使用ＣＭＯＳ集成电路需注意的几个问题 集成电路按晶体管的性质分为ＴＴＬ和ＣＭＯＳ两大类，ＴＴＬ以速度见长，ＣＭＯＳ以功耗低而著称，其中ＣＭＯＳ电路以其优良的特性成为目前应用最广泛的集成电路。在电子制作中使用ＣＭＯＳ集成电路时，除了认真阅读产品说明或有关资料，了解其引脚分布及极限参数外，还应注意以下几个问题： １、电源问题 （１）ＣＭＯＳ集成电路的工作电压一般在３－１８Ｖ，但当应用电路中有门电路的模拟应用（如脉冲振荡、线性放大）时，最低电压则不应低于４．５Ｖ。由于ＣＭＯＳ集成电路工作电压宽，故使用不稳压的电源电路ＣＭＯＳ集成电路也可以正常工作，但是工作在不同电源电压的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗是不相同的，在使用中一定要注意。 （２）ＣＭＯＳ集成电路的电源电压必须在规定围，不能超压，也不能反接。因为在制造过程中，自然形成许多寄生二极管，如图１所示为反相器电路，在正常电压下，这些二极管皆处于反偏，对逻辑功能无影响，但是由于这些寄生二极管的存在，一旦电源电压过高或电压极性接反，就会使电路产生损坏。 ２、驱动能力问题 ＣＭＯＳ电路的驱动能力的提高，除选用驱动能力较强的缓冲器来完成之外，还可将同一个芯片几个同类电路并联起来提高，这时驱动能力提高到Ｎ倍（Ｎ为并联门的数量）。如图２所示。 ３、输入端的问题 （１）多余输入端的处理。ＣＭＯＳ电路的输入端不允许悬空，因为悬空会使电位不定，破坏正常的逻辑关系。另外，悬空时输入阻抗高，易受外界噪声干扰，使电路产生误动作，而且也极易造成栅极感应静电而击穿。所以“与”门，“与非”门的多余输入端要接高电平，“或”门和“或非”门的多余输入端要接低电平。若电路的工作速度不高，功耗也不需特别考虑时，则可以将多余输入端与使用端并联。 （２）输入端接长导线时的保护。在应用中有时输入端需要接长的导线，而长输入线必然有较大的分布电容和分布电感，易形成ＬＣ振荡，特别当输入端一旦发生负电压，极易破坏ＣＭＯＳ中的保护二极管。其保护办法为在输入端处接一个电阻，如图３所示，Ｒ＝ＶＤＤ／１ｍＡ。 （３）输入端的静电防护。虽然各种ＣＭＯＳ输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。 （４）输入信号的上升和下降时间不易过长，否则一方面容易造成虚假触发而导致器件失去正常功能，另一方面还会造成大的损耗。对于７４ＨＣ系列限于０．５ｕｓ以。若不满足此要求，需用施密特触发器件进行输入整形，整形电路如图４所示。 （５）ＣＭＯＳ电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电击穿，所以为了保护ＣＭＯＳ管的氧化层不被击穿，一般在其部输入端接有二极管保护电路，如图５所示。 其中Ｒ约为１．５－２．５ＫΩ。输入保护网络的引入使器件的输入阻抗有一定下降，但仍在１０８Ω以上。这样也给电路的应用带来了一些限制： （Ａ）输入电路的过流保护。ＣＭＯＳ电路输入端的保护二极管，其导通时电流容限一般为１ｍＡ在可能出现过大瞬态输入电流（超过１０ｍＡ）时，应串接输入保护电阻。例如，当输入端接的信号，其阻很小、或引线很长、或输入电容较大时，在接通和关断电源时，就容易产生较大的瞬态输入电流，这时必须接输入保护电阻，若ＶＤＤ＝１０Ｖ，则取限流电阻为１０ＫΩ即可。 （Ｂ）输入信号必须在ＶＤＤ到ＶＳＳ之间，以防二极管因正向偏置电流过大而烧坏。因此在
正反相施密特触发器电路的工作原理详解 什么叫触发器 施密特触发电路（简称）是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时，输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路，传感器输入电路都会用到它整形。 施密特触发器 一般比较器只有一个作比较的临界电压，若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时，输出端即受到干扰，其正负状态产生不正常转换，如图1所示。 图1 (a)反相比较器 (b)输入输出波形 施密特触发器如图2 所示，其输出电压经由R1、R2分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后（Hysteresis）现象，所以只要噪声的大小在两个临界电压（上临界电压及下临界电压）形成的滞后电压范围内，即可避免噪声误触发电路，如表1 所示 图2 (a)反相斯密特触发器 (b)输入输出波形
表1 反相施密特触发器 电路如图2 所示，运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换: νO= ±Vsat。输出电压经由R1 、R2分压后反馈到非反相输入端：ν+= βνO， 其中反馈因数= 当νO为正饱和状态（+Vsat）时，由正反馈得上临界电压 当νO为负饱和状态（- Vsat）时，由正反馈得下临界电压 V TH与V TL之间的电压差为滞后电压：2R1 图3 (a)输入、输出波形 (b)转换特性曲线 输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。
当输入信号上升到大于上临界电压V TH时，输出信号由正状态转变为 负状态即：νI ＞V TH→νo = - Vsat 当输入信号下降到小于下临界电压V TL时，输出信号由负状态转变为 正状态即：νI ＜V TL→νo = + Vsat 输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。 非反相施密特电路 图4 非反相史密特触发器 非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端，如图4所示。 由重迭定理可得非反相端电压 反相输入端接地：ν-= 0，当ν+ = ν- = 0时的输入电压即为临界电压。将ν+ = 0代入上式得 整理后得临界电压 当νo为负饱和状态时，可得上临界电压 当νo为正饱和状态时，可得下临界电压， V TH与V TL之间的电压差为滞后电压：
施密特触发器的特性和应用 施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。见图6-2： 解释：当输入信号Vi减小至低于负向阀值V-时，输出电压Vo翻转为高电平Vo H；而输入信号Vi增大至高于正向阀值V+时，输出电压Vo才翻转为低电平VoL。这种滞后的电压传输特性称回差特性，其值V+-V-称为回差电压。 一、用555定时器构成的施密特触发器 1.电路组成: 将555定时器的阀值输入端Vi1（6脚）、触发输入端Vi2（2脚）相连作为输入端Vi，由Vo（3脚）或Vo’（7脚）挂接上拉电阻Rl及电源VDD作为输出端，便构成了如图6-3所示的施密特触发器电路。
2.工作原理： 如图所示，输入信号Vi，对应的输出信号为Vo，假设未接控制输入Vm 。 ①当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。以后Vi逐渐上升,只要不高于阀值电压(2/3Vcc),输出Vo维持1不变。 ②当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc，此时定时器状态翻转为0，输出Vo=0，此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc），输出维持0不变。 ③当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3V cc，定时器状态翻转为1，输出Vo=1。 总结：未考虑外接控制输入Vm时，正负向阀值电压 V+=2/3Vcc、V- =1/3Vcc，回差电压△V=1/3Vcc。若考虑Vm，则正负向阀值电压V+=Vm、V-=1/2Vm，回差电压△V=1/2Vm。由此，通过调节外加电压Vm可改变施密特触发器的回差电压特性，从而改变输出脉冲的宽度。 二、施密特触发器的应用举例 1.波形变换： 施密特触发器可用以将模拟信号波形转换成矩形波，如图6-4所示将正弦波信号同相转换成矩形波的例子，输出脉冲宽度tpo可通过回差电压加以调节。
施密特触发器简单介绍 本文来自: https://www.doczj.com/doc/481708187.html, 原文网址：https://www.doczj.com/doc/481708187.html,/sch/test/0083158.html 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 （a）电路（b）图形符号
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
施密特触发器原理图解详细分析 重要特性：施密特触发器具有如下特性：输入电压有两个阀值VL、VH，VL 施密特触发器通常用作缓冲器消除输入端的干扰。 施密特波形图 施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。 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。 它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。 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。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。 当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电 压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的. 从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输
CD4047BE 单稳态触发器原理及应用 多谐振荡器是一种自激振荡电路。因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态电路。具体地说，如果一开始多谐振荡器处于0状态，那么它于0状态停留一段时间后将自动转入1状态，于1状态停留一段时间后又将自动转入0状态，如此周而复始，输出矩形波。 图6.4.1对称式多谐振荡器电路 对称式多谐振荡器是一个正反馈振荡电路[图6.4.1，]。和是两个反相器，和是两个耦合电容，和是两个反馈电阻。只要恰当地选取反馈电阻的阻值，就可以使反相器的静态工作点位于电压传输特性的转折区。上电时，电容器两端的电压和均为0。假设某种扰动使有微小的正跳变，那么经过一个正反馈过程，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，迅速跳变为，电路进入第一个暂稳态。电容和开始充电。的充电电流方向与参考方向相同， 正向增加；的充电电流方向与参考方向相反，负向增加。随着的正向增加，从逐渐上升；随着的负向增加，从逐渐下降。因为经和两条支路充电而经一条支路充电，所以充电速度较快，上升到时还没有下降到。上升到使跳变为。理论上，向下跳变，也将向下跳变。考虑到输入端钳位二极管的影响，最多跳变到。下降到使跳变为，这又使从向上跳变，即变成，电路进入第二个暂稳态。经一条支路反向充电（实际上先放电再
反向充电），逐渐下降。经和两条支路反向充电（实际上先放电再反向充电），逐渐 上升。的上升速度大于的下降速度。当上升到时，电路又进入第一个暂稳态。此后，电路 将于两个暂稳态之间来回振荡。 非对称式多谐振荡器是对称式多谐振荡器的简化形式[图6.4.6]。这个电路只有一个反馈电阻和一个耦合电容。反馈电阻使的静态工作点位于电压传输特性的转折区，就是说，静态时，的输入电 平约等于，的输出电平也约等于。因为的输出就是的输入，所以静态时也被迫工 作于电压传输特性的转折区。 图6.4.6非对称是多谐振荡器电路 环形振荡器[图6.4.10]不是正反馈电路，而是一个具有延迟环节的负反馈电路。 图6.4.10最简单的环形振荡器
一、实验目的 进一步掌握施密特触发器的原理和特点，熟悉和了解由施密特触发器构成的部分应用电路，学会正确使用TTL，CMOS集成的施密特触发器。 二、实验内容 1．具有施密特性的门电路特性测试 （1）74LS132芯片的特性测试 图 20.1所示为74LS132芯片的原理电路和逻辑符号图。 图20.1 用实验法测出芯片的电压传输特性曲线。并标出V T+，V T-，ΔV T等值。 参照给定的原理电路图，说明V T+，V T-，·ΔV T等值和理论分析值是否一致？ 理论分析时，可假设肖特基三极管的V BES≈0.8V，V CES≈0.3V，肖特基二极管的正向导通压降V D≈0.4V。 （2）CMOS CD40106特性测试 图20.2所示为CD40106芯片的原理电路的逻辑符号图。 令V DD=+5V，测出CD40106的V T+，V T-·ΔV T值，画出相应的电压传输特性曲线。 改变V DD值，使之分别为+10V，-15V，重复上述内容。
图20.2 2．施密性触发器的应用。 （1）多谐振荡器 按图20.3所示电路接线，V DD=-5V。 (b) （a） 图20.3 用示波器观察图（a），图（b）电路输出端Vo的波形。 选择电容C，使图（a）中Vo的频率f=100KHZ~150KHZ。 选取图（b）电路中的电容C，令其分别为100PE和1μF，测出Vo端振荡波形的相应的频率。 （2）压控振荡器 按图20.4所示电路接线V DD=+5V 信号V1的变化范围为2.5~5.0V 图20.4 用示波器观察并记录Vo端的波形。 当V1取值分别为：2.5V、3V、3.5V、4.0V、4.5V、5V时测出Vo端波形相应的频率f。 观察电路中元件参数的大小（如电阻R、电容C）和f有何关系？ 观察与非门的VT施密特触发器的V T+、V T-和f有何关系？ 三、思考题 1．施密特触发器电路的特点是什么？（图20.1） 所示的原理电路是由哪几部分构成的？各部分的作用是什么？ 2．CMOS施密特触发器的V DD值的大小和芯片的V T+、V T-、ΔV T参数有何关系？ 3．改变图20.1图（b）电路的V DD值时，Vo端的振荡频率是否会跟着变化？怎样变化？ 四、实验仪器及材料
课程设计任务书 学生班级：学生姓名：学号 设计名称：应用555定时器组成施密特触发器 起止日期：指导教师：
摘要 施密特触发器是一种用途十分广泛的脉冲单元电路。利用它所具有的电位触发特性，可以进行脉冲整形，把边沿不够规则的脉冲整形为边沿陡峭的矩形脉冲(图4)；通过它可以进行波形变换，把正弦波变换成矩形波；另一个重要用途就是进行信号幅度鉴别，只要信号幅度达到某一设定值，触发器就翻转，所以常称它为鉴幅器。用施密特触发器还能组成多谐振荡器和单稳态触发器。施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。为此，同学们通过书籍查阅了解到有多种方法可以组成施密特触发器，然后通过比较各种方案后，用555定时器组成施密特触发器，并通过去实验室实验和老师的指导了解到⑴施密特触发器有两个稳定状态，其维持和转换完全取决于输入电压的大小。⑵电压传输特性特殊，有两个不同的阈值电压（正向阈值电压和负向阈值电压。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 关键词：施密特触发器，555定时器，阈值电压。
目录 一：绪论 (4) 二：555定时器组成施密特触发器 2.1设计任务、要求及目的 (5) 2.2 555定时器 (5) 2.3 设计施密特触发器的方案 (7) 2.4 主要参数 (8) 2.5 制作原理图 (8) 2.6制作PCB版 (9) 2.6.1 制作步骤 2.6.2 制作过程中遇到的问题、原因及解决办法 三：结论 (10) 四：参考文献 (11) 五：附录 (11)
施密特触发器电路及工作原理详解 什么叫触发器 施密特触发电路（简称）是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时，输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路，传感器输入电路都会用到它整形。 施密特触发器 一般比较器只有一个作比较的临界电压，若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时，输出端即受到干扰，其正负状态产生不正常转换，如图1所示。 图1 (a)反相比较器(b)输入输出波形
施密特触发器如图2 所示，其输出电压经由R1、R2分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后（Hysteresis）现象，所以只要噪声的大小在两个临界电压（上临界电压及下临界电压）形成的滞后电压范围内，即可避免噪声误触发电路，如表1 所示 图2 (a)反相斯密特触发器 (b)输入输出波形
表1施密特触发器的滞后特性 反相施密特触发器 电路如图2 所示，运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换: νO = ±Vsat 。输出电压经由R1 、R2 分压后反馈到非反相输入端：ν+= βνO ， 其中反馈因数= 当νO 为正饱和状态（+Vsat ）时，由正反馈得上临界电压 当νO 为负饱和状态（- Vsat ）时，由正反馈得下临界电压 V TH 与V TL 之间的电压差为滞后电压： 2R1
图3 (a)输入、输出波形 (b)转换特性曲线 输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。 当输入信号上升到大于上临界电压V TH时，输出信号由正状态转变为负状态即：νI ＞V TH→νo = - Vsat 当输入信号下降到小于下临界电压V TL时，输出信号由负状态转变为正状态即：νI ＜V TL→νo = + Vsat
施密特触发器设计 成绩评定表 学生姓名班级学号专业课程设计题目 评 语 组长签字: 成绩 日期 20 年月日 I 课程设计任务书 学院专业电子科学与技术学生姓名班级学号课程设计题目施密特触发器设计实践教学要求与任务: 完成施密特触发器电路设计。 (1)电路面积最优; (2)注意设计CMOS工艺实现; (3)回差不限; (4)输出状态切换时间0.1ns; (5)采用gpdk0.18 通用工艺模型库; (6)完成全部流程:设计规范文档、原理图输入、功能仿真、基本单元版图、整体版图、物理验证等。 工作计划与进度安排: 第 1-2 天:讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备;
第3 天:完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计; 第4-5 天:完成电路设计，并完成功能仿真; 第 6 天:单元版图设计并物理验证 ; 第7-8 天:布局布线，完成版图; 第9 天:物理验证、后仿真，修改设计; 第10 天:整理设计资料，验收合格后进行答辩。 指导教师: 专业负责人: 学院教学副院长: 201 年月日 201 年月日 201 年月日 II 摘要 施密特触发器(Schmitt Trigger)是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。利 用它所具有的电位触发特性，可以进行脉冲整形，把边沿不够规则的脉冲整形为边沿陡峭的矩形脉冲;通过它可以进行波形变换，把正弦波变换成矩形波;另一个重要用途就是进行信号幅度鉴别，只要信号幅度达到某一设定值，触发器就翻转。本次课程设计是在cadence公司的全定制平台IC5141下，完成了施密特触发器的全定制电路设计。根据施密特触发器在性能上的特点以及设计要求，采用180nmpdk工艺库并用CMOS工艺实现。实现施密特触发器的关键是反馈电路的构建，最简单的方法是采用电阻反馈的方式。首先，根据电路图进行原理图的绘制，然后进行电路测试。在版图部分要对N管和P管进行例化。最后，进行DRC和LVS验证。 IC5141工具主要包括集成平台design frame work II、原理图编辑工具virtuoso schematic editor、仿真工具spectre、版图编辑工具virtuoso layout editor、以及物理验证工具diva。 关键字:施密特触发器;全定制;物理验证; III
施密特触发器电路原理 什么叫触发器?施密特触发电路是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时，输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路，传感器输入电路都会用到它整形。 施密特触发器:一般比较器只有一个作比较的临界电压，若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时，输出端即受到干扰，其正负状态产生不正常转换，如图1所示。新艺图库 图1 (a)反相比较器(b)输入输出波形 施密特触发器如图2 所示，其输出电压经由R1、R2分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后（Hysteresis）现象，所以只要噪声的大小在两个临界电压（上临界电压及下临界电压）形成的滞后电压范围内，即可避免噪声误触发电路，如表1 所示
图2 (a)反相斯密特触发器 (b)输入输出波形 表1施密特触发器的滞后特性 反相施密特触发器 电路如图2 所示，运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换: νO= ±Vsat。输出电压经由R1 、R2分压后反馈到非反相输入端：ν+= βνO，
其中反馈因数= 当νO为正饱和状态（+Vsat）时，由正反馈得上临界电压 （- Vsat）时，由正反馈得下临界电压当νO为负饱和状态
V TH与V TL之间的电压差为滞后电压：2R1 图3 (a)输入、输出波形 (b)转换特性曲线 输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。 当输入信号上升到大于上临界电压V TH时，输出信号由正状态转变为负状态即： νI ＞V TH→νo = - Vsat 当输入信号下降到小于下临界电压V TL时，输出信号由负状态转变为正状态即： νI ＜V TL→νo = + Vsat 输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。
CMOS 施密特触发器的仿真 实验目的： ①掌握HSPICE 仿真软件的使用； ②掌握CMOS 施密特触发器的原理，绘制CMOS 施密特触发器的VTC ，并求V M+和V M-； 实验原理： https://www.doczj.com/doc/481708187.html,S 施密特触发器电路图： In V DD V DD Out M n1M n2M p2 M p1 M n3M p321 图1 COMS 施密特触发器电路原理图 https://www.doczj.com/doc/481708187.html,S 施密特触发器原理： 当输入处于低电平状态时，节点1和out 初始状态都为高电平，此时M N3，M P1，M P2管导通，节点2的电平为V DD -V THN ，M N1，M N2，M P3都截止；当输入处于高电平的状态时，节点2和out 初始状态都为低电平，此时M P3，M N1，M N2管导通，节点1的电平为V THP ，M P1，M P2，M N3都截止。当输入由低电平向高电平转换时，导通的M N3作为上拉网络的一部分，其作用可以等效于增大上拉网络晶体管的W ，所以具有更高的开关阈值；同理，当输入由高电平向低电平转换时，导通的M P3作为下拉网络的一部分，其作用可以等效于增大了下拉网络晶体管的W ，所以具有更低的开关阈值。 实验内容： 实验采用的软件为HSPICE C-2009.09，工艺库文件为MM180_LVT18_V113.LIB （0.18um ）。选取的PMOS 管的尺寸为W=0.72um ，L=0.18um ；NMOS 管的尺寸为W=0.36um ，L=0.18um 。 1.理论推导V M+和V M-： 当输入由低电平向高电平转换时，最初只有MN3导通，当输入电压大于MN1的阈值电压以后，MN2导通，此后节点2的电压将随V IN 的升高而逐渐降低，当V IN -V 2大于MN2的阈值电压以后，输出被下拉至低电平，此时的V IN 可以认为是V M-，根据KCL 列出节点2的节点电流方程，我们可以解出V M-的表达式。我们假设MN1和MN3两个管子都工作在饱和区，并且忽 略背栅效应和沟道长度调制效应。
1.施密特触发器基本原理 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 图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 常用。图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。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V 即可在施密特触发器的输 T+ 出端得到同频率的矩形脉冲信号。
图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 图 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； V I V t （ms ） t （ms ）
2、施密特触发器在性能上有哪两个重要特点？ （1）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。 （2）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。 3、施密特触发器有哪些用途？ （1）可以将边沿变化缓慢的信号波形整型为边沿陡峭的矩形波。 （2）可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。 二、计算题： 1、如图所示为一个用CMOS 门电路构成的施密特触发器，已知电源电压为10V ，Ω=k R 101；Ω=k R 202；求其正向阈值电压、负向阈值电压及回差电压。（本题6分） 解： （1）正向阈值电压为：（2分） （2）负向阈值电压为：（2分） （3）回差电压为：（2分） 解： （1）正向阈值电压为：V V R R V TH T 5.7210 )20101()1(21=+=+ =+（2分） （2）负向阈值电压为：V V R R V TH T 5.22 10 )20101()1(21=-=- =-（2分） （3）回差电压为：V V V V V V T T T 55.25.7=-=-=?-+（2分）
2、在图示的施密特触发器电路中，若G1和G2为74LS 系列与非门和反相器，它 们的域值电压V V TH 1.1 ，，,二极管的导通压降, 试计算电路的正向阈值电压 、负向阈值电压 和回差电压 。 三、做图题： 1、已知输入信号波形如图所示，试画出其输出波形。 四、综合题： 1、在下图所示的施密特触发器电路中，已知1G 和2G 为CMOS 反相器，
V V k R k R D D 15;30;1021=Ω=Ω=。 （1）、试计算电路的正向阈值电压+T V 负向阈值电压-T V 和回差电压T V ?。（5分） （2）、若施密特触发器的输入电压波形如图所示，试画出其输出电压波形。（5分） 解：（1）、正向阈值电压为：（2分） 负向阈值电压为：（2分） 回差电压为：（1分） （2）、画出输出电压波形。（5分） 解： （1）、正向阈值电压为： V V k k V R R V TH T 1021530101121=???? ??ΩΩ+=???? ? ?+=+（2分） 负向阈值电压为： V V k k V R R V TH T 521530101121=???? ??ΩΩ-=???? ? ?-=- （2分） 回差电压为：V V V V V V T T T 5510=-=-=?-+（1分） （2）、画出输出电压波形。（5分）
施密特触发器运算放大电路 有少数的运算放大器电路用正反馈。例如图13－44显示了一个信号整形电路，它被称作施密特触发器。这个电路与比较器相似但正反馈形成两个阈值电压。假设放大器的电源电压是±15V，则输出电压可在±14V变动。电阻R1与R2对输出信号分压，所得到的电压加到运算放大器的同相输入端。当图13－44的输出信号是正向最大值时，分压器产生上阈值电压： 当输出信号是负向最大值时分压器产生下阈值电压：
图13－45显示了工作在输入信号超过上阈值和下阈值的施密特触发器。当输入信号变为正半波最后超过上阈值电压2.52V时，运算放大器的反相输入端比同相输入端电压高，因此输出信号迅速地转换到－14V, 阈值电压变成－2.52V。后来输入信号开始变负，最后超过下阈值电压－2.52V，这时施密特触发器的输出信号迅速变成＋14V，同相端又回到上阈值电压2.52V。两个阈值电压之差称作迟滞电压，本例的迟滞电压是： U上阈－ U下阈 ＝2.52V－（－2.52V）＝5.04V 例13－11 如果放大器用12V的双极性电源。计算图13－44的迟滞电压。我们假设输出 电压是±11V，阈值电压是： 这两个阈值电压之差是迟滞电压： 迟滞电压 ＝ 1.98－（－1.98）＝3.96V
图13－46显示了施密特触发器的比较特性和图形符号。图13－46（a）的比较特性与图13－44对应，当输入信号低于上阈时输出保持高电平，在达到高电平后输出变为低电平，但此时参考端马上变成下阈值，因此当输入电压变低时一直要退回到下阈值输出才能翻转回高电平。你可以看到施密特触发器的符号是在一般的运算放大器符号的内部有一个迟滞回环。在数字电路和系统中用迟滞现象处理噪音信号。 图13－47说明为什么施密特触发器不同于比较器。施密特触发器有迟滞作用，在信号上的噪音不能引起误触发，输出信号与输入信号频率是同样的。然而比较器的输出信号的频率比输入信号高，因为噪音引起误触发。注意比较器没有迟滞现象，在信号上迭加噪音后反复通过它的阈值电压，使比较器来回翻转。
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
施密特触发器原理 本文来自: https://www.doczj.com/doc/481708187.html, 原文网址：https://www.doczj.com/doc/481708187.html,/sch/test/0083158.html 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 （a）电路（b）图形符号
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
施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。见图6-2： 解释：当输入信号Vi减小至低于负向阀值时，输出电压Vo翻转为高电平VoH；而输入信号Vi增大至高于正向阀值时，输出电压Vo才翻转为低电平VoL。这种滞后的电压传输特性称回差特性，其值-称为回差电压。 一、用555定时器构成的施密特触发器 1.电路组成: 将555定时器的阀值输入端Vi1（6脚）、触发输入端Vi2（2脚）相连作为输入端Vi，由Vo（3脚）或Vo’（7脚）挂接上拉电阻Rl及电源VDD作为输出端，便构成了如图6-3所示的施密特触发器电路。 2.工作原理：如图所示，输入信号Vi，对应的输出信号为Vo，假设未接控制输入Vm 。 ①当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。以后Vi逐渐上升,只要不高于阀值电压(2/3Vcc),输出Vo维持1不变。
②当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc，此时定时器状态翻转为0，输出Vo=0，此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc），输出维持0不变。 ③当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc，定时器状态翻转为1，输出Vo=1。 总结：未考虑外接控制输入Vm时，正负向阀值电压=2/3Vcc、=1/3Vcc，回差电压△ V=1/3Vcc。若考虑Vm，则正负向阀值电压=Vm、=1/2Vm，回差电压△V=1/2Vm。由此，通过调节外加电压Vm可改变施密特触发器的回差电压特性，从而改变输出脉冲的宽度。 二、施密特触发器的应用举例 1.波形变换： 施密特触发器可用以将模拟信号波形转换成矩形波，如图6-4所示将正弦波信号同相转换成矩形波的例子，输出脉冲宽度tpo可通过回差电压加以调节。 2.波形整形 若数字信号在传输过程中受到干扰变成如图6-5（a)所示的不规则波形，
施密特触发器 第十三讲施密特触发器 内容提要 5.1 概述 5.2 施密特触发器 一、工作原理 1．特点： 2．电压传输特性 3．回差 4．逻辑符号 5．施密特触发器与门的工作波形图 6．集成施密特触发器的和的具体数值可从集成电路手册中查到。 二、施密特触发器的应用 5.3 多谐振荡器 5.3.1 对称多谐振荡器 一、电路结构 二、工作原理 三、振荡周期的估算 5.3.4 石英晶体多谐振荡器 5.4 单稳态触发器 5.4.1 微分型单稳态触发器 一、电路结构 二、工作原理
三、输出脉冲宽度的估算 5.4.2 集成单稳态触发器 一、输入脉冲触发方式 二、不可重复触发型与可重复触发型 三、参数计算 5.4.4 单稳态触发器的应用 一、脉冲整形 二、脉冲定时 三、脉冲展宽 内容提要 脉冲电路的研究重点：波形分析。 脉冲整形、变换电路：施密特触发器、单稳态触发器。 脉冲产生电路：多谐振荡器。对称式多谐振荡器、非对称式多谐振荡器、石英晶体振荡器。 5.1 概述 一、获得脉冲波形的方法主要有两种： 1．利用多谐振荡器直接产生符合要求的矩形脉冲； 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。 二、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。 三、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。 5.2 施密特触发器
一、工作原理 1．特点： ⑴施密特触发器有两个稳定状态，其维持和转换完全取决于输入电压的大小。 ⑵电压传输特性特殊，有两个不同的阈值电压（正向阈值电压和负向阈值电压） 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。 2．电压传输特性 有两种情况：左图中输入与输出为反相关系， 右图中输入与输出为同相关系， 3．回差 可见：施密特触发器的电压传输特性具有滞后特性。 4．逻辑符号 左图中输入与输出为反相关系，又称作施密特触发器与非门 右图中输入与输出为同相关系，又称作施密特触发器与门 5．工作波形 为施密特触发器与门的波形，为施密特触发器与非门的波形
[题6.3] 图P6.3是用CMOS 反相器接成的压控施密特触发器电路，试分析它的转换电平V T+、V T- 以及回差电压△V T 与控制电压V CO 的关系。 [解] 设反相器G 1输入端电压为V / 1，则根据叠加定理得到 3 12312132 132132////////////R R R R R v R R R R R V R R R R R v v O CO I I +++++=' （1） 在v I 升高过程中v O =0。当升至TH I V v ='时， +=T I V v ，因而得到 图P6.3 CO TH CO TH T CO T TH V R R R R R R V R R R R R R R R R R V V V R R R R R V R R R R R V V 3 1213132321213212 132 132132)1(////)////(////////-++=++-=+++=++ （2） 在v I 降低过程中DD V v =0。当TH I V v ='时，-=T I V v ，于是可得 CO TH DD CO TH T DD CO T TH V R R R R R R V R R R R R R R R R R V R R R R R V V V R R R R R V R R R R R V R R R R R V V 3 121313232131231213213 12312132 132132)1(////)////////(////////////--+=++-+-=+++++=-- （3）DD TH T T T V R R V R R V V V 2 1212 ==-=?-+（与V CO 无关） [题6.4] 在图6.2.3的施密特触发器电路中，若G 1和G 2为74LS 系列与非门和反相器，他 们的阈值电压V TH =1.2V ，R 1=1K Ω,R 2=2K Ω，二极管的导通压降V D =0.7V ，试计算电路的正向阈值电压V T+、负向阈值电压V T-和回差电压△V T 。 [解] V V V V R R V V V V V V V V R R R V D TH T TH T D TH T 25.1)7.01.12 1 (211.135.2)7.01.12 2 1(221=+?=+= ?===+?+=++= -+ [题6.5] 图P6.5是具有电平偏移二极管的施密特触发器电路，试分析它的工作原理，并画出 电压传输特性。G 1、G 2、G 3均为TTL 电路。 V O