用门电路构成的施密特触发器
施密特触发器工作原理
施密特触发器工作原理施密特触发器是一种常用的电子元件，它可以在输入信号达到一定阈值时产生输出，并且在输入信号下降到另一个阈值时再次产生输出。
它的工作原理基于正反馈的电路结构，下面我们将详细介绍施密特触发器的工作原理。
首先，施密特触发器由两个晶体管和若干个电阻器、电容器组成。
其中，两个晶体管的基极通过电阻器相连，形成一个正反馈回路。
当输入信号加到施密特触发器的输入端时，如果输入信号的幅值超过了一个特定的阈值，那么触发器的输出端就会产生一个高电平输出。
这个阈值通常称为上升沿触发点。
而当输入信号下降到另一个特定的阈值时，输出端就会产生一个低电平输出，这个阈值通常称为下降沿触发点。
其次，施密特触发器的工作原理是基于正反馈回路的特性。
当输入信号超过上升沿触发点时，输出端产生高电平输出，这个高电平输出会通过正反馈回路传递到另一个晶体管的基极，使得这个晶体管导通，从而进一步增强输出端的高电平信号。
这种正反馈的作用会使得输出信号的变化更加迅速和明显，从而形成一个明显的输出脉冲。
而当输入信号下降到下降沿触发点时，输出端产生低电平输出，这个低电平输出同样会通过正反馈回路传递到另一个晶体管的基极，使得这个晶体管截止，从而进一步减弱输出端的低电平信号。
这种正反馈的作用会使得输出信号的变化更加迅速和明显，从而形成一个明显的输出脉冲。
最后，施密特触发器的工作原理可以总结为，当输入信号超过上升沿触发点时，输出端产生高电平输出；当输入信号下降到下降沿触发点时，输出端产生低电平输出。
这种工作原理使得施密特触发器在数字电路中具有重要的应用，例如在脉冲发生器、频率倍增器、数字比较器等电路中都可以看到它的身影。
总之，施密特触发器是一种基于正反馈回路的电子元件，它的工作原理是基于输入信号的阈值触发点，通过正反馈回路产生明显的输出信号。
它在数字电路中有着广泛的应用，对于理解它的工作原理有助于我们更好地设计和应用数字电路。
数字电子技术基础第五版第十章
1. 原理分析
* 稳V 态 I 0 ,V O 下 1 ,( V O 1 V O ： )V H A , V O ； H *V I后V ， O0,进入暂 V O 1 稳 0,C 开 态始 ，放电 *当放 VA 至 VTH 后V ， O1,返回稳态； V I后 C 重 ， 新 充 至 V OH
暂稳态时, Vo1,V ,Co1开始0充电
C 充电V至 I2VTH 时,VI2又引起正反馈
VI2 VO VO1
这期间vd维持低电平
电路迅速返V回 O稳 0,VO 态 1VDD,C放电至没有电压 稳， 态恢 。复
稳态 V I 0 ,V 下 d 0 ,V I ： 2 V D,V D O 0 ,(V O 1 V D)D C ,上无电 暂稳态时, Vo1,V ,Co1开始0充电
2. 性能参数计算 输出脉宽：
放电 回路
tw (R R o)C ln V V ( ( ) ) V V ( (0 t) ) (R R o)C ln V V O T H H
输出脉宽
输出脉 V O 0 时 冲间 宽 V A 从 ） 度 V O放 H 等 （ V 电 T于 的 H至 时间。
二、微分型单稳态触发器
则有： vAVTH R1R2R2VT
V TR 1R 2R2V TH(1R R 1 2)V TH
vA VT R2 R1 R2
VT+称为输入信号vI的正向阈值电压
3.当 v 从I 高电平 V逐D D渐下降时,有
VTH=
vI
vA
v o1
vo
设此时
VI =VT-
当 v 下I 降到使 vA 时V,电th 路的状态将迅速转换为
性能参数： 暂稳态输出的宽度
施密特触发电路特点、施密特触发电路工作原理
施密特触发电路是一种具有迟滞功能的比较器电路，其主要特点和工作原理如下：
特点：
1. 滞后现象（Hysteresis）：施密特触发器有两个不同的阈值电压，即上限阈值电压（VIH或VTH+）和下限阈值电压（VIL 或VTH-）。
当输入信号从低电平上升时，一旦超过上阈值电压，输出状态就会改变；而当输出已经处于高电平后，只有当输入信号下降到低于下阈值电压时，输出才会再次翻转。
两个阈值之间的差值称为滞后电压或回差电压。
2. 噪声抑制能力：由于存在滞后特性，施密特触发器对输入信号中的噪声有很好的抑制作用。
只有噪声足够大以使输入信号跨越阈值范围时，输出才会发生变化，这样可以避免小幅度的噪声引起输出的不必要切换。
3. 波形整形：对于非理想的方波、正弦波或其他不规则波形的输入信号，施密特触发器能够将其转换为边沿陡峭、干净的数字信号，常用于波形整形应用中。
工作原理：
在施密特触发电路内部，正反馈机制被用来实现上述的滞后
行为。
电路通常包含一个比较器和一些额外的电阻和电容元件来提供正反馈。
当输入电压VIN逐渐增大：
- 当VIN小于下限阈值电压VIL时，输出保持在某一稳定状态（比如低电平）。
- 随着VIN继续增加并达到上限阈值电压VIH时，输出立即跳变到另一稳定状态（比如高电平）。
- 输出跳变的同时，正反馈通过电路设计使得即使输入电压略有下降，只要不降到下限阈值以下，输出仍会保持不变。
当需要将输出由高电平变为低电平时，VIN必须降低至低于下限阈值VIL，此时输出才会发生反向跳变。
因此，施密特触发电路以其独特的双阈值工作方式，在电子系统中广泛应用在信号检测、逻辑门电路、波形变换等领域。
施密特触发器的原理及特性
施密特触发器的原理及特性我们知道，门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。
施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。
在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压（），在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压（）。
正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压（）。
普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则是滞回的[图6.2.2(a)(b)]。
图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器图6.2.2 图6.2.1电路的电压传输特性（a）同相输出（b）反相输出用普通的门电路可以构成施密特触发器[图6.2.1]。
因为CMOS门的输入电阻很高，所以的输入端可以近似的看成开路。
把叠加原理应用到和构成的串联电路上，我们可以推导出这个电路的正向阈值电压和负向阈值电压。
当时，。
当从0逐渐上升到时，从0上升到，电路的状态将发生变化。
我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。
因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为0，，于是，。
与此类似，当时，。
当从逐渐下降到时，从下降到，电路的状态将发生变化。
我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。
因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为，，于是，。
通过调节或，可以调节正向阈值电压和反向阈值电压。
不过，这个电路有一个约束条件，就是。
如果，那么，我们有及，这说明，即使上升到或下降到0，电路的状态也不会发生变化，电路处于“自锁状态”，不能正常工作。
图6.2.4 带与非功能的TTL集成施密特触发器集成施密特触发器比普通门电路稍微复杂一些。
我们知道，普通门电路由输入级、中间级和输出级组成。
如果在输入级和中间级之间插入一个施密特电路就可以构成施密特触发器[图6.2.4]。
02-31.2 施密特触发器电路结构及原理分析-课件
※ 施密特触发器电路结构及原理分析 ※
Schmitt Trigger
《数字电子技术基础》
第三十一讲 施密特触发器
■ 用门电路组成的施密特触发器
◆ 将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端 的 电压反馈到输入端，就构成了施密特触发器电路。
CMOS门，阈值电压
VTH
1 2
第三十一讲 施密特触发器
小结——
1、无论T2由导通变截止还是由截止变导通，均 伴有正反馈过程，使输出端电压VO变得很陡峭；
2、由于R2>R3，所以使T1饱和导通时的VE必然 低于T2饱和导通时的VE值，因此，T1由截止变为导 通的输入电压VT+高于T1由导通变为截止时的输入电 压VT-，这样就得到了施密特触发特性。
vO
vO'
于是电路状态迅速转换为VO=VOH≈VDD，此时对应的输 入电平R1 R
2
VT
VT
R1
R2 R2
VTH
(1
R1 R2
)VTH
《数字电子技术基础》
第三十一讲 施密特触发器
（2）当VI从高电平VDD逐渐下降并达到VA=VTH时，VA 的下降又将引发另一个正反馈：
3、经计算可得此电路：
VT+ ≈ 1.7V VT- ≈ 0.8V △VT≈ 0.9V
课后练习
《数字电子技术基础》
第三十一讲 施密特触发器
■ 施密特触发电路的特点
施密特触发器（电路）是一种特殊的双稳态时序电 路，与一般双稳态电路比较，它具有两个明显的特点：
1、施密特触发器是一种优良的波形整形电路，因为 只要输入信号电平达到触发电平，输出信号就会从一个 稳态转变到另一个稳态，且通过电路内部的正反馈过程 可使输出电压的波形变得很陡。
施密特触发器
于是，电路的状态由vO VOL ≈ 0 迅速转换成vO VOH ≈VDD ，由此便可求得 上升过程中电路状态发生转换时对应的输入 电平VT+ ，即
vA
VTH
vO
R2 R1 R2
(vO
vI )
R2 R1 R2
VT +
整理后，可得
VT +
1
R1 R2
VTH
vA
VTH
vO
R2 R1 R2
(vO
vI )
R1 R1 R2
2VTH
R2 R1 R2
VT
整理后，可得
VT
1
R1 R2
VTH
其中， VT- 称为反向阈值电压。
将 VT+与 VT-之差定义为回差电压VT ，即
VT
VT+
VT
2 R1 R2
VTH
如图7-6所示，根据 VT+与 VT- 表达式画出施密特触发器的电 压传输特性。其中，图7-6（a）中， vO与vI 的高低电平是同相的， 所以也将这种形式的电压传输特性称为同相输出的施密特触发特
如图7-7所示为CMOS集成施密特触发器CD40106的内部结构。
图7-7 CD40106的内部结构
如图7-8所示为CD40106的电压传输特性以及阈值电压与供电 电压的关系曲线。
（a）电压传输特性
（b）阈值电压与供电电压的关系曲线
图7-8 CD40106的性能特性
如图7-9所示为CD40106的工作电压波形。
数字电子技术
施密特触发器
门电路组成 的施密特触
发器
集成施密特 触发器
施密特触 发器的应用
施密特触发器工作原理
施密特触发器工作原理
施密特触发器是一种常见的电路元件，用于产生非常稳定的数字信号输出。
它的工作原理基于正反馈和负反馈的结合，能够在输入信号超过一定阈值时切换输出状态。
在本文中，我们将详细介绍施密特触发器的工作原理及其应用。
首先，让我们来了解一下施密特触发器的基本结构。
它由两个电阻和一个正反馈的比较器组成。
当输入信号超过一定阈值时，比较器输出高电平，从而改变电路的状态。
这种正反馈的结构使得施密特触发器具有较高的噪声抑制能力和良好的稳定性。
施密特触发器的工作原理可以通过一个简单的电路图来说明。
当输入信号超过阈值Vt1时，比较器输出高电平，导通第一个电阻，从而使得输出电压为低电平。
当输入信号下降到阈值Vt2时，比较器输出低电平，截断第一个电阻，从而使得输出电压为高电平。
这样，施密特触发器就实现了在输入信号超过一定阈值时切换输出状态的功能。
施密特触发器在数字电路中有着广泛的应用。
例如，在脉冲发生器中，它可以产生稳定的脉冲信号；在数字系统中，它可以用于信号的整形和去除噪声；在电子开关中，它可以实现稳定的触发功能。
由于其稳定性和可靠性，施密特触发器在数字电路设计中扮演着重要的角色。
总之，施密特触发器是一种基于正反馈和负反馈结合的电路元件，能够产生稳定的数字信号输出。
它的工作原理简单明了，应用广泛。
通过本文的介绍，相信读者对施密特触发器的工作原理有了更深入的了解，希望能够对您的学习和工作有所帮助。
数电知识点汇总
数电知识点汇总一、数制与编码。
1. 数制。
- 二进制：由0和1组成，逢2进1。
在数字电路中，因为晶体管的导通和截止、电平的高和低等都可以很方便地用0和1表示，所以二进制是数字电路的基础数制。
例如，(1011)₂ = 1×2³+0×2² + 1×2¹+1×2⁰ = 8 + 0+2 + 1=(11)₁₀。
- 十进制：人们日常生活中最常用的数制，由0 - 9组成，逢10进1。
- 十六进制：由0 - 9、A - F组成，逢16进1。
十六进制常用于表示二进制数的简化形式，因为4位二进制数可以用1位十六进制数表示。
例如，(1101 1010)₂=(DA)₁₆。
- 数制转换。
- 二进制转十进制：按位权展开相加。
- 十进制转二进制：整数部分采用除2取余法，小数部分采用乘2取整法。
- 二进制与十六进制转换：4位二进制数对应1位十六进制数。
将二进制数从右向左每4位一组，不足4位的在左边补0，然后将每组二进制数转换为对应的十六进制数；反之，将十六进制数的每一位转换为4位二进制数。
2. 编码。
- BCD码（Binary - Coded Decimal）：用4位二进制数来表示1位十进制数。
常见的有8421 BCD码，例如十进制数9的8421 BCD码为(1001)。
- 格雷码（Gray Code）：相邻的两个代码之间只有一位不同。
在数字系统中，当数据按照格雷码的顺序变化时，可以减少电路中的瞬态干扰。
例如，3位格雷码的顺序为000、001、011、010、110、111、101、100。
二、逻辑代数基础。
1. 基本逻辑运算。
- 与运算（AND）：逻辑表达式为Y = A·B（也可写成Y = AB），当A和B都为1时，Y才为1，否则Y为0。
在电路中可以用串联开关来类比与运算。
- 或运算（OR）：逻辑表达式为Y = A + B，当A和B中至少有一个为1时，Y为1，只有A和B都为0时，Y为0。
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2011-4-19
2
第5章 脉冲波形的产生与变换
脉冲信号：指突然变化的电压或电流。 脉冲电路的研究重点：波形分析。 数字电路的研究重点：逻辑功能。 获得脉冲波形的方法主要有两种： 1．利用脉冲振荡电路产生； 2．是通过整形电路对已有的波形进行整形、变 换，使之符合系统的要求。
2011-4-19
3
以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换 电路：（功能、特点及其主要应用简介） 1. 施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换 成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲； 2. 单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合 要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲； 3. 多谐振荡器：产生矩形脉冲； 4. 555定时器。
2011-4-19
4
5.1 施密特触发器
主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿 陡峭的矩形波。 特点： ⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持 和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平 触发。 ⑵电压传输特性特殊，电路有两个转换电平 （上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。 － ⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡 峭的矩形脉冲。
第5章 脉冲波形的产生与变换
5.1 施密特触发器
结束 放映
5.1.1 用门电路构成的施密特触发器 5.1.2 集成施密特触发器及其应用
2011-4-19
1
复习
触发器有什么特点？ 请画出与非门实现的基本RS触发器的电路图。 请列出基本RS触发器的功能表。 什么叫现态？次态？ 基本RS触发器的触发方式？
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当uI=0V时， G1截止、G2导通，输出为UOL， 即uO=0V。只要满足uI1＜UTH，电路就会处于这种 状态（第一稳态）。 当uI上升，使得uI1 =UTH时，电路会产生如下正 反馈过程：
2011-4-19
8
电路会迅速转换为G1 导通、G2 截止，输出为 UOH，即uO=VDD 的状态（第二稳态）。此时的uI值 称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+ 。显然， uI继续上升，电路的状态不会改变。
2011-4-19 9
如果uI 下降，uI1 也会下降。当uI1 下降到UTH时， 电路又会产生以下的正反馈过程：
电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为 UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下 限触发转换电平UT－。uI再下降，电路将保持状态 － 不变。
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（2）工作波形与电压传输特性 施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。 下限触发转 换电平UT－ － 上限触发转 换电平UT+
脉冲鉴幅
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5.1.1 用门电路构成的施密特触发器
1. 电路组成 两个CMOS反相器，两个分压电阻。
2011-4-19
用集成门电路构成的施密特触发器 （a） 电路 （b）逻辑符号
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2. 工作原理 （1）工作过程 设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入 信号uI为三角波。
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回差 T T+－ T－（通常 T+＞ T－） － － 3. 重要参数 改变R 的大小可以改变回差∆U 改变 1和R2的大小可以改变回差 T 2011-4-19
施密特触发器的工作波形及电压传输特性 （b）电压传输特性 回差∆U = U －U （通常U ＞U ） 回差 （a）工作波形 通常
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5.1.2 集成施密特触发器及其应用
2. 施密特触发与非门电路 为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采 用了施密特触发形式。 比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施 密特触发的与非门电路。
施密特触发与非门的逻辑符号
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施密特触发器的应用
1. 波形变换 将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波 或正弦波变换成同周期的矩形波）。
2011-4-19
波形变换
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2. 脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波 形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器 边沿 波形 整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。 振荡 畸变
脉冲整形
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3．脉冲鉴幅 将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发 器的输入端，只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输 出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲 鉴幅能力。
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为了提高电路的性能， 为了提高电路的性能，电路在施密特触发器 的基础上，增加了整形级和输出级。 的基础上，增加了整形级和输出级。 施密特触发反相器 整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭， 整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭， (a) 原理框图 (b) 电压传输特性 (c) 逻辑符号 2011-4-19输出级可以提高电路的负载能力。 13 输出级可以提高电路的负载能力。
集成施密特触发器的UT+和UT－的具体数值可从 － 集成电路手册中查到。 如CT74132的UT+＝1.7 V、UT－＝0.9 V，所以， 、 － ∆UT＝UT+—UT－＝1.7 V—0.9 V＝0.8 V。 ＝ － 1. 施密特反相器 TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密 特触发的反相器。 下面以CC40106为例说明其功能。