單穩態觸發器的應用

整形把脈寬不一致的波形變成脈寬一致的波形。單穩vOvItt00vOvI

定時由于單穩態觸發器的輸出為tw可調的矩形波，因此可用在tw時間內去控制某種功能產生或不產生。UC0.1uFUURRUDDCC010255512345678RDUi1受Rd控制的由555組成的多諧振蕩器將不可重復觸發的單穩態觸發器接入Rd，來控制多諧振蕩器在規定的時間（tw）內產生聲音。

延時由于單穩態觸發器一經觸發，電路進入暫穩態，暫穩態時間tw≈0.7RC

，調節R、C可產生比觸發脈沖時間長很多的暫穩態時間tw。把輸入信號延遲一定時間后輸出。延時功能典型的例子就是我們前面提到的樓道燈延時開關電路，下面是它的電路組成及工作過程簡述。電容降