施密特触发器工作原理

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以功耗低而着称，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范围内，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以内。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，一般在其内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，其内阻很小、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

工作或测试时，必须按照先接通电源后加入信号，先撤除信号后关电源的顺序进行操作。在安装，改变连接，拔插时，必须切断电源，以防元件受到极大的感应或冲击而损坏。

（Ｃ）由于保护电路吸收的瞬间能量有限，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须可靠接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并先焊其接地管脚。

（Ｄ）要防止用大电阻串入ＶＤＤ或ＶＳＳ端，以免在电路开关期间由于电阻上的压降引起保护二极管瞬时导通而损坏器件。

４、ＣＭＯＳ的接口电路问题

（１）ＣＭＯＳ电路与运放连接。当和运放连接时，若运放采用双电源，ＣＭＯＳ采用的是独立的另一组电源，即采用如图６所示电路，电路中，ＶＤ１、ＶＤ２为钳位保护二极管，使ＣＭＯＳ输入电压处在１０Ｖ与地之间。１５ＫΩ的电阻既作为ＣＭＯＳ的限流电阻，又对二极管进行限流保护。若运放使用单电源，且与ＣＭＯＳ使用的电源一样，则可直接相连。

（２）ＣＭＯＳ与ＴＴＬ等其它电路的连接。在电路中常遇到ＴＴＬ电路和ＣＭＯＳ电路混合使用的情况，由于这些电路相互之间的电源电压和输入、输出电平及负载能力等参数不同，因此他们之间的连接必须通过电平转换或电流转换电路，使前级器件的输出的逻辑电平满足后级器件对输入电平的要求，并不得对器件造成损坏。逻辑器件的接口电路主要应注意电平匹配和输出能力两个问题，并与器件的电源电压结合起来考虑。下面分两种情况来说明：

（Ａ）ＴＴＬ到ＣＭＯＳ的连接。用ＴＴＬ电路去驱动ＣＭＯＳ电路时，由于ＣＭＯＳ电路是电压驱动器件，所需电流小，因此电流驱动能力不会有问题，主要是电压驱动能力问题，ＴＴＬ电路输出高电平的最小值为２．４Ｖ，而ＣＭＯＳ电路的输入高电平一般高于３．５Ｖ，这就使二者的逻辑电平不能兼容。为此可采用图７所示电路，在ＴＴＬ的输出端与电源之间接一个电阻Ｒ（上拉电阻）可将ＴＴＬ的电平提高到３．５Ｖ以上。

若采用的是ＯＣ门驱动，则可采用如图８所示电路。其中Ｒ为其外接电阻。Ｒ的取值一般在１－４．７ＫΩ。

（Ｂ）ＣＭＯＳ到ＴＴＬ的连接。ＣＭＯＳ电路输出逻辑电平与ＴＴＬ电路的输入电平可以兼容，但ＣＭＯＳ电路的驱动电流较小，不能够直接驱动ＴＴＬ电路。为此可采用ＣＭＯＳ／ＴＴＬ专用接口电路，如ＣＭＯＳ缓冲器ＣＣ４０４９等，经缓冲器之后的高电平输出电流能满足ＴＴＬ电路的要求，低电平输出电流可达４ｍＡ。实现ＣＭＯＳ电路与ＴＴＬ电路的连接，如图９所示。需说明的时，ＣＭＯＳ与ＴＴＬ电路的接口电路形式多种多样，实用中应根据具体情况进行选择。

５、输出端的保护问题

（１）ＭＯＳ器件输出端既不允许和电源短接，也不允许和地短接，否则输出级的ＭＯＳ管就会因过流而损坏。

（２）在ＣＭＯＳ电路中除了三端输出器件外，不允许两个器件输出端并接，因为不同的器件参数不一致，有可能导致ＮＭＯＳ和ＰＭＯＳ器件同时导通，形成大电流。但为了增加电路的驱动能力，允许把同一芯片上的同类电路并联使用。

（３）当ＣＭＯＳ电路输出端有较大的容性负载时，流过输出管的冲击电流较大，易造成电路失效。为此，必须在输出端与负载电容间串联一限流电阻，将瞬态冲击电流限制在１０ｍＡ以下。

施密特触发器工作原理

具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。

用555定时器构成的施密特触发器：

1 电路组成及工作原理

二：集成施密特触发器

CD4013双D触发器制作的红外线四路遥控开关

红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，它具有稳定、可靠、成功率高、不干扰其它电器设备等优点。我们知道，人的眼睛看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红外的波长范围是——微米，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是和用波长为——微米之间的红外线来传送控制信号的。

为青少年及无线电爱好者了解红外线的特性，建立编解码的基本概念，掌握双稳态电路的一般性能，红外线四路遥控开关的实验器材，同时是全国少年电子技师等级认定活动的指定器材，具有电路结构清晰、制作成功率高、使用性能好、工作稳定可靠等优点。广泛实用于家庭、工厂、学校、医院、娱乐场所等。

本遥控开关由发射系统和接收系统两部分组成。接收系统具有手动功能，既可以实现红外遥控接收又可以手控。

一、电路工作原理

1、发射电路

发射部分的主要元件为红外发光二极管，它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。其外与普通5发光二极管相同，红外线发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

发射器由SM5021A编码集成块、驱动放大电路和红外线发射管组成。SM5021A有8个数据输入脚，对应接收解码集成块SM5032B的2个锁存和6个非锁存输出端，在此采用了4个非锁存输出，即SM5021A的3、4、5、6脚，当按键K1、K2、K3、K4任一键按下时，脚12、13对应的内部电路与455KHZ的陶瓷滤波器及电容C2、C3组成的振荡器产生振荡，经IC1内部整形、分频后作为编码集成块内部时钟和38KHZ载频。SM5021A的1、2脚为用户码输入脚，便于与使用同类遥控器时进行码区分。本遥控器中该两脚全接地，也就是说用户码是“00”，当按键按下时，将对应串行码信号调制的38KHZ载频由15脚输出，再经三极管VT1、VT2放大后驱动红外线发射管工作，这样控制信号以红外线的形式发送出去。

2、接收电路

接收电路的方框图：

通过接收电路方框图可知红外线接收电路由红外接收头、红外解码电路、记忆触发器、驱动电路、执行电路和手控电路等部分组成。其详细的原理电路图见图二。

图二接收电路原理图

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100毫瓦），所以红外接收头H接收到的信号比较微弱，红外接收头H将接收到的红外信号转换成电信号，经内部放大、解调、输出相应的码信号。再经VT1的放大、倒相后送至解码集成块IC1：SM5032B的2脚，这时SM5032B相应的非锁存输出端输出高电平，本接收电路中用到2只CD4013（双D触发器），共4个D触发器分别组成4个双稳态电路，SM5032B的3、4、5、6脚为4个非锁存输出端，VD5、VD6、VD7、VD8为隔离二极管，IC2和IC3的3脚和11脚为脉冲输入端，IC2和IC3的1脚和13脚为双稳态电路的输出端，即分别控制继电器驱动控制电路的工作状态。

当IC1；SM5032B的4个非锁存输出端中任何一个只要出现电平的上升沿，对应的双稳态电路的工作状态就翻转一次，即可控制与之相接的三极管的工作状态，如果原是饱和状态，则可变为截止状态；如果原是截止状态，则可变为饱和状态。这就可控制继电器的吸合和释放，实现对受控电器的“开”、“关”控制。

手动控制时，按键K1、K2、K3、K4每按动一次，就向双稳态电路送入一个正脉冲，同样可使双稳态电路翻转，实现手控电器的开、关。

IC2、IC3（CD4013）的4脚和10脚为清“0”端，外接电阻R8、R9、电容C7、C9的作用是为了保证接收电路每次接通电源时双稳态电路处于清“0”状态，继电器不吸合，确保安全。

电源变压器T1、整流二极管VD1——VD4及滤波电容C13组成降压整流滤波电路，为继电器驱动电路等提供直流电源。该电源经R18限流降压后又经稳压二极管DW1稳压后即可获得4。7V的直流电源，为IC1、IC2、IC3、VT1等提供工作电源。

三、安装制作

1、清理元器件，重点辩别认清电阻器阻值及相应代号，对电阻、电容、发光二极管、三极管、电源变压器等要用万用表一一检测。

2、安装时，电阻器、整流二极管采用卧式插装，并近贴电路板；瓷介电容器、电解电容器、三极管等采用立式插装，也要近贴电路板。发光二极管安装时可不讲极性，因为其供电电路为交流电源，其余有极性元件：如电解电容器、整流二极管、稳压二极管、三极管、集成电路等必须按正确的极性插装，否则电路不会正常工作。

3、电源变压器的初、次极必须分清接正确，初极（220V）线圈的直流电阻为几百欧左右，而次极（13V）线圈的直流电阻是几十欧。

4、220V的接线柱的两脚弯90度后在覆铜面焊接固定。铜插件最好先上锡，再焊在电路板上固定而成。

5、红外线发射管和接收头H焊接时注意极性，焊接时间不宜过长。

6、电路板上有7根跳线，需用铁线搭接。

7、焊完元器件后，在覆铜面剪掉多余元器件的引线,工具最好用斜口钳，可防止因剪线而使覆铜皮损坏。

8、应从外壳上区分1N4148的普通二极管和4。7V的稳压二极管，外壳上标有“4。7V”的是稳压二极管，表有“1N4148”的是普通二极管。

四、调试

1、焊接完后，请认真对照电路原理图、安装图检查电路板上有无漏焊、错焊、短路、断路等错误现象，确认无误后才能通电。

2、通电后，4个发光二极管都应点亮，分别用手控方式按动K1、K2、K

3、K4，应能听到继电器J1、J2、J3、J4的吸合声和释放声。如果都没有，则应检查电源供电电路中的VD1——VD

4、C13及稳压二极管DW1等元器件有无错焊；如果有某一路或几路没有反应，则应检查相应的继电器驱动控制电路及相应的双稳态电路有无输入和输出。

TTL电平和CMOS电平

注:鉴于很多电子初学者对什么是TTL电平,什么是CMOS电平不清楚.也不能了解CMOS电平与TTL电平的区别.特别在网上找到这篇TTL和CMOS电平总结.感谢作者的工作.

1、TTL电平(什么是TTL电平)：

输出高电平>,输出低电平<。在室温下，一般输出高电平是，输出低电平是。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=，输入低电平<=，噪声容限是。

2、CMOS电平：

1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。

3、电平转换电路：

因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos ），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。

4、OC门，OD门

OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。

5、TTL和COMS电路比较：

1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。

2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

3）COMS电路的锁定效应：COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA 以上，很容易烧毁芯片。

防御措施：

1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过规定电压。

2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。

3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。

4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。

6、COMS电路的使用注意事项

1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。

2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。

3）当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。

4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/是外界电容上的电压。

5）COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。

7、TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：

1）悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。

2）在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。

8、TTL电路OC门，OD门

TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0，而是约0。而这个就是漏电流。开漏输出：OC门的输出就是开漏输出；OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

9、什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别

TTL集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做OC门。因为TTL就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。一般图腾式输出，高电平400UA，低电平8MA