任骏原

（渤海大学 信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121000）

施密特触发器有1个触发信号输入端、1个信号输出端，有两个稳定的输出状态。与一般触发器不同的是，需依靠输入信号的幅值维持某一稳态，输入信号uI在上升和下降过程中使输出信号uO状态转换的输入电平不同，即输入信号有变阈效应，称为施密特触发器的滞回特性[1-2]。

具有变阈效应的特殊触发器。根据它的变阈效应及其发明者，人们常称它为Schmitt trigger，与用作存储元件的触发器（flip-flop）不同。

施密特触发器在波形变换、脉冲鉴幅、脉冲整形等方面有着广泛的应用。

在555定时器构成的施密特触发器讨论中，一般电路构成形式的输出信号uO与输入信号uI相位相反，即为反相输出的施密特触发器[1-2]。

通过对555定时器功能的分析，发现可用555定时器构成输出信号uO与输入信号uI相位相同的同相输出的施密特触发器，从而扩展了应用方向。

1 555定时器及同相输出555施密特触发器

555定时器是一种有8个引脚的模拟/数字混合的集成电路，555定时器各引脚为，第1引脚GND，接地端；第2引脚TRI，触发输入端；第3引脚OUT，输出端；第 4引脚RST，异步置零输入端；第5引脚CON，控制电压端；第6引脚THR，阈值输入端；第7引脚DIS，放电端；第 8引脚VCC，工作电源输入端。当第5引脚接在一个电压源VCON时，555定时器的功能表如表1所示[1-2]。

表1 555定时器功能表Tab.1 Function table of 555 timer base circuit

分析功能表如表1可知，第6、2引脚与第5引脚的电位的相对大小关系决定着555定时器的输出状态。

因此，用555定时器构成同相位输出的施密特触发器时，将第6、2引脚连在一起后接参考电压VCON，第5引脚作为输入信号为uI的输入端。

输入信号uI为连续变化的模拟信号，其幅值变化应大于2VCON及小于 VCON。

输出信号、输入信号的关系为：

当输入信号uI↑≥2VCON时，使输出信号uO=UOH；当输入信号 uI↓≤VCON，使输出信号 uO=UOL；当 VCON＜uI＞2VCON时，输出信号uO不变。

同相位输出施密特触发器的主要参数为：

第6、2引脚的参考电压VCON可以大于、等于、小于555定时器的电源电压VCC，当为大于关系时需另接一个电压源，当为等于关系时接电源电压VCC，当为小于关系时可用电阻对电源电压VCC进行分压或另接一个电源电压。

2 同相输出555施密特触发器的Multisim 10仿真

2.1 同相输出555施密特触发器电路类型1

在Multisim10中[3-8]构建的仿真电路如图1所示。其中，第6、2引脚连在一起后接另一电压源VCON，且VCON＞VCC。

当选取VCC=9 V、VCON=10 V时，所构成施密特触发器的主要参数为 UT+=2VCON=20 V、UT－=VCON=10 V、△UT=UT+－UT－=10 V。

函数信号发生器XFG1的设置情况是，输出三角波，频率为100 Hz，输出幅度最大值为±12 V、幅度偏移量为12 V，从而使函数信号发生器输出0～24 V变化的三角波形，满足施密特触发器输入信号幅值变化应大于2VCON及小于VCON的要求。

示波器XSC1显示的波形如图2所示，其中由上至下分别为输入信号uI的波形、输出信号uO的波形，表明输出信号uO与输入信号uI的相位相同。

将示波器的1号读数指针移动到输出信号上升沿的位置可读取UT+≈20 V，2号读数指针移动到输出信号下升沿的位置可读取UT－≈10 V，两个读数指针的幅度差即回差电压△UT≈10 V，与理论值基本一致。

图1 同相位施密特触发器电路1Fig.1 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 1

图2 电路1的仿真波形Fig.2 The simulation waveform of the 1 circuit

2.2 同相输出555施密特触发器电路类型2

在Multisim10中构建的仿真电路如图3所示。其中，第6、2引脚连在一起后接电压源VCC，从而使VCON=VCC。

图3 同相位施密特触发器电路2Fig.3 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 2

当选取VCC=9 V时，所构成施密特触发器的主要参数为UT+=2VCON=18 V、UT－=VCON=9 V、△UT=UT+－UT－=9 V。

函数信号发生器XFG1的设置情况是，输出三角波，频率为100 Hz，输出幅度最大值为±10 V、幅度偏移量为10 V，从而使函数信号发生器输出0～20 V变化的三角波形，满足施密特触发器输入信号幅值变化应大于2VCON及小于VCON的要求。

示波器XSC1显示的波形如图4所示，其中由上至下分别为输入信号uI的波形、输出信号uO的波形，表明输出信号uO与输入信号uI的相位相同。

图4 电路2的仿真波形Fig.4 The simulation waveform of the 2 circuit

将示波器的1号读数指针移动到输出信号上升沿的位置可读取UT+≈18 V，2号读数指针移动到输出信号下升沿的位置可读取UT－≈9 V，两个读数指针的幅度差即回差电压△UT≈9 V，与理论值基本一致。

2.3 同相输出555施密特触发器电路类型3

图5 同相位施密特触发器电路3Fig.5 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 3

在Multisim10中构建的仿真电路如图5所示。其中，电阻R1、R2对电源电压VCC进行分压，使第6、2引脚连在一起后所接的参考电压为当选取 R1=2 kΩ、R2=1 kΩ 时，VCO=×9=3 V， 因此所构成施密特触发器的主要参数为UT+=2VCON=6 V、UT－=VCON=3 V、△UT=UT+－UT－=3 V。

函数信号发生器XFG1的设置情况是，输出三角波，频率为100 Hz，输出幅度最大值为±5 V、幅度偏移量为5 V，从而使函数信号发生器输出0～10 V变化的三角波形，满足施密特触发器输入信号幅值变化应大于2VCON及小于VCON的要求。

示波器XSC1显示的波形如图6所示，其中由上至下分别为输入信号uI的波形、输出信号uO的波形，表明输出信号uO与输入信号uI的相位相同。

图6 电路3的仿真波形Fig.6 The simulation waveform of the 3 circuit

将示波器的1号读数指针移动到输出信号上升沿的位置可读取UT+≈6 V，2号读数指针移动到输出信号下升沿的位置可读取UT－≈3 V，两个读数指针的幅度差即回差电压△UT≈3 V，与理论值基本一致。

3 结束语

依据555定时器的第6、2引脚与第5引脚的电位的相对大小关系决定着555定时器的输出状态的功能原理，可以将第6、2引脚连在一起后接参考电压VCON、第5引脚作为输入信号为uI的输入端，组成输出信号uO与输入信号为uI相位相同的同相位输出施密特触发器。

本研究结果发现了555定时器新的应用方向，所述的电路构成原理及仿真验证，全面、定量地描述了电路的工作过程，给出了电路参数的计算公式，将有利于系统地研究555施密特触发器电路的构成及设计。

[1]任骏原，杨玉强，刘维学.数字电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2013.

[2]任骏原，腾香，马敬敏.数字电子技术实验[M].2版.沈阳：东北大学出版社，2013.

[3]任骏原.用Multisim仿真软件分析触发器的状态变化过程[J].实验科学与技术，2011，9（1）：53-56.REN Jun-yuan.The state transition analyzing of flip-flop by multisim[J].Experiment Science&Technology，2011，9（1）：53-56.

[4]任骏原.74LS161异步置零法构成任意进制计数器的Multisim仿真[J].电子设计工程，2011，19（14）:135-137.REN Jun-yuan.Multisim simulation for Modulo-N counter composed by 74LS161With asynchronous reset method[J].Electronic Design Engineering，2011，19（14）:135-137.

[5]任骏原.RC桥式正弦波振荡电路的输出幅值分析[J].电子设计工程，2013，21（14）:107-108.REN Jun-yuan.Study on the amplitude of RC-bridge oscillator[J].Electronic Design Engineering，2013，21（14）:107-108.

[6]任骏原.555单稳态触发器的触发特性分析 [J].吉林大学学报：信息科学版，2013，31（2）：170-172.REN Jun-yuan.Analysis of the characteristics of 555 monostable trigger[J].Journal of Jilin University:Information Science Edition，2013，31（2）：170-172.

[7]任骏原.积分运算电路的设计方法 [J].吉林大学学报：信息科学版，2014，32（3）：280-283.REN Jun-yuan.Design method of integrating operational circuits[J].Journal of Jilin University:Information Science Edition，2014，32（3）：280-283.

[8]马敬敏.非对称式多谐振荡器的Multisim仿真[J].电子设计工程，2014，22（9）:11-12.MA Jing-min.The simulation of the asymmetric multivibrator by the Multisim software[J].Electronic Design Engineering，2014，22（9）:11-12.