今天我們來一起學習施密特觸發器芯片以及如何使用它制作一個方波産生電路。

在 運放教程2-正反饋電路 中我們學習了運放反相施密特觸發器電路。市面上有一種專門的反相施密特觸發器芯片，它将運放同相引腳上用于配置阈值電壓的電阻集成到了芯片内部，使用更加簡單。同專用比較器芯片一樣，施密特觸發器芯片也将通用運放芯片内部的補償電容去掉了，這樣可以得到更快的輸出響應速度。

SN74HC14N 是一款六路反相施密特觸發器（Hex Inverters with Schmitt-Trigger Inputs）:

六路反相施密特觸發器

芯片型号中的 HC 是 High Speed CMOS 的縮寫，表示高速 CMOS 器件。數據手冊中的 Hex 是六的意思，不是十六或十六進制。

反相（Inverter）是指輸入低電平輸出高電平；輸入高電平輸出低電平。因為其本身是一個集成了運放反相施密特觸發器電路的芯片，不理解的話可以再次學習 運放教程2-正反饋電路。

74HC14 的功能引腳圖：

SN74HC14N 引腳圖

A 表示輸入，Y 表示輸出，一共有六路輸入輸出。

我們使用下面的電路來測量這款施密特觸發器使用 5 伏電源時的上下限阈值電壓：

阈值查找電路

我們我們将可調電阻接在施密特觸發器的輸入引腳上，慢慢調節輸入引腳上的電壓，使其電壓從 0 伏慢慢升高到電源電壓，然後再慢慢下降到 0 伏：

查找上下阈值

黃色波形接到觸發器輸出引腳，青色波形接輸入引腳。可以看到，一開始輸入為 0 伏，即低電平時，輸出為 5.12 伏，即高電平。

在輸入電壓從 0 伏逐漸上升的過程中，當電壓達到 2.80 伏時，輸出由高電平切換為低電平，也就是說上限阈值電壓為 2.80 伏 左右。

然後我們将電壓一路調高至電源電壓，輸出無變化，一直是低電平。

在輸入電壓從電源電壓逐漸減小的過程中，當電壓降低到上阈值電壓 2.80 伏 時，輸出無變化，還是低電平。我們繼續調低輸入電壓，當電壓降低到 1.97 伏 時，輸出才由低電平切換為高電平，也就是說下限阈值電壓為 1.97 伏左右。此後，将輸入電壓一路調低至 0 伏，輸出無變化。

上限阈值電壓：2.80 伏；

下限阈值電壓：1.97 伏。

我們測出的阈值電壓接近數據手冊中給出的值：

數據手冊中給出的上下限阈值

紅框中圈出的值是在電源電壓為 4.5 伏時測得的，而我們使用電源電壓為 5 伏，所以兩個值都偏大一些。

可以使用施密特觸發器很容易地配置出一個方波産生電路，電路圖如下：

基于反相施密特觸發器的方波産生電路

R 的值這裡我們使用 6.8kΩ, 電容 C 的值 47nF。

下面是在面包闆上組裝好的電路：

方波産生電路

注意我把沒用到的輸入引腳都拉低了。

下面是上面電路圖的波形圖：

波形圖

示波器探頭 CH1 接輸出引腳 2， 波形黃色；探頭 CH2 接輸入引腳 1， 波形青色。頻率為 4.418 kHz.。 CH2 的最大值為 2.84 伏，最小值為 1.92 伏，對應施密特觸發器的兩個觸發發阈值，和前面測量的差不多。至于為什麼會對應兩個阈值，可以看下面的分析。

下面是剛上電時的波形圖：

剛上電時的波形圖

下面我們來分析一下波形是怎麼起振的？

1.剛上電時，施密特觸發器輸入引腳為低電平，作為一個反相器，施密特觸發器輸出引腳輸出高電平。當輸出引腳為高電平時，施密特觸發器的觸發電壓為上限阈值電壓 2.8 伏。

2.輸出引腳上的高電平通過電阻 R 給電容充電，電容上的電壓慢慢上升，當其電壓達到下限阈值 1.9 伏時，輸出無變化：

輸入電壓由0上升到下限阈值電壓時輸出無變化

3.電容上的電壓繼續上升，當到達上限阈值電壓 2.8 伏時，輸出由高電平變為低電平。當輸出引腳為低電平時，施密特觸發器的觸發電壓為下限阈值電壓 1.97 伏：

當輸入電壓上升到上限阈值電壓時，輸出變為低電平

4.輸出變為低電平後，電容開始通過電阻放電，電容電壓開始慢慢下降，當其電壓降低到下限阈值電壓 1.97 伏時，輸出變為高電平，又重新開始給電容充電，如此周而複始，形成振蕩：

電壓降低到下限阈值電壓時，輸出變為高電平

下面是輸出頻率的計算公式：

輸出頻率計算公式

輸出頻率約等于常數 X 除以 RC 的乘積。 X 通常介于 1 和 2 之間。X 取決于芯片型号、電源電壓等。

比如我上面使用 6.8kΩ 的電阻和 47nF 的電容，輸出頻率為4.418kHz, 計算出 X 的值為 4.418kHz * 6.8kΩ * 47nF = 1.412。

今天我們一起學習了反相施密特觸發器芯片的基本使用，學習了一個基于反相施密特觸發器的方波産生電路。

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