施密特觸發(fā)器工作原理

1、使用CMOS集成電路需注意的幾個問題集成電路按晶體管的性質(zhì)分為TTL和CMOS兩大類，TTL以速度見長，CMOS以功耗低而著稱，其中CMOS電路以其優(yōu)良的特性成為目前應(yīng)用最廣泛的集成電路。在電子制作中使用CMOS集成電路時，除了認(rèn)真閱讀產(chǎn)品說明或有關(guān)資料，了解其引腳分布及極限參數(shù)外，還應(yīng)注意以下幾個問題：1、電源問題(1)CMOS集成電路的工作電壓一般在318V,但當(dāng)應(yīng)用電路中有門電路的模擬應(yīng)用(如脈沖振蕩、線性放大)時，最低電壓則不應(yīng)低于4.5V。由于CMOS集成電路工作電壓寬，故使用不穩(wěn)壓的電源電路CMOS集成電路也可以正常工作，但是工作在不同電源電壓的器件，其輸出阻抗、工作速度和功耗是不

2、相同的，在使用中一定要注意。(2)CMOS集成電路的電源電壓必須在規(guī)定圍，不能超壓，也不能反接。因?yàn)樵谥圃爝^程中，自然形成許多寄生二極管，如圖1所示為反相器電路，在正常電壓下，這些二極管皆處于反偏，對邏輯功能無影響，但是由于這些寄生二極管的存在，一旦電源電壓過高或電壓極性接反，就會使電路產(chǎn)生損壞。2、驅(qū)動能力問題CMOS電路的驅(qū)動能力的提高，除選用驅(qū)動能力較強(qiáng)的緩沖器來完成之外，還可將同一個芯片幾個同類電路并聯(lián)起來提高，這時驅(qū)動能力提高到N倍(N為并聯(lián)門的數(shù)量)。如圖2所示。3、輸入端的問題(1)多余輸入端的處理。CMOS電路的輸入端不允許懸空，因?yàn)閼铱諘闺娢徊欢ǎ茐恼５倪壿嬯P(guān)系。另外，

3、懸空時輸入阻抗高，易受外界噪聲干擾，使電路產(chǎn)生誤動作，而且也極易造成柵極感應(yīng)靜電而擊穿。所以與“門，與非”門的多余輸入端要接高電平，或“門和或非”門的多余輸入端要接低電平。若電路的工作速度不高，功耗也不需特別考慮時，則可以將多余輸入端與使用端并聯(lián)。(2)輸入端接長導(dǎo)線時的保護(hù)。在應(yīng)用中有時輸入端需要接長的導(dǎo)線，而長輸入線必然有較大的分布電容和分布電感，易形成LC振蕩，特別當(dāng)輸入端一旦發(fā)生負(fù)電壓，極易破壞CMOS中的保護(hù)二極管。其保護(hù)辦法為在輸入端處接一個電阻，如圖3所示，R=VDD/1mAo(3)輸入端的靜電防護(hù)。雖然各種CMOS輸入端有抗靜電的保護(hù)措施，但仍需小心對待，在存儲和運(yùn)輸中最好用金

4、屬容器或者導(dǎo)電材料包裝，不要放在易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料或化纖織物中。組裝、調(diào)試時，工具、儀表、工作臺等均應(yīng)良好接地。要防止操作人員的靜電干擾造成的損壞，如不宜穿尼龍、化纖衣服，手或工具在接觸集成塊前最好先接一下地。對器件引線矯直彎曲或人工焊接時，使用的設(shè)備必須良好接地。(4) 輸入信號的上升和下降時間不易過長，否則一方面容易造成虛假觸發(fā)而導(dǎo)致器件失去正常功能，另一方面還會造成大的損耗。對于74HC系列限于0.5us以。若不滿足此要求，需用施密特觸發(fā)器件進(jìn)行輸入整形，整形電路如圖4所示。(5) CMOS電路具有很高的輸入阻抗，致使器件易受外界干擾、沖擊和靜電擊穿，所以為了保護(hù)CMOS管的氧化層

5、不被擊穿，一般在其部輸入端接有二極管保護(hù)電路，如圖5所示。其中R約為1.5-2.5KQo輸入保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的引入使器件的輸入阻抗有一定下降，但仍在108以上。這樣也給電路的應(yīng)用帶來了一些限制：(A)輸入電路的過流保護(hù)。CMOS電路輸入端的保護(hù)二極管，其導(dǎo)通時電流容限一般為1mA在可能出現(xiàn)過大瞬態(tài)輸入電流(超過10mA)時，應(yīng)串接輸入保護(hù)電阻。例如，當(dāng)輸入端接的信號，其阻很小、或引線很長、或輸入電容較大時，在接通和關(guān)斷電源時，就容易產(chǎn)生較大的瞬態(tài)輸入電流，這時必須接輸入保護(hù)電阻，若VDD=10V,則取限流電阻為10K即可。(8) 輸入信號必須在VDD到VSS之間，以防二極管因正向偏置電流過大而燒壞。因

6、此在工作或測試時，必須按照先接通電源后加入信號，先撤除信號后關(guān)電源的順序進(jìn)行操作。在安裝，改變連接，拔插時，必須切斷電源，以防元件受到極大的感應(yīng)或沖擊而損壞。(C)由于保護(hù)電路吸收的瞬間能量有限，太大的瞬間信號和過高的靜電電壓將使保護(hù)電路失去作用。所以焊接時電烙鐵必須可靠接地，以防漏電擊穿器件輸入端，一般使用時，可斷電后利用電烙鐵的余熱進(jìn)行焊接，并先焊其接地管腳。(D)要防止用大電阻串入VDD或VSS端，以免在電路開關(guān)期間由于電阻上的壓降引起保護(hù)二極管瞬時導(dǎo)通而損壞器件。4、CMOS的接口電路問題(1) CMOS電路與運(yùn)放連接。當(dāng)和運(yùn)放連接時，若運(yùn)放采用雙電源，CMOS采用的是獨(dú)立的另一組電源

7、，即采用如圖6所示電路，電路中，VD1、VD2為鉗位保護(hù)二極管，使CMOS輸入電壓處在10V與地之間。15KQ的電阻既作為CMOS的限流電阻，又對二極管進(jìn)行限流保護(hù)。若運(yùn)放使用單電源，且與CMOS使用的電源一樣，則可直接相連。(2) CMOS與TTL等其它電路的連接。在電路中常遇到TTL電路和CMOS電路混合使用的情況，由于這些電路相互之間的電源電壓和輸入、輸出電平及負(fù)載能力等參數(shù)不同，因此他們之間的連接必須通過電平轉(zhuǎn)換或電流轉(zhuǎn)換電路，使前級器件的輸出的邏輯電平滿足后級器件對輸入電平的要求，并不得對器件造成損壞。邏輯器件的接口電路主要應(yīng)注意電平匹配和輸出能力兩個問題，并與器件的電源電壓結(jié)合起來

8、考慮。下面分兩種情況來說明：(3) TTL到CMOS的連接。用TTL電路去驅(qū)動CMOS電路時，由于CMOS電路是電壓驅(qū)動器件，所需電流小，因此電流驅(qū)動能力不會有問題，主要是電壓驅(qū)動能力問題，TTL電路輸出高電平的最小值為2.4V,而CMOS電路的輸入高電平一般高于3.5V,這就使二者的邏輯電平不能兼容。為此可采用圖7所示電路，在TTL的輸出端與電源之間接一個電阻R(上拉電阻)可將TTL的電平提高到3.5V以上。若采用的是OC門驅(qū)動，則可采用如圖8所示電路。其中R為其外接電阻。R的取值一般在1-4.7KQo(8) CMOS到TTL的連接。CMOS電路輸出邏輯電平與TTL電路的輸入電平可以兼容，但

9、CMOS電路的驅(qū)動電流較小，不能夠直接驅(qū)動TTL電路。為此可采用CMOS/TTL專用接口電路，如CMOS緩沖器CC4049等，經(jīng)緩沖器之后的高電平輸出電流能滿足TTL電路的要求，低電平輸出電流可達(dá)4mA。實(shí)現(xiàn)CMOS電路與TTL電路的連接，如圖9所示。需說明的時，CMOS與TTL電路的接口電路形式多種多樣，實(shí)用中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。5、輸出端的保護(hù)問題(1) MOS器件輸出端既不允許和電源短接，也不允許和地短接，否則輸出級的MOS管就會因過流而損壞。(2)在CMOS電路中除了三端輸出器件外，不允許兩個器件輸出端并接，因?yàn)椴煌钠骷?shù)不一致，有可能導(dǎo)致NMOS和PMOS器件同時導(dǎo)通，形成大

10、電流。但為了增加電路的驅(qū)動能力，允許把同一芯片上的同類電路并聯(lián)使用。(3)當(dāng)CMOS電路輸出端有較大的容性負(fù)載時，流過輸出管的沖擊電流較大，易造成電路失效。為此，必須在輸出端與負(fù)載電容間串聯(lián)一限流電阻，將瞬態(tài)沖擊電流限制在1OmA以下。施密特觸發(fā)器工作原理具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器：1電路組成及工作原理史佛特觸式琴鼻有日易電壓撲件.ifc抨就沿更牝陰t的電壓就不拯母玷邊沿陡崎妁粒超麻由一用罄3定時崢成的施更將觸發(fā)看電髓組成及工作照理Ith“士0事對.1,川茹如馬旭平.、r(2)期上升到百幾時卜E喻出低電平.當(dāng)?shù)鮤1匚筵

11、性上Jh3保梓不變.(3i言片下降到;以時電Jirttdi事費(fèi)為高電平.而且在vi縫域下降到(W.電路的培科狀宓不變.圖中4超k府成另7*出卡,其蒿電平可以通過改變&進(jìn)行節(jié).2電壓端回轉(zhuǎn)性和壬要器版HJ電壓冊回特性電片Httfc的I二一苻號型電岳f¥地書性酬圖5.2.2折.）電|告情”件】32AO.*JT5yfo%o比Kteo二口0口FUo+A<4Y三疝產(chǎn)一上63P5Y一05A10電官符號T822岫密等觸量外的電骷陪號和電辰估皆知邑士要靜爸春教版閾值電%1升理程中.幡沙電質(zhì)次由高電平受到嫉電平看jit所對質(zhì)的*入電壓=%上限閾位也工巴.一觸情汽下匕，=亍噎.;（2）下由

12、閾健電壓均當(dāng)巧下降過貍中卜%由低電平為lHI變到高電平里H時,所對厘的輸入電魏修為下段看位電EE%.權(quán)情況下t尸jk（EL回莖跑出叫一差電壓區(qū)叫解胤電壓+定義為】+氏*-2一毛嚎3若在*理掙*心”腳外加也照剛希有/.%_舊2、弭瑁Z而且西比費(fèi)修時.它笆的就也施之或免.酬；4L5KfCLCW陽sjtjMMi和muij外引處次凰r：集成施密特觸發(fā)器96步制觸發(fā)熹可聯(lián)由555定的事構(gòu)施.也可以用分立元件和巢或口由；£國為這種電卻吠用十分廣泛，所以布用上省專門的曼鷹電事產(chǎn)品地轡.鼎之為摩相融發(fā)門電Hh集成赫密相帕發(fā)隱性筐的一效性好，觸發(fā)闌假檢定，使用方便.LGMOS祟成施超軸觸發(fā)轉(zhuǎn)ffl8.

13、23-）是CM冬集成蚌密特觸發(fā):KCCAGUM1大反相圣）的引殘功做國我通。所示是其主燙而態(tài)年數(shù)一擊5M博成班蟲松脂賢春CGKLB第上警卡花弁取電髯電壓1rIXVi-Jr'-1值V,最大值Vt最小值Vt-*A(EJI7JR1.自衿就小值蒙位51$6052.8031.6V104.67U川V156R10S474J.65V2-TIL嫉他施完將觸發(fā)器圖E23（¥1斷示是TIL蠹就施密將觸龍骷？4L514分引跋功能圖“其幾個主要零效的典型值如霾ER陸荒.nt輔舞特觸版0if門桿壁衿暴民常磔下物耳：<D輸入喀號泊的更優(yōu)郡中北用效建卜電*匕口正常工作.：2時于閾值電年和滯回噂壓均，溫

14、度掙援.帶貨我能力舉抗干擾能力箭握疆說$工2TT1錮塔由潦騎觸段H幾個主要金強(qiáng)曲,星端科世號軾運(yùn)時B1M格門功詫血口VWV)工即/70074LSH151.60.SOS74LSJ3215S81.60.Sos74LSB165S.751.60.SosjMUH鴕粘觸戈器小雙葉；爐京單輸入餐發(fā)相覆沖!»形式.玨可以撇成寶輸入端身堂門陰式.如CMOS國2推人與獷=CC4Q93t1TLH2輸弓電門741sl32和我，埼弓）kfJ74L&13灣.CD4013雙D觸發(fā)器制作的紅外線四路遙控開關(guān)紅外遙控是目前家用電器中用得較多的遙控方式，它具有穩(wěn)定、可靠、成功率高、不干擾其它電器設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。我們

15、知道，人的眼睛看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅外的波長圍是0.620.76微米，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是和用波長為0.761.5微米之間的紅外線來傳送控制信號的。為青少年及無線電愛好者了解紅外線的特性，建立編解碼的基本概念，掌握雙穩(wěn)態(tài)電路的一般性能，紅外線四路遙控開關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，同時是全國少年電子技師等級認(rèn)定活動的指定器材，具有電路結(jié)構(gòu)清晰、制作成功率高、使用性能好、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。廣泛實(shí)用于家庭、工廠、學(xué)校、醫(yī)院、娛樂場所等。本遙控開關(guān)由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。接收系統(tǒng)具有手動功能，既可以實(shí)現(xiàn)紅外遙控接收又可以手控。、電路工

16、作原理1、發(fā)射電路發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管，它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。其外與普通5發(fā)光二極管相同，紅外線發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。發(fā)射器由SM5021A編碼集成塊、驅(qū)動放大電路和紅外線發(fā)射管組成。SM5021A有8個數(shù)據(jù)輸入腳，對應(yīng)接收解碼集成塊SM5032B的2個鎖存和6個非鎖存輸出端，在此采用了4個非鎖存輸出，即SM5021A的3、4、5、6腳，當(dāng)按鍵K1、K2、K3、K4任一鍵按下時，腳12、13對應(yīng)的部電路與455KHZ的瓷濾波器及電容C2、C3組成的振蕩器產(chǎn)生振

17、蕩，經(jīng)IC1部整形、分頻后作為編碼集成塊部時鐘和38KHZ載頻。SM5021A的1、2腳為用戶碼輸入腳，便于與使用同類遙控器時進(jìn)行碼區(qū)分。本遙控器中該兩腳全接地，也就是說用戶碼是“00”，當(dāng)按鍵按下時，將對應(yīng)串行碼信號調(diào)制的38KHZ載頻由15腳輸出，再經(jīng)三極管VT1、VT2放大后驅(qū)動紅外線發(fā)射管工作，這樣控制信號以紅外線的形式發(fā)送出去。2、接收電路接收電路的方框圖：圖一接收電路方框圖通過接收電路方框圖可知紅外線接收電路由紅外接收頭、紅外解碼電路、記憶觸發(fā)器、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路和手控電路等部分組成。其詳細(xì)的原理電路圖見圖二。圖二接收電路原理圖由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00毫瓦）

18、，所以紅外接收頭H接收到的信號比較微弱，紅外接收頭H將接收到的紅外信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)部放大、解調(diào)、輸出相應(yīng)的碼信號。再經(jīng)VT1的放大、倒相后送至解碼集成塊IC1:SM5032B的2腳，這時SM5032B相應(yīng)的非鎖存輸出端輸出高電平，本接收電路中用到2只CD4013（雙D觸發(fā)器），共4個D觸發(fā)器分別組成4個雙穩(wěn)態(tài)電路，SM5032B的3、4、5、6腳為4個非鎖存輸出端，VD5、VD6、VD7、VD8為隔離二極管，IC2和IC3的3腳和11腳為脈沖輸入端，IC2和IC3的1腳和13腳為雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出端，即分別控制繼電器驅(qū)動控制電路的工作狀態(tài)。當(dāng)IC1;SM5032B的4個非鎖存輸出端中任何一個

19、只要出現(xiàn)電平的上升沿，對應(yīng)的雙穩(wěn)態(tài)電路的工作狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次，即可控制與之相接的三極管的工作狀態(tài)，如果原是飽和狀態(tài)，則可變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)；如果原是截止?fàn)顟B(tài)，則可變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)。這就可控制繼電器的吸合和釋放，實(shí)現(xiàn)對受控電器的“開”、“關(guān)”控制。手動控制時，按鍵K1、K2、K3、K4每按動一次，就向雙穩(wěn)態(tài)電路送入一個正脈沖，同樣可使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手控電器的開、關(guān)。IC2、IC3（CD4013）的4腳和10腳為清“0”端，外接電阻R8、R9、電容C7、C9的作用是為了保證接收電路每次接通電源時雙穩(wěn)態(tài)電路處于清“0”狀態(tài)，繼電器不吸合，確保安全。電源變壓器T1、整流二極管VD1VD4及濾波電容C13組成

20、降壓整流濾波電路，為繼電器驅(qū)動電路等提供直流電源。該電源經(jīng)R18限流降壓后又經(jīng)穩(wěn)壓二極管DW1穩(wěn)壓后即可獲得4。7V的直流電源，為IC1、IC2、IC3、VT1等提供工作電源。三、安裝制作1、清理元器件，重點(diǎn)辯別認(rèn)清電阻器阻值及相應(yīng)代號，對電阻、電容、發(fā)光二極管、三極管、電源變壓器等要用萬用表一一檢測。2、安裝時，電阻器、整流二極管采用臥式插裝，并近貼電路板；瓷介電容器、電解電容器、三極管等采用立式插裝，也要近貼電路板。發(fā)光二極管安裝時可不講極性，因?yàn)槠涔╇婋娐窞榻涣麟娫矗溆嘤袠O性元件：如電解電容器、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、三極管、集成電路等必須按正確的極性插裝，否則電路不會正常工作。3、電

21、源變壓器的初、次極必須分清接正確，初極（220V）線圈的直流電阻為幾百歐左右，而次極（13V）線圈的直流電阻是幾十歐。4、220V的接線柱的兩腳彎90度后在覆銅面焊接固定。銅插件最好先上錫，再焊在電路板上固定而成。5、紅外線發(fā)射管和接收頭H焊接時注意極性，焊接時間不宜過長。6、電路板上有7根跳線，需用鐵線搭接。7、焊完元器件后，在覆銅面剪掉多余元器件的引線，工具最好用斜口鉗，可防止因剪線而使覆銅皮損壞。8、應(yīng)從外殼上區(qū)分1N4148的普通二極管和4。7V的穩(wěn)壓二極管，外殼上標(biāo)有“4。7V”的是穩(wěn)壓二極管，表有“1N4148”的是普通二極管。四、調(diào)試1、焊接完后，請認(rèn)真對照電路原理圖、安裝圖檢查

22、電路板上有無漏焊、錯焊、短路、斷路等錯誤現(xiàn)象，確認(rèn)無誤后才能通電。2、通電后，4個發(fā)光二極管都應(yīng)點(diǎn)亮，分別用手控方式按動K1、K2、K3、K4,應(yīng)能聽到繼電器J1、J2、J3、J4的吸合聲和釋放聲。如果都沒有，則應(yīng)檢查電源供電電路中的VD1VD4、C13及穩(wěn)壓二極管DW1等元器件有無錯焊；如果有某一路或幾路沒有反應(yīng)，則應(yīng)檢查相應(yīng)的繼電器驅(qū)動控制電路及相應(yīng)的雙穩(wěn)態(tài)電路有無輸入和輸出。TTL電平和CMOS電平注:鑒于很多電子初學(xué)者對什么是TTL電平,什么是CMOS電平不清楚.也不能了解CMOS電平與TTL電平的區(qū)別.特別在網(wǎng)上找到這篇TTL和CMOS電平總結(jié).感作者的工作.1、TTL電平（什么是T

23、TL電平）：輸出高電平2.4V,輸出低電平0.4Vo在室溫下，一般輸出高電平是3.5V,輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平=2.0V,輸入低電平=0.8V,噪聲容限是0.4V。2、CMOS電平：1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。3、電平轉(zhuǎn)換電路：因?yàn)門TL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl5v<=>cmos3.3v）,所以互相連接時需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什么高深的東西。4、OC門，OD門OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必須外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用。

24、否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負(fù)載，所以又叫做驅(qū)動門電路。5、TTL和COMS電路比較：1） TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。2） TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短（5-10ns）,但是功耗大。COMS電路的速度慢，傳輸延遲時間長（25-50ns）,但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。3） COMS電路的鎖定效應(yīng)：COMS電路由于輸入太大的電流，部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，COMS的部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片。防御措施：1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過規(guī)定電壓。2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。3）在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進(jìn)去。4）當(dāng)系統(tǒng)由幾個電源分別供電時，開關(guān)要按下列順序：開啟時，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號和負(fù)載的電源；關(guān)閉時，先關(guān)閉輸入信號和負(fù)載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源。6、COMS電路的使用注意事項1） COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號