1.5 555定时器作为施密特触发器

大多数CMOS器件的输入信号的高低电平转换应该是快速的。如果边沿不够快，它们可能会提供更多的电流，这可能会损坏器件。模拟信号通常并不完美，并且可能并非总是具有干净的边沿。施密特触发器是一种特殊的比较器，用于避免此类信号。

比较器是一种比较两个电压的设备，其结果表明一个电压是否高于另一个电压。施密特触发器，也被称为再生比较器，将输入电压与两个参考电压进行比较，并产生相应的输出。施密特触发器的输出始终是方波或矩形波，无论输入信号的形状如何。当需要执行以下操作时，通常会使用它：

• 将正弦波转换为方波
• 清除噪声信号
• 将慢边沿（如三角波中的边沿）转换为快边沿（如方波中的边沿）

施密特触发器可以使用555定时器构建。除了定时器功能外，555定时器的其他功能之一是使用两个内部比较器作为独立单元来形成施密特触发器。由555定时器构建的施密特触发器的一般操作是反相的，但讨论将针对非反相。

使用555定时器的施密特触发器电路

下图展示了用作施密特触发器的555定时器的结构。

引脚4和引脚8连接到电源（$V_{CC}$）。引脚2和引脚6连接在一起，输入信号通过电容 $C$ 施加到这个公共点。这个公共点通过由电阻 $R_1$ 和 $R_2$ 形成的电压分配器提供外部偏置电压 $\frac{V_{CC}}{2}$。

施密特触发器的一个重要特性是回环特性。如果输入电压高于上限阈值，则施密特触发器的输出为高电平；如果输入电压低于下限阈值，则输出为低电平。

当输入电压介于两个阈值之间时，输出保持其值不变。使用两个阈值被称为回环特性，施密特触发器作为存储元件（双稳态多谐振荡器或触发器）发挥作用。

在这种情况下，阈值为 $\frac{2}{3} V_{CC}$ 和 $\frac{1}{3} V_{CC}$，即上限比较器在 $\frac{2}{3} V_{CC}$ 时触发，下限比较器在 $\frac{1}{3} V_{CC}$ 时触发。各个比较器将输入电压与这些阈值进行比较，并相应地置位或复位触发器。基于此，输出变为高电平或低电平。

当输入端施加的正弦波幅度大于 $\frac{V_{CC}}{6}$ 时，触发器会在正半周期和负半周期交替置位和复位。输出为方波，输入正弦波和输出方波的波形如下图所示。

555定时器的反相施密特触发器操作

555定时器作为施密特触发器的正常操作是反相的。当触发输入（与外部输入相同）低于 $\frac{1}{3} V_{CC}$ 的阈值时，下比较器的输出变高，触发器被置位，引脚3的输出变高。

同样，当阈值输入（与外部输入相同）高于 $\frac{2}{3} V_{CC}$ 的阈值时，上比较器的输出变高，触发器被复位，引脚3的输出变低。

反相施密特触发器的波形如下图所示。