任駿原

（渤海大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

施密特觸發(fā)器有1個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端、1個(gè)信號(hào)輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)定的輸出狀態(tài)。與一般觸發(fā)器不同的是，需依靠輸入信號(hào)的幅值維持某一穩(wěn)態(tài)，輸入信號(hào)uI在上升和下降過程中使輸出信號(hào)uO狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入電平不同，即輸入信號(hào)有變閾效應(yīng)，稱為施密特觸發(fā)器的滯回特性[1-2]。

具有變閾效應(yīng)的特殊觸發(fā)器。根據(jù)它的變閾效應(yīng)及其發(fā)明者，人們常稱它為Schmitt trigger，與用作存儲(chǔ)元件的觸發(fā)器（flip-flop）不同。

施密特觸發(fā)器在波形變換、脈沖鑒幅、脈沖整形等方面有著廣泛的應(yīng)用。

在555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器討論中，一般電路構(gòu)成形式的輸出信號(hào)uO與輸入信號(hào)uI相位相反，即為反相輸出的施密特觸發(fā)器[1-2]。

通過對(duì)555定時(shí)器功能的分析，發(fā)現(xiàn)可用555定時(shí)器構(gòu)成輸出信號(hào)uO與輸入信號(hào)uI相位相同的同相輸出的施密特觸發(fā)器，從而擴(kuò)展了應(yīng)用方向。

1 555定時(shí)器及同相輸出555施密特觸發(fā)器

555定時(shí)器是一種有8個(gè)引腳的模擬/數(shù)字混合的集成電路，555定時(shí)器各引腳為，第1引腳GND，接地端；第2引腳TRI，觸發(fā)輸入端；第3引腳OUT，輸出端；第 4引腳RST，異步置零輸入端；第5引腳CON，控制電壓端；第6引腳THR，閾值輸入端；第7引腳DIS，放電端；第 8引腳VCC，工作電源輸入端。當(dāng)?shù)?引腳接在一個(gè)電壓源VCON時(shí)，555定時(shí)器的功能表如表1所示[1-2]。

表1 555定時(shí)器功能表Tab.1 Function table of 555 timer base circuit

分析功能表如表1可知，第6、2引腳與第5引腳的電位的相對(duì)大小關(guān)系決定著555定時(shí)器的輸出狀態(tài)。

因此，用555定時(shí)器構(gòu)成同相位輸出的施密特觸發(fā)器時(shí)，將第6、2引腳連在一起后接參考電壓VCON，第5引腳作為輸入信號(hào)為uI的輸入端。

輸入信號(hào)uI為連續(xù)變化的模擬信號(hào)，其幅值變化應(yīng)大于2VCON及小于 VCON。

輸出信號(hào)、輸入信號(hào)的關(guān)系為：

當(dāng)輸入信號(hào)uI↑≥2VCON時(shí)，使輸出信號(hào)uO=UOH；當(dāng)輸入信號(hào) uI↓≤VCON，使輸出信號(hào) uO=UOL；當(dāng) VCON＜uI＞2VCON時(shí)，輸出信號(hào)uO不變。

同相位輸出施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)為：

第6、2引腳的參考電壓VCON可以大于、等于、小于555定時(shí)器的電源電壓VCC，當(dāng)為大于關(guān)系時(shí)需另接一個(gè)電壓源，當(dāng)為等于關(guān)系時(shí)接電源電壓VCC，當(dāng)為小于關(guān)系時(shí)可用電阻對(duì)電源電壓VCC進(jìn)行分壓或另接一個(gè)電源電壓。

2 同相輸出555施密特觸發(fā)器的Multisim 10仿真

2.1 同相輸出555施密特觸發(fā)器電路類型1

在Multisim10中[3-8]構(gòu)建的仿真電路如圖1所示。其中，第6、2引腳連在一起后接另一電壓源VCON，且VCON＞VCC。

當(dāng)選取VCC=9 V、VCON=10 V時(shí)，所構(gòu)成施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)為 UT+=2VCON=20 V、UT－=VCON=10 V、△UT=UT+－UT－=10 V。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器XFG1的設(shè)置情況是，輸出三角波，頻率為100 Hz，輸出幅度最大值為±12 V、幅度偏移量為12 V，從而使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出0～24 V變化的三角波形，滿足施密特觸發(fā)器輸入信號(hào)幅值變化應(yīng)大于2VCON及小于VCON的要求。

示波器XSC1顯示的波形如圖2所示，其中由上至下分別為輸入信號(hào)uI的波形、輸出信號(hào)uO的波形，表明輸出信號(hào)uO與輸入信號(hào)uI的相位相同。

將示波器的1號(hào)讀數(shù)指針移動(dòng)到輸出信號(hào)上升沿的位置可讀取UT+≈20 V，2號(hào)讀數(shù)指針移動(dòng)到輸出信號(hào)下升沿的位置可讀取UT－≈10 V，兩個(gè)讀數(shù)指針的幅度差即回差電壓△UT≈10 V，與理論值基本一致。

圖1 同相位施密特觸發(fā)器電路1Fig.1 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 1

圖2 電路1的仿真波形Fig.2 The simulation waveform of the 1 circuit

2.2 同相輸出555施密特觸發(fā)器電路類型2

在Multisim10中構(gòu)建的仿真電路如圖3所示。其中，第6、2引腳連在一起后接電壓源VCC，從而使VCON=VCC。

圖3 同相位施密特觸發(fā)器電路2Fig.3 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 2

當(dāng)選取VCC=9 V時(shí)，所構(gòu)成施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)為UT+=2VCON=18 V、UT－=VCON=9 V、△UT=UT+－UT－=9 V。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器XFG1的設(shè)置情況是，輸出三角波，頻率為100 Hz，輸出幅度最大值為±10 V、幅度偏移量為10 V，從而使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出0～20 V變化的三角波形，滿足施密特觸發(fā)器輸入信號(hào)幅值變化應(yīng)大于2VCON及小于VCON的要求。

示波器XSC1顯示的波形如圖4所示，其中由上至下分別為輸入信號(hào)uI的波形、輸出信號(hào)uO的波形，表明輸出信號(hào)uO與輸入信號(hào)uI的相位相同。

圖4 電路2的仿真波形Fig.4 The simulation waveform of the 2 circuit

將示波器的1號(hào)讀數(shù)指針移動(dòng)到輸出信號(hào)上升沿的位置可讀取UT+≈18 V，2號(hào)讀數(shù)指針移動(dòng)到輸出信號(hào)下升沿的位置可讀取UT－≈9 V，兩個(gè)讀數(shù)指針的幅度差即回差電壓△UT≈9 V，與理論值基本一致。

2.3 同相輸出555施密特觸發(fā)器電路類型3

圖5 同相位施密特觸發(fā)器電路3Fig.5 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 3

在Multisim10中構(gòu)建的仿真電路如圖5所示。其中，電阻R1、R2對(duì)電源電壓VCC進(jìn)行分壓，使第6、2引腳連在一起后所接的參考電壓為當(dāng)選取 R1=2 kΩ、R2=1 kΩ 時(shí)，VCO=×9=3 V， 因此所構(gòu)成施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)為UT+=2VCON=6 V、UT－=VCON=3 V、△UT=UT+－UT－=3 V。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器XFG1的設(shè)置情況是，輸出三角波，頻率為100 Hz，輸出幅度最大值為±5 V、幅度偏移量為5 V，從而使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出0～10 V變化的三角波形，滿足施密特觸發(fā)器輸入信號(hào)幅值變化應(yīng)大于2VCON及小于VCON的要求。

示波器XSC1顯示的波形如圖6所示，其中由上至下分別為輸入信號(hào)uI的波形、輸出信號(hào)uO的波形，表明輸出信號(hào)uO與輸入信號(hào)uI的相位相同。

圖6 電路3的仿真波形Fig.6 The simulation waveform of the 3 circuit

將示波器的1號(hào)讀數(shù)指針移動(dòng)到輸出信號(hào)上升沿的位置可讀取UT+≈6 V，2號(hào)讀數(shù)指針移動(dòng)到輸出信號(hào)下升沿的位置可讀取UT－≈3 V，兩個(gè)讀數(shù)指針的幅度差即回差電壓△UT≈3 V，與理論值基本一致。

3 結(jié)束語

依據(jù)555定時(shí)器的第6、2引腳與第5引腳的電位的相對(duì)大小關(guān)系決定著555定時(shí)器的輸出狀態(tài)的功能原理，可以將第6、2引腳連在一起后接參考電壓VCON、第5引腳作為輸入信號(hào)為uI的輸入端，組成輸出信號(hào)uO與輸入信號(hào)為uI相位相同的同相位輸出施密特觸發(fā)器。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)了555定時(shí)器新的應(yīng)用方向，所述的電路構(gòu)成原理及仿真驗(yàn)證，全面、定量地描述了電路的工作過程，給出了電路參數(shù)的計(jì)算公式，將有利于系統(tǒng)地研究555施密特觸發(fā)器電路的構(gòu)成及設(shè)計(jì)。

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