基于555定時器的同相輸出施密特觸發器

任駿原

（渤海大學 信息科學與技術學院，遼寧 錦州 121000）

施密特觸發器有1個觸發信號輸入端、1個信號輸出端，有兩個穩定的輸出狀態。與一般觸發器不同的是，需依靠輸入信號的幅值維持某一穩態，輸入信號uI在上升和下降過程中使輸出信號uO狀態轉換的輸入電平不同，即輸入信號有變閾效應，稱為施密特觸發器的滯回特性[1-2]。

具有變閾效應的特殊觸發器。根據它的變閾效應及其發明者，人們常稱它為Schmitt trigger，與用作存儲元件的觸發器（flip-flop）不同。

施密特觸發器在波形變換、脈沖鑒幅、脈沖整形等方面有著廣泛的應用。

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

通過對555定時器功能的分析，發現可用555定時器構成輸出信號uO與輸入信號uI相位相同的同相輸出的施密特觸發器，從而擴展了應用方向。

1 555定時器及同相輸出555施密特觸發器

555定時器是一種有8個引腳的模擬/數字混合的集成電路，555定時器各引腳為，第1引腳GND，接地端；第2引腳TRI，觸發輸入端；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。當第5引腳接在一個電壓源VCON時，555定時器的功能表如表1所示[1-2]。

表1 555定時器功能表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引腳的電位的相對大小關系決定著555定時器的輸出狀態。

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

輸入信號uI為連續變化的模擬信號，其幅值變化應大于2VCON及小于 VCON。

輸出信號、輸入信號的關系為：

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

同相位輸出施密特觸發器的主要參數為：

第6、2引腳的參考電壓VCON可以大于、等于、小于555定時器的電源電壓VCC，當為大于關系時需另接一個電壓源，當為等于關系時接電源電壓VCC，當為小于關系時可用電阻對電源電壓VCC進行分壓或另接一個電源電壓。

2 同相輸出555施密特觸發器的Multisim 10仿真

2.1 同相輸出555施密特觸發器電路類型1

在Multisim10中[3-8]構建的仿真電路如圖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。

當選取VCC=9 V、VCON=10 V時，所構成施密特觸發器的主要參數為 UT+=2VCON=20 V、UT－=VCON=10 V、△UT=UT+－UT－=10 V。

函數信號發生器XFG1的設置情況是，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，從而使函數信號發生器輸出0～24 V變化的三角波形，滿足施密特觸發器輸入信號幅值變化應大于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uI的波形、輸出信號uO的波形，表明輸出信號uO與輸入信號uI的相位相同。

將示波器的1號讀數指針移動到輸出信號上升沿的位置可讀取UT+≈20 V，2號讀數指針移動到輸出信號下升沿的位置可讀取UT－≈10 V，兩個讀數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施密特觸發器電路類型2

在Multisim10中構建的仿真電路如圖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 同相位施密特觸發器電路2Fig.3 The same phase output of the Schmitt trigger circuit type 2

當選取VCC=9 V時，所構成施密特觸發器的主要參數為UT+=2VCON=18 V、UT－=VCON=9 V、△UT=UT+－UT－=9 V。

函數信號發生器XFG1的設置情況是，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，從而使函數信號發生器輸出0～20 V變化的三角波形，滿足施密特觸發器輸入信號幅值變化應大于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uI的波形、輸出信號uO的波形，表明輸出信號uO與輸入信號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號讀數指針移動到輸出信號上升沿的位置可讀取UT+≈18 V，2號讀數指針移動到輸出信號下升沿的位置可讀取UT－≈9 V，兩個讀數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施密特觸發器電路類型3

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

在Multisim10中構建的仿真電路如圖5所示。其中，電阻R1、R2對電源電壓VCC進行分壓，使第6、2引腳連在一起后所接的參考電壓為當選取 R1=2 kΩ、R2=1 kΩ 時，VCO=×9=3 V， 因此所構成施密特觸發器的主要參數為UT+=2VCON=6 V、UT－=VCON=3 V、△UT=UT+－UT－=3 V。

函數信號發生器XFG1的設置情況是，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，從而使函數信號發生器輸出0～10 V變化的三角波形，滿足施密特觸發器輸入信號幅值變化應大于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uI的波形、輸出信號uO的波形，表明輸出信號uO與輸入信號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號讀數指針移動到輸出信號上升沿的位置可讀取UT+≈6 V，2號讀數指針移動到輸出信號下升沿的位置可讀取UT－≈3 V，兩個讀數指針的幅度差即回差電壓△UT≈3 V，與理論值基本一致。

3 結束語

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

本研究結果發現了555定時器新的應用方向，所述的電路構成原理及仿真驗證，全面、定量地描述了電路的工作過程，給出了電路參數的計算公式，將有利于系統地研究555施密特觸發器電路的構成及設計。

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