課程設(shè)計(jì)——施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)與仿真

1、<p>　　集成電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　院 系：XXXXXXXXXXXXXX</p><p>　　專 業(yè)： XXXXXXXXXXXX</p><p>　　學(xué) 號(hào)： XXXXXXXX </p><p>　　姓 名： XXXXXXXXX

2、X </p><p>　　指導(dǎo)教師： XXXXX 教授 </p><p>　　報(bào)告提交日期： 2011 年 9 月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ··········

3、3;····································&#

4、183;····································

5、····································

6、3;·················1</p><p>　　關(guān)鍵詞 ··············

7、3;····································&#

8、183;····································

9、····································

10、3;·········1</p><p>　　1 引言 ······················

11、83;····································&

12、#183;····································

13、;····································

14、83;·2</p><p>　　1.1 觸發(fā)器及其應(yīng)用·····························&#

15、183;····································

16、····································

17、3;····2</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)施密特觸發(fā)器的意義··························

18、;····································

19、83;····························2</p><p>　　2 施密特觸發(fā)器及其工作原理··

20、;····································

21、83;····································&

22、#183;····················7</p><p>　　2.1 工作原理分析··········&

23、#183;····································

24、;····································

25、83;···························7</p><p>　　2.2 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用···

26、····································

27、3;····································&#

28、183;······················9</p><p>　　3 有關(guān)Pspice的介紹········

29、;····································

30、83;····································&

31、#183;·····························11</p><p>　　3.1施密特觸發(fā)器的起源與發(fā)展&

32、#183;····································

33、;····································

34、83;············11</p><p>　　3.2施密特觸發(fā)器的組成··················

35、····································

36、3;····································&#

37、183;······11</p><p>　　3.3施密特觸發(fā)器的模擬功能·······················

38、83;····································&

39、#183;·····························13</p><p>　　4 施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)與仿真&#

40、183;····································

41、····································

42、3;····················16</p><p>　　4.1施密特觸發(fā)器的電路設(shè)計(jì)··········

43、;····································

44、83;····································&

45、#183;······16</p><p>　　4.2施密特觸發(fā)器的Pspice設(shè)計(jì)與仿真······················&

46、#183;····································

47、;···············17</p><p>　　4.3仿真結(jié)果的分析···············

48、3;····································&#

49、183;····································

50、·················21</p><p>　　5 結(jié)論 ··············

51、3;····································&#

52、183;····································

53、····································

54、3;·······23</p><p>　　6 體會(huì)與心得 ························

55、;····································

56、83;····································&

57、#183;······················24</p><p>　　參考文獻(xiàn) ·········

58、;····································

59、83;····································&

60、#183;····································

61、;·········25</p><p>　　致謝 ·······················

62、;····································

63、83;····································&

64、#183;····································

65、;···26</p><p>　　施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　摘 要：施密特觸發(fā)器是一種用途十分廣泛的脈沖單元電路。利用它所具有的電位觸發(fā)特性，可以進(jìn)行脈沖整形，把邊沿不夠規(guī)則的脈沖整形為邊沿陡峭的矩形脈沖；通過(guò)它可以進(jìn)行波形變換，把正弦波變換成矩形波；另一個(gè)重要用途就是進(jìn)行信號(hào)幅度鑒別，只要信號(hào)幅度達(dá)到某一設(shè)定值，觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)，所以常稱它為

66、鑒幅器。用施密特觸發(fā)器還能組成多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本文首先介紹了觸發(fā)器的發(fā)展歷程，然后對(duì)施密特觸發(fā)器的基本原理及其構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。并且在介紹了CAD軟件Pspice的相關(guān)信息后對(duì)施密特觸發(fā)器進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)以及仿真,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一系列的分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：施密特觸發(fā)器，波形分析，脈沖整形，變換電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　Design and Sim

67、ulation of Schmitt trigger</p><p>　　Abstract: Schmitt trigger is a product with extensive pulse unit circuit. Use which has the potential trigger characteristics, can undertake pulse shaping. The edge of pul

68、se shaping enough rules for edge steep rectangular pulse, through it can undertake waveform transform, the sine wave transform into rectangle wave; Another important use is carries on single amplitude identification, As

69、long as the single amplitude up to a certain value, Flips-flop .So often called it amplitude discrimination d</p><p>　　Keywords: Schmitt trigger, Wave analysis, Pulse shaping, Changing circuit</p><

70、;p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1 觸發(fā)器及其應(yīng)用</p><p>　　如果電路在某一時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于電路在這一時(shí)刻的輸入狀態(tài)，而且與電路過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，也就是說(shuō)電路具有了記憶功能，這種電路我們稱之為時(shí)序邏輯電路[1]。時(shí)序邏輯電路中能夠完成記憶功能的電路叫做觸發(fā)器，它是最重要、最基本的時(shí)序邏輯電路。觸發(fā)器和組合電路可以組成多種

71、時(shí)序邏輯單元電路，比如計(jì)數(shù)器、移位寄存器、隨即存儲(chǔ)器等[2]。</p><p>　　按照觸發(fā)器的功能，觸發(fā)器一般可以分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T及T`觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和無(wú)穩(wěn)態(tài)單元-定時(shí)器等。而本次課程所設(shè)計(jì)的就是觸發(fā)器中比較常用的施密特觸發(fā)器。觸發(fā)器可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)表實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)更改；不過(guò)，通過(guò)級(jí)聯(lián)引用完整性約束可以更有效地執(zhí)行這些更改。觸發(fā)器可以強(qiáng)制比用CHECK約束定義的約束更為

72、復(fù)雜的約束。與CHECK約束不同，觸發(fā)器可以引用其它表中的列[3]。例如，觸發(fā)器可以使用另一個(gè)表中的SELECT比較插入或更新的數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行其它操作，如修改數(shù)據(jù)或顯示用戶定義錯(cuò)誤信息[8]。觸發(fā)器也可以評(píng)估數(shù)據(jù)修改前后的表狀態(tài)，并根據(jù)其差異采取對(duì)策。一個(gè)表中的多個(gè)同類觸發(fā)器(INSERT、UPDATE、DELETE)允許采取多個(gè)不同的對(duì)策以響應(yīng)同一個(gè)修改語(yǔ)句。</p><p>　　觸發(fā)器可以查詢其他表，而且可以

73、包含復(fù)雜的SQL語(yǔ)句。它們主要用于強(qiáng)制服從復(fù)雜的業(yè)務(wù)規(guī)則或要求。例如：您可以根據(jù)客戶當(dāng)前的帳戶狀態(tài)，控制是否允許插入新訂單。觸發(fā)器也可用于強(qiáng)制引用完整性，以便在多個(gè)表中添加、更新或刪除行時(shí)，保留在這些表之間所定義的關(guān)系[2]。然而，強(qiáng)制引用完整性的最好方法是在相關(guān)表中定義主鍵和外鍵約束。如果使用數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系圖，則可以在表之間創(chuàng)建關(guān)系以自動(dòng)創(chuàng)建外鍵約束。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)施密特觸發(fā)器的意義</p

74、><p>　　施密特觸發(fā)器是由美國(guó)科學(xué)家?jiàn)W托·赫伯特·施密特(Otto Herbert Schmitt)于1934年發(fā)明，當(dāng)時(shí)他只是一個(gè)研究生，后于1937年他在其博士論文中將這一發(fā)明描述為“熱電子觸發(fā)器”[1]。這一發(fā)明是施密特對(duì)魷魚(yú)神經(jīng)中的神經(jīng)脈沖傳播進(jìn)行研究的直接成果。</p><p>　　在電子學(xué)中，施密特觸發(fā)器是包含正反饋的比較器電路[8]。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)施密特觸發(fā)器，

75、當(dāng)輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為高；當(dāng)輸入電壓低于負(fù)向閾值電壓，輸出為低；當(dāng)輸入在正負(fù)向閾值電壓之間，輸出不改變，也就是說(shuō)輸出由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，或是由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平對(duì)應(yīng)的閾值電壓是不同的。只有當(dāng)輸入電壓發(fā)生足夠的變化時(shí)，輸出才會(huì)變化，因此將這種元件命名為觸發(fā)器。這種雙閾值動(dòng)作被稱為遲滯現(xiàn)象，表明施密特觸發(fā)器有記憶性。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 [3]。</p><p>　　電路圖中

76、的施密特觸發(fā)器符號(hào)是一個(gè)三角中畫(huà)有一個(gè)反相或非反相滯回符號(hào)。這一符號(hào)描繪了對(duì)應(yīng)的理想滯回曲線。</p><p>　　圖1 非反相施密特觸發(fā)器 圖2 反相施密特觸發(fā)器 </p><p>　　通常獲得脈沖波形的方法主要有兩種:利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生符合要求的矩形脈沖和通過(guò)整形電路對(duì)已有的波形進(jìn)行整形、變換,使之符合系統(tǒng)的要求[4]。而施密特觸

77、發(fā)器就是后者中最常用的一種.同一般觸發(fā)器相比,施密特觸發(fā)器有如下工作特點(diǎn)： </p><p>　　施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，其維持和轉(zhuǎn)換完全取決于輸入電壓的大小。</p><p>　　電壓傳輸特性特殊，有兩個(gè)不同的閾值電壓(正向閾值電壓 和負(fù)向閾值電壓)。</p><p>　　狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)有正反饋過(guò)程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈。</p><p&

78、gt;　　圖3 典型的施密特觸發(fā)器工作波形圖</p><p>　　因此施密特觸發(fā)器具有整形和幅度鑒別功能，可以將正弦波和其他不規(guī)則波形變換成矩形波，是一種常用的脈沖波形變換電路。施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持；對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。鑒于施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)，施密特觸發(fā)器在開(kāi)環(huán)配

79、置中常用于抗擾，在閉環(huán)正反饋配置中用于實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器。</p><p><b>　?、倏箶_</b></p><p>　　施密特觸發(fā)器的一個(gè)應(yīng)用是增強(qiáng)僅有單輸入閾值的電路的抗擾能力。由于只有一個(gè)輸入閾值，閾值附近的噪聲輸入信號(hào)會(huì)導(dǎo)致輸出因噪聲來(lái)回地快速翻轉(zhuǎn)。但是對(duì)于施密特觸發(fā)器，閾值附近的噪聲輸入信號(hào)只會(huì)導(dǎo)致輸出值翻轉(zhuǎn)一次，若輸出要再次翻轉(zhuǎn)，噪聲輸入信號(hào)必須達(dá)到另一閾值

80、才能實(shí)現(xiàn)，這就利用了施密特觸發(fā)器的回差電壓來(lái)提高電路的抗干擾能力。例如，在仙童半導(dǎo)體公司的QSE15x紅外光電傳感器家族中，放大式紅外光電二極管能產(chǎn)生電信號(hào)使頻率在絕對(duì)最高值和絕對(duì)最低值間翻轉(zhuǎn)。這種電信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波后能產(chǎn)生平滑信號(hào)，而這種平滑信號(hào)的上升和下降與翻轉(zhuǎn)信號(hào)為開(kāi)啟或關(guān)閉所需時(shí)間的相對(duì)量一致。濾波后的輸出傳遞到施密特觸發(fā)器的輸入。實(shí)際結(jié)果是施密特觸發(fā)器的輸出只從低電平過(guò)渡到高電平，而這一過(guò)程在接收到的紅外信號(hào)以長(zhǎng)于某個(gè)已知時(shí)延

81、的時(shí)間激勵(lì)光電二極管之后，一旦施密特觸發(fā)器的輸出變?yōu)楦唠娖剑漭敵鲋粫?huì)在紅外信號(hào)不再以長(zhǎng)于類似已知時(shí)延的時(shí)間激勵(lì)光電二極管之后才會(huì)變?yōu)榈碗娖?。鑒于光電二極管容易因?yàn)榄h(huán)境中的噪聲發(fā)生偽翻轉(zhuǎn)，由濾波器和施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的時(shí)延能確保輸出只在輸入確實(shí)激勵(lì)元件時(shí)才會(huì)翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　內(nèi)建施密特觸發(fā)器的元件：如上例所述，飛兆半導(dǎo)體公司QSE15x光電傳感器家族內(nèi)建施密特觸發(fā)器用于抗擾，而在很多開(kāi)關(guān)電路中，內(nèi)建施密特

82、觸發(fā)器也是處于相同的原因，例如開(kāi)關(guān)去抖動(dòng)。</p><p>　　下列7400系列（英語(yǔ)：7400 series）元件在其全部輸入部分都包含施密特觸發(fā)器：</p><p>　　7413：4輸入端雙與非施密特觸發(fā)器</p><p>　　7414：六反相施密特觸發(fā)器</p><p>　　7418：雙4輸入與非門(mén)（施密特觸發(fā)）</p>

83、<p>　　7419：六反相施密特觸發(fā)器</p><p>　　74121：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)多諧振蕩器（具施密特觸發(fā)器輸入）</p><p>　　74132：2輸入端四與非施密特觸發(fā)器</p><p>　　74221：雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（具施密特觸發(fā)器輸入）</p><p>　　74310：八位緩沖器（具施密特觸發(fā)器輸入）</p>

84、<p>　　74340：八總線反相緩沖器（三態(tài)輸出）（具施密特觸發(fā)器緩沖）</p><p>　　74341：八總線非反相緩沖器（三態(tài)輸出）（具施密特觸發(fā)器緩沖）</p><p>　　74344：八總線非反相緩沖器（三態(tài)輸出）（具施密特觸發(fā)器緩沖）</p><p>　　74540：八位三態(tài)反相輸出總線緩沖器（具施密特觸發(fā)器輸入）</p>&l

85、t;p>　　74541：八位三態(tài)非反相輸出總線緩沖器（具施密特觸發(fā)器輸入）</p><p>　　74(HC/HCT)7541：八位三態(tài)非反相輸出總線緩沖器（具施密特觸發(fā)器輸入）</p><p>　　SN74LV8151：具有三態(tài)輸出的10位通用施密特觸發(fā)緩沖器</p><p>　　4000系列元件中的多個(gè)型號(hào)在其輸入部分都包含施密特觸發(fā)器，例如：</p&

86、gt;<p>　　14093：四2輸入與非施密特觸發(fā)器</p><p>　　40106：六施密特觸發(fā)反向器</p><p>　　14538：雙精度單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器</p><p>　　4020：14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器</p><p>　　4024：7級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器</p><p>　　4040：12級(jí)

87、二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器</p><p>　　4017：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（具10個(gè)譯碼輸出端）</p><p>　　4093：2輸入端四與非施密特觸發(fā)器</p><p>　　雙施密特輸入配置單門(mén)CMOS邏輯、與門(mén)、或門(mén)、異或門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、同或門(mén)：</p><p>　　NC7SZ57（Fairchild）</p><p>　　

88、NC7SZ58（Fairchild）</p><p>　　SN74LVC1G57（德州儀器）</p><p>　　SN74LVC1G58（德州儀器）</p><p><b>　?、谡袷幤?lt;/b></p><p>　　施密特觸發(fā)器是一種雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)另一種多諧振蕩器——弛張振蕩器。實(shí)現(xiàn)的方法是在反相施密特觸發(fā)

89、器上連接一個(gè)電阻－電容網(wǎng)絡(luò)，具體步驟是將電容連接在輸入和地之間，將電阻連接在輸出和輸入之間。電路的輸出是方波，其頻率取決于R和C的取值以及施密特觸發(fā)器的閾值點(diǎn)。因?yàn)槎鄠€(gè)施密特觸發(fā)電路可以由單個(gè)集成電路（例如4000系列CMOS型元件40106包含6個(gè)施密特觸發(fā)器）來(lái)提供，因此只需要兩個(gè)外部組件就可以利用集成電路未使用的部分來(lái)構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的振蕩器。</p><p>　　上例是一個(gè)基于比較器實(shí)現(xiàn)的弛張振蕩器。此處

90、，基于比較器的施密特觸發(fā)器是反相配置，也就是說(shuō)輸入和地是由下圖所示的施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，因此，絕對(duì)值很大的負(fù)信號(hào)對(duì)應(yīng)正輸出，絕對(duì)值很大的正信號(hào)對(duì)應(yīng)負(fù)輸出。此外，接入RC網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)也接入了慢負(fù)反饋。結(jié)果就如右圖所示，輸出從VSS到VDD自動(dòng)振蕩，這一過(guò)程中電容充電，輸出從施密特觸發(fā)器的一個(gè)閾值變化到另一個(gè)閾值。</p><p>　　圖4 基于比較器的張弛振蕩器 圖5 基于比較器的弛張振蕩器的輸出和電容波

91、形</p><p>　　施密特觸發(fā)器可由TTL∕CMOS們組成，也可有分立元件組成。它的應(yīng)用特別廣泛，無(wú)論是在TTL電路中還是在CMOS電路中，都有單片集成的施密特觸發(fā)器產(chǎn)品。TTL電路產(chǎn)品中有施密特4輸入雙與非門(mén)CT5413∕CT7413、施密特六反相器CT5414∕CT7414、施密特2輸入四與非門(mén)CT54132∕CT74132等。CMOS電路產(chǎn)品有施密特六反相器CC40106、施密特2輸入四與非門(mén)CC140

92、93等.。這些產(chǎn)品在通信、廣播、電視系統(tǒng)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)都有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中有著必不可少的地位。</p><p>　　下面兩表分別給出了幾種典型TTL施密特觸發(fā)器和CMOS施密特觸發(fā)器的閾值電壓數(shù)值：</p><p>　　表1 TTL型施密特觸發(fā)器閾值電壓數(shù)值表</p><p>　　表2 CMOS型施密特觸發(fā)器(CC40106

93、)閾值電壓數(shù)值表</p><p>　　2施密特觸發(fā)器工作原理</p><p>　　2.1 工作原理分析</p><p>　　下圖是施密特觸發(fā)器的典型傳輸狀態(tài):</p><p>　　圖6 施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性( (a)反相特性 (b)正向特性 )</p><p>　　我們知道，門(mén)電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從

94、低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時(shí)電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門(mén)電路，與普通的門(mén)電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號(hào)從低電平上升到高電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓（），在輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓（）。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓（）。普通門(mén)電路的電壓傳輸特性曲線是單

95、調(diào)的，施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線則是滯回的，通常稱之為施密特觸發(fā)器的回差特性或滯回特性?；夭钐匦允鞘┟芴赜|發(fā)器的固有特性，反映到電壓傳輸特性曲線上就如上圖所示。施密特觸發(fā)器的整形和調(diào)幅功能就是來(lái)自于它的滯回特性。</p><p>　　圖7 用CMOS反相器組成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　用普通的門(mén)電路可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器[圖7]。因?yàn)镃MOS門(mén)的輸入電阻很高，所以觸發(fā)器的輸入

96、端可以近似的看成開(kāi)路。把疊加原理應(yīng)用到和構(gòu)成的串聯(lián)電路上，我們可以推導(dǎo)出這個(gè)電路的正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。當(dāng)從0逐漸上升到時(shí),電路的狀態(tài)將發(fā)生變化.我們考慮電路狀態(tài)即將發(fā)生變化那一時(shí)刻的情況。因?yàn)榇藭r(shí)電路狀態(tài)尚未發(fā)生變化，所以仍然為0。</p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　于是有公式</b></p&g

97、t;<p><b>　　(2)</b></p><p>　　與此類似，當(dāng)時(shí)，。當(dāng)從逐漸下降到時(shí)，從下降到，電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。我們考慮電路狀態(tài)即將發(fā)生變化那一時(shí)刻的情況。因?yàn)榇藭r(shí)電路狀態(tài)尚未發(fā)生變化，所以仍然為</p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　(4)<

98、/b></p><p><b>　　于是</b></p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　通過(guò)調(diào)節(jié)或，可以調(diào)節(jié)正向閾值電壓和反向閾值電壓。不過(guò)，這個(gè)電路有一個(gè)約束條件，就是 ,如果就是 ，那么，我們有 及 ，這說(shuō)明，即使上升到或下降到0，電路的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化，電路處于“自鎖狀態(tài)”，

99、不能正常工作。</p><p>　　圖8 帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器</p><p>　　集成施密特觸發(fā)器比普通門(mén)電路稍微復(fù)雜一些。我們知道，普通門(mén)電路由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成。如果在輸入級(jí)和中間級(jí)之間插入一個(gè)施密特電路就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器。集成施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓和反向閾值電壓都是固定的。</p><p>　　利用施密特觸發(fā)器可以將非矩形波變

100、換成矩形波。</p><p>　　圖9 用施密特觸發(fā)器對(duì)脈沖進(jìn)行整形</p><p>　　利用施密特觸發(fā)器可以進(jìn)行脈沖鑒幅圖10。</p><p>　　圖10 用施密特觸發(fā)器鑒別脈沖幅度</p><p>　　2.2 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用</p><p>　?、俨ㄐ巫儞Q：利用施密特觸發(fā)器的回差特性，可以將正弦波或其他不

101、規(guī)則波形變形為矩形波。</p><p>　?、诿}沖波的整形：數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經(jīng)常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖。</p><p>　　③脈沖鑒幅：所謂脈沖鑒幅，就是從一連串幅度不同的脈沖波中，選出幅度較大的脈沖波來(lái)。幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號(hào)施加到施密特觸發(fā)器的輸入端時(shí)，能選擇幅度大于預(yù)設(shè)值的脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出。<

102、/p><p>　　3 關(guān)于Pspice的介紹</p><p>　　Pspice是由SPICE(Simulation Program with Intergrated Circuit Emphasis)發(fā)展而來(lái)的用于微機(jī)系列的通用電路分析程序。于1972年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTRAN語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。</p>&

103、lt;p>　　3.1 Pspice的起源與發(fā)展</p><p>　　用于模擬電路仿真的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)軟件于1972年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTR AN語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是該程序的運(yùn)行環(huán)

104、境至少為小型機(jī)。1985年，加州大學(xué)伯克利分校用C語(yǔ)言對(duì)SPICE軟件進(jìn)行了改寫(xiě)， 并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定為美國(guó)國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。</p><p>　　Pspice采用自由格式語(yǔ)言的5.0版本自80年代以來(lái)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，并且從6.0版本開(kāi)

105、始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商O(píng)RCAD公司與Microsim公司正 式合并，自此Microsim公司的Pspice產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。不久之后，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PSPICE Release 10.5，與傳統(tǒng)的SPICE軟件相比，Pspice 10.5在三大方面實(shí)現(xiàn)了重大變革：首先，在對(duì)模擬電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情

106、況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析；第二，不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/?；旌想娐愤M(jìn)行仿真；第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時(shí)分析觀察仿真結(jié)果。PSPICE軟件的使用已經(jīng)非常流行。在大學(xué)里，它是工科類學(xué)生必會(huì)的分析與設(shè)計(jì)電路工具；在公司里，它是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)到定型過(guò)程中不可缺少的設(shè)計(jì)工具。</p><p>　　3.2 Pspice的組成</p&

107、gt;<p>　　Pspice是計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)中的電路模擬軟件。它主要用于所設(shè)計(jì)的電路硬件實(shí)現(xiàn)之前，先對(duì)電路進(jìn)行模擬分析，就如同對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用各種儀器進(jìn)行組裝、調(diào)試和測(cè)試一樣，這些工作完全由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。用戶根據(jù)要求來(lái)設(shè)置不同的參數(shù)，計(jì)算機(jī)就像掃描儀一樣，分析電路的頻率響應(yīng)，像示波器一樣，測(cè)試電路的瞬態(tài)響應(yīng)，還可以對(duì)電路進(jìn)行交直流分析、噪聲分析、Monte Carlo統(tǒng)計(jì)分析、最壞情況分析等，使用戶的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果

108、。以往一個(gè)新產(chǎn)品的研制過(guò)程需要經(jīng)過(guò)工程估算，試驗(yàn)板搭試、調(diào)整，印刷板排版與制作，裝配與調(diào)試，性能測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)不合格，再?gòu)恼{(diào)整開(kāi)始循環(huán)，直至指標(biāo)合格為止。這樣往往需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)和修改。而仿真技術(shù)可將“實(shí)驗(yàn)”與“修改”合二為一,為確定元件參數(shù)提供了科學(xué)的依據(jù)。它的優(yōu)點(diǎn)主要有：</p><p>　　①為電路設(shè)計(jì)人員節(jié)省了大量的時(shí)間。 </p><p>　?、诠?jié)省了各種儀器設(shè)備。</p>

109、;<p>　?、凵a(chǎn)產(chǎn)品一致性好、可靠性高。</p><p>　?、墚a(chǎn)品的更新率高、新產(chǎn)品投放市場(chǎng)快等。</p><p>　　Pspice程序采用改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進(jìn)算法進(jìn)行非線性分析，用變節(jié)步長(zhǎng)的隱式積分法進(jìn)行瞬態(tài)分析，在求解線性代數(shù)方程組時(shí)，采用了稀疏矩陣技術(shù)。</p><p>　　①電路原理圖編輯程序 Schematic

110、</p><p>　　Pspice的輸入有兩種形式，一種是網(wǎng)單文件（或文本文件）形式，一種是電路原理圖形式，相對(duì)而言后者比前者較簡(jiǎn)單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開(kāi)已有的原理圖文件。電路元器件符號(hào)庫(kù)中備有各種原器件符號(hào)，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號(hào)外，還有運(yùn)算放大器，比較器等宏觀模型級(jí)符號(hào)，組成電路圖，原理圖文件后綴為.sch。圖形文字編輯器自動(dòng)將原理圖轉(zhuǎn)化為電路網(wǎng)單文件以提

111、供給模擬計(jì)算程序運(yùn)行仿真。</p><p>　　②激勵(lì)源編輯程序 Stimulus Editor</p><p>　　Pspice中有很豐富的信號(hào)源，如正弦源，脈沖源，指數(shù)源，分段線性源，單頻調(diào)頻源等等。該程序可用來(lái)快速完成各種模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的建立與修改，并且可以直觀而方便的顯示這些信號(hào)源的波形。</p><p>　?、垭娐贩抡娉绦?Pspice A/D<

112、/p><p>　　模擬計(jì)算程序是Pspice A/D也叫做電路仿真程序，它是軟件核心部分。在Pspice 4.1版本以上，該仿真程序具有數(shù)字電路和模擬電路的混合仿真能力。它接收電路輸入程序確定的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和原器件參數(shù)信息，經(jīng)過(guò)原器件模型處理形成電路方程，然后求解電路方程的數(shù)值解并給出計(jì)算結(jié)果，最后產(chǎn)生擴(kuò)展名為.dat的數(shù)據(jù)文件(給圖形后處理程序Probe)和擴(kuò)展名為.out的電路輸出文本文件。模擬計(jì)算程序只能打開(kāi)擴(kuò)

113、展名為.cir的電路輸入文件，而不能打開(kāi)擴(kuò)展名為.sch 的電路輸入文件。因此在Schemayics環(huán)境下，運(yùn)行模擬計(jì)算程序時(shí)，系統(tǒng)首先將原理圖.sch文件轉(zhuǎn)換為.cir文件，而后再啟動(dòng)Pspice A/D進(jìn)行模擬分析。</p><p>　?、茌敵鼋Y(jié)果繪圖程序 Probe</p><p>　　Probe程序是PSPICE的輸出圖形后處理軟件包。該程序的輸入文件為用戶作業(yè)文本文件或圖形文件仿

114、真運(yùn)行后形成的后綴為.dat的數(shù)據(jù)文件。它可以起到萬(wàn)用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結(jié)果的波形和曲線。隨著計(jì)算機(jī)圖形功能的不斷增強(qiáng)，PC機(jī)上windows95,98,2000/XP的出現(xiàn)，Probe的繪圖能力也越來(lái)越強(qiáng)。</p><p>　?、菽Ｐ蛥?shù)提取程序 Model Editor</p><p>　　電路仿真分析的精度和可靠性主要取決于元器件模型參數(shù)的精度。盡管PSPIC

115、E的模型參數(shù)庫(kù)中包含了上萬(wàn)種元器件模型，但有時(shí)用戶還是根據(jù)自己的需要而采用自己確定的元器件的模型及參數(shù)。這時(shí)可以調(diào)用模型參數(shù)提取程序Model ED從器件特性中提取該器件的模型參數(shù)。</p><p>　?、拊Ｐ蛥?shù)庫(kù) LIB</p><p>　　Pspice具有自建的元件模型，元件的建立以元件的物理原理為基礎(chǔ)，模型參數(shù)與物理特性密切相關(guān)。元件的等效模型還有其工作條件與分析要求相關(guān)。在直

116、流分析中，非線性元件的等效模型是小信號(hào)線性等效電路；在瞬態(tài)分析中，非線性元件的等效模型考慮到了電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。雙極管型晶體管采用GUMMEL-POON的積分電荷控制模型，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管采用SHICHMAN-HODGFS的場(chǎng)效應(yīng)管模型。二極管模型既適用于結(jié)型二極管，也適用于肖特基勢(shì)壘二極管。MOS1由I-V特性來(lái)描述，MOS2是一個(gè)解析模型，MOS3是一種半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀３朔至⒃?shù)庫(kù)以外，還有集成電路的宏模型庫(kù)，并提供了一些著名器件和IC生

117、產(chǎn)廠家的專有元器件參數(shù)庫(kù)。</p><p>　　3.3 Pspice的模擬功能</p><p>　　Pspice程序的主要功能有非線性直流分析、非線性暫態(tài)分析、線性小信號(hào)交流分析、靈敏度分析和統(tǒng)計(jì)分析。</p><p><b>　?、僦绷鞣治?lt;/b></p><p>　　非線性直流分析功能簡(jiǎn)稱直流分析。它是計(jì)算直流電壓源

118、或直流電流源作用于電路時(shí)電路的工作狀態(tài)。對(duì)電路進(jìn)行的直流分析主要包括直流工作點(diǎn)分析、直流掃描分析和轉(zhuǎn)移函數(shù)分析。直流工作點(diǎn)是電路正常工作的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)的分析，可以知道電路中各元件的電壓和電流，從而知道電路是否正常工作以及工作的狀態(tài)。一般在對(duì)電路進(jìn)行仿真的過(guò)程中，首先要對(duì)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行分析和計(jì)算。直流掃描分析主要是將電路中的直流電源、工作溫度、元件參數(shù)作為掃描變量，讓這些參量以特定的規(guī)律進(jìn)行掃描，從而獲取這些參量變

119、化對(duì)電路各種性能參數(shù)的影響。直流掃描分析主要是為了獲得直流大信號(hào)暫態(tài)特性。與直流掃描分析相類似的還有溫度分析。在這種分析過(guò)程中，將電路的溫度作為掃描變量進(jìn)行分析。因?yàn)殡娐返闹饕骷奶匦远际桥c溫度有關(guān)的，所以這就為分析電路在環(huán)境變化是的工作情況提供了一種非常有用的工具。特別重要的是，通過(guò)這種分析，我們可以預(yù)測(cè)電路在某些特殊環(huán)境如極端溫度條件或極端電源電壓條件或元件開(kāi)路短路條件下電路的工作情況，從而在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)采取必要的預(yù)防措施。&l

120、t;/p><p><b>　　②暫態(tài)分析</b></p><p>　　非線性暫態(tài)分析簡(jiǎn)稱為暫態(tài)分析。暫態(tài)分析計(jì)。算電路中電壓和電流隨時(shí)間的變化，即電路的時(shí)域分析。這種分析在輸入信號(hào)為時(shí)變信號(hào)時(shí)顯得尤為重要。時(shí)域分析是指在某一函數(shù)激勵(lì)下電路的時(shí)域響應(yīng)特性。通過(guò)時(shí)域分析，設(shè)計(jì)者可以清楚地了解到電路中各點(diǎn)的電壓和電流波形以及它們的相位關(guān)系，從而知道電路在交流信號(hào)作用下的工作狀況

121、，檢查它們是否滿足電路設(shè)計(jì)的要求。</p><p><b>　?、劢涣鞣治?lt;/b></p><p>　　線性小信號(hào)交流分析簡(jiǎn)稱為交流分析。它是Pspice程序的主要分析功能。它是在交流小信號(hào)的條件下，對(duì)電路的非線性元件選擇合適的線性模型將電路在直流工作點(diǎn)附近線性化，然后在用戶指定的范圍內(nèi)對(duì)電路輸入一個(gè)掃頻信號(hào)，從而計(jì)算出電路的幅頻特性、相頻特性、輸入電阻、輸出電阻等。

122、這種分析等效于電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析即頻域分析。頻域分析用于分析電路的頻域響應(yīng)即頻率響應(yīng)特性。這種分析主要用于分析電路的幅頻特性和相頻特性。小信號(hào)轉(zhuǎn)移特性分析主要分析在小信號(hào)輸入的情況下，電路的各種轉(zhuǎn)移函數(shù)，通常分析的是電路的電壓放大倍數(shù)。噪聲分析是電路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。在模擬電路中，無(wú)源器件和有源器件均會(huì)產(chǎn)生噪聲，主要包括電阻上產(chǎn)生的熱噪聲，半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲和閃爍噪聲。在噪聲分析時(shí)，將元件的噪聲等效為一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行交流分析。通

123、過(guò)噪聲分析可以計(jì)算出各器件在某一輸出節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的總噪聲以及某一輸入節(jié)點(diǎn)的等效輸入噪聲。從而可以分析一個(gè)電路產(chǎn)生噪聲的主要來(lái)源，采取一定的電路設(shè)計(jì)措施來(lái)減小噪聲的影響。</p><p><b>　?、莒`敏度分析</b></p><p>　　靈敏度分析包括直流靈敏度分析和蒙特卡羅分析兩種。直流靈敏度分析業(yè)稱為靈敏度分析。它是在工作點(diǎn)附近將所有的元件線性化后，計(jì)算各元器件參數(shù)

124、值變化時(shí)對(duì)電路性能影響的敏感程度。通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行靈敏度分析，可以預(yù)先知道電路中的各個(gè)元件對(duì)電路的性能影響的重要程度。對(duì)于那些對(duì)電路性能有重要影響的元件，要在電路的生產(chǎn)或元件的選擇時(shí)給予特別的關(guān)注。</p><p><b>　?、萁y(tǒng)計(jì)分析</b></p><p>　　統(tǒng)計(jì)分析主要包括蒙特卡羅分析和最壞情況分析。蒙特卡羅分析是在考慮到器件參數(shù)存在容差的情況下，分析電路在直

125、流分析、交流分析或暫態(tài)分析時(shí)電路特性隨器件容差變化的情況。另一種統(tǒng)計(jì)分析是最壞情況分析，它不僅對(duì)各器件參數(shù)的變化逐一進(jìn)行分析，得到單一器件對(duì)電路性能的靈敏度分析，同時(shí)分析各器件容差對(duì)電路性能的最大影響量(最壞情況分析)，從而達(dá)到優(yōu)化電路的目的。PSPICE10.5個(gè)人認(rèn)為它最為突出之處，是改進(jìn)了其9.2版本，使繪制電路，以及仿真算法更加優(yōu)化，更加節(jié)省時(shí)間（以前進(jìn)行1S的仿真如果取點(diǎn)ms級(jí)，那將是非?？植赖氖虑椋?，而且蒙特卡羅分析和最壞情

126、況分析有助于我們模擬在不同溫度和環(huán)境，以及元件損壞的情況下電路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程及結(jié)果，那么我們就知道電路的弱點(diǎn)，以及電路中的最重要元件，就可以相應(yīng)的對(duì)其采取保護(hù)、散熱等措施。</p><p>　　⑥.cir文件轉(zhuǎn)換為.olb庫(kù)文件</p><p>　　經(jīng)常碰到orcad仿真庫(kù)中找不到某些器件的情況，但是從這些器件的廠家網(wǎng)站上往往可以下到其spice model，一般是.cir文件。</p&

127、gt;<p>　　4施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)仿真與分析</p><p>　　4.1施密特觸發(fā)器的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)針對(duì)施密特觸發(fā)器的同向特性進(jìn)行。其同向特性的宏模型如下圖所示：</p><p>　　圖11 施密特觸發(fā)器宏模型圖形</p><p>　　宏結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的受控源=,形成反饋與放大作用。其中A為打壓增益，為

128、上下出發(fā)電平的中心值，為正反饋系數(shù)，即有</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　理想二極管D1，D2和電壓源V1，V2形成輸出振幅，且</p><p><b>　　(7)</b></p><p><b>　　輸出部分受控源</b></p>

129、<p><b>　　(8)</b></p><p>　　其中V(3)前面的符號(hào)用以確定輸入信號(hào)是從低電平上升還是高電平下降引起觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，如果是從低電平上升引起輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，則符號(hào)式“—”。這里</p><p>　　Ri=1MΩ, Ro=1KΩ, X1=1V, X2=4V, Y1=1V, Y2=3V</p><p><b&

130、gt;　　圖12 滯后特性</b></p><p>　　當(dāng)輸入為三角波時(shí),預(yù)計(jì)輸入輸出波形如下圖:</p><p>　　圖13 預(yù)計(jì)輸出波形</p><p>　　4.2 施密特觸發(fā)器的Pspice設(shè)計(jì)及仿真</p><p>　?、?通過(guò)新建project并進(jìn)入電原理圖編輯狀態(tài),從各個(gè)元件庫(kù)中提取原件組成電原理圖,并相應(yīng)設(shè)置個(gè)器

131、件的相應(yīng)初始參數(shù),并設(shè)置節(jié)點(diǎn)和設(shè)置分析類型。此過(guò)程中要注意器件庫(kù)的選擇，因?yàn)镻spice中自帶了許多庫(kù)文件，庫(kù)文件中囊括了幾乎全部的設(shè)計(jì)單元器件，但是不同的庫(kù)中相同的元器件可能存在著一定的差異和參數(shù)的固化等問(wèn)題。所以我們要從合適的庫(kù)中選擇合適的設(shè)計(jì)單器件來(lái)完成電路的電原理圖輸入，否則設(shè)計(jì)的電路圖難以完成原理設(shè)計(jì)或者對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的誤差！</p><p>　　設(shè)計(jì)的電原理圖如下截圖:</p>&l

132、t;p>　　圖14 設(shè)計(jì)的施密特電原理圖</p><p>　　Ⅱ.在PSpice仿真中，除了可以用圖形編譯外，還可以利用PSpice語(yǔ)言進(jìn)行相應(yīng)的文本編譯，其最終的仿真結(jié)果和圖形編譯的沒(méi)有任何區(qū)別。同樣，本次課程設(shè)計(jì)中也進(jìn)行了相關(guān)的文本編譯。此次設(shè)計(jì)的施密特觸發(fā)器對(duì)應(yīng)的輸入網(wǎng)單文件如下：</p><p>　　A SCHMITT TRIGGER MODEL</p>&l

133、t;p>　　RI 1 0 1MEG</p><p>　　E1 2 0 POLY(2) (1,0) (3,0)</p><p>　　+ 2.5E7 -1E7 1.5E7</p><p><b>　　R1 2 3 1T</b></p><p>　　C1 3 0 1E-15</p><p><

134、;b>　　D1 3 4 DM</b></p><p><b>　　V1 4 0 1</b></p><p><b>　　D2 5 3 DM</b></p><p><b>　　V2 5 0 -1</b></p><p>　　E2 6 0 POLY(1) (3,

135、0) 2 -1</p><p><b>　　R2 7 0 1G</b></p><p><b>　　RO 6 7 1K</b></p><p>　　MODEL DM D N=0.001</p><p>　　VI 1 0 PWL(0 -5 2U 5 4U -5)</p><p>

136、;　　TRAN 10N 4U</p><p><b>　　PROBE</b></p><p><b>　　END </b></p><p>　?、? 對(duì)設(shè)計(jì)好的電路原理圖進(jìn)行仿真,仿真過(guò)程中可以清晰的觀察輸入電壓</p><p>　　V(1)的波形如下截圖: </p><p>

137、;　　圖15 輸入電壓V(1)波形</p><p>　　可以看出輸入電壓為三角波：當(dāng)T=0時(shí)輸入電壓為-5V;T=2us時(shí)，輸入電壓為5V;T=4us時(shí)輸入電壓變至-5V.在0 ­2us和2us ­4us時(shí)，輸入電壓分別線性增加減少。對(duì)應(yīng)輸入網(wǎng)單文件中的</p><p>　　VI 1 0 PWL(0 -5 2U 5 4U -5)</p><p>

138、;　　然后我們觀察輸入的電壓波形V(7),可得清晰波形如下截圖: </p><p>　　圖16 輸出電壓V(7)波形</p><p>　　圖中三角波形為輸入的三角波,而矩形波形則是整形后輸出的矩形波。由圖可知在T<1.8us時(shí)觸發(fā)器工作在禁止?fàn)顟B(tài)，輸出電壓為0v：而當(dāng)T=1.8us時(shí)觸發(fā)器臨界工作，輸出電壓瞬間變至3v，再次此后的一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)器對(duì)輸入波進(jìn)行恒定輸出，直至輸入電壓下

139、降至1v時(shí)觸發(fā)器再次回到臨界狀態(tài)，輸出電壓回至0V。</p><p>　　我們知道對(duì)施密特觸發(fā)器當(dāng)輸入電壓由低向高增加，到達(dá)V+時(shí)，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓Vi由高變低，到達(dá)V-，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對(duì)于要求一定延遲啟動(dòng)的電路。我們知道，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)施密特觸發(fā)器，當(dāng)輸入電壓高于正向閾值電壓，輸出為高；當(dāng)輸入電壓低于負(fù)向閾值電壓，輸出為低；當(dāng)輸入在正負(fù)向閾值電壓之間，輸出不改變

140、，也就是說(shuō)輸出由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，或是由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平對(duì)應(yīng)的閾值電壓是不同的。只有當(dāng)輸入電壓發(fā)生足夠的變化時(shí)，輸出才會(huì)變化。</p><p>　　由圖可知所設(shè)計(jì)電路很好的對(duì)輸入波形進(jìn)行了整形，把邊沿變化緩慢的三角形信號(hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了施密特觸發(fā)器的整形和幅度變換功能，獲得較理想的矩形脈沖。所以說(shuō)實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)整體上是成功的。</p><p>　　下面是對(duì)電路中其他

141、一些器件的電壓波形展示：</p><p>　　這是電流I(E1)的波形:</p><p>　　圖17 電流I(E1)波形</p><p>　　圖可以看出電流I(E1)在初始時(shí)刻線性增大，在輸入電壓上升到一定程度時(shí)有一個(gè)突變過(guò)程，然后在一段時(shí)間內(nèi)電流線性增加至一峰值。是因?yàn)檩斎腚妷荷仙介撝惦妷篤+,管子導(dǎo)通，觸發(fā)器開(kāi)始工作，自然對(duì)電流大小產(chǎn)生一定影響。但是隨著電壓

142、的繼續(xù)增大，電流I(E1)開(kāi)始線性下降至一時(shí)刻后突然變小，之后一直線性減小。這是因?yàn)檩斎腚妷簽槿遣ǎ谏仙欢ㄖ练逯岛箝_(kāi)始下降，導(dǎo)致管子閉合，觸發(fā)器停止工作，是電流I(E1)出現(xiàn)驟變。</p><p>　　下圖是電流I(RO)波形：</p><p>　　圖18 電流I(RO)波形</p><p>　　由實(shí)驗(yàn)電路原理圖和施密特觸發(fā)器的原理分析公式</p>

143、;<p>　　可求得 k1=2.5,k2=1.5</p><p><b>　　]=1，=-1</b></p><p>　　當(dāng)Vi大于VR時(shí)運(yùn)算放大器的輸出會(huì)得到一個(gè)正向電壓輸出；若VR大于Vi時(shí)則會(huì)得到一個(gè)負(fù)電壓。電壓的大小則由兩個(gè)齊紊二極管來(lái)限壓。理想的運(yùn)算放大器其輸出上升時(shí)間為0，而在實(shí)際的電路上是上可能得到這么理想的曲線，一般從負(fù)壓上

144、升到正壓需要一小段的上升時(shí)間。如果參考電壓VR固定，那么當(dāng)Vi 慢慢增加時(shí)，僅在Vi-VR≧V1時(shí)。運(yùn)算放大器的輸出達(dá)到Vmax；而當(dāng)Vi漸漸減小時(shí)卻必須于Vi-VR≦V1伏特時(shí)，輸出才為Vmin。也即，欲達(dá)Vmax及Vmin輸出電壓的條件上一樣，兩者Vi-VR值相差V1。</p><p>　　4.3 仿真結(jié)果的分析</p><p>　　由上面的輸出電壓V(7)波形圖對(duì)應(yīng)其原理設(shè)計(jì)的預(yù)計(jì)輸

145、出波形圖可知,此次觸發(fā)器的設(shè)計(jì)是成功的,所涉及的電路成功的將三角波整形為矩形波，實(shí)現(xiàn)了施密特觸發(fā)器的整形功能并且輸出波形的幅度也有一定的變化，這是施密特觸發(fā)器的鑒幅功能.</p><p>　　但是仔細(xì)觀察還是能看出理想輸出波形與實(shí)際輸出波形之間還是存在一定的差異的.這是因?yàn)槔硐肭闆r下指的是各器件均為理想器件，沒(méi)有器件的參數(shù)容差影響，Tc=27℃的情況。理想情況下的瞬態(tài)分析波形圖是最符合設(shè)計(jì)要求的波形圖。在繪制電路

146、原理圖的時(shí)候，所用到的器件不可能完全是精確的，而且，由于制造工藝上的問(wèn)題，所用的器件參數(shù)不會(huì)同我們仿真軟件中器件庫(kù)中器件的參數(shù)一樣，因此，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差問(wèn)題。通過(guò)上面的仿真可以看出設(shè)計(jì)基本符合預(yù)期符合效果，但是還有有一定的誤差的，而產(chǎn)生偏差的主要原因有：</p><p>　?、?測(cè)量人員的讀數(shù)誤差；</p><p>　　② 元器件本身參數(shù)的示值誤差；</p><p

147、>　?、?工程近似計(jì)算式引入的理論計(jì)算誤差；</p><p>　　④ 軟件本身的原因所導(dǎo)致的誤差。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的誤差可以通過(guò)如下一些途徑來(lái)避免:從合適的庫(kù)中選取合適的器件來(lái)連接生成電路原理圖,并根據(jù)題設(shè)盡可能的提高參數(shù)的設(shè)置精度;仿真過(guò)程中盡量減少人為誤差等等!</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p&

148、gt;<p>　　至此本次施密特觸發(fā)器的設(shè)計(jì)的所有設(shè)計(jì)及仿真全部完成.首先要生成仿真波形文件，在生成仿真波形文件以后，則可以開(kāi)始進(jìn)行仿真，此時(shí)觀察的便是其時(shí)序波形圖，研究電路隨其時(shí)鐘信號(hào)的到來(lái)而出現(xiàn)相應(yīng)的脈沖。從仿真可以看出施密特觸發(fā)器能夠?qū)⑷遣ɑ蛘咂渌灰?guī)則波形轉(zhuǎn)換為矩形波。也就是通常說(shuō)的施密特觸發(fā)器的滯回特性或回差特性。出了具有回差特性外,施密特觸發(fā)器還可以通過(guò)增加一些邏輯門(mén)電路,形成施密特觸發(fā)與門(mén),非門(mén)及與非門(mén)等。

149、</p><p><b>　　6體會(huì)與心得</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，首先我搜集并閱讀了不少關(guān)于施密特觸發(fā)器的資料和文獻(xiàn)；然后又復(fù)習(xí)了以前學(xué)的一些專業(yè)課知識(shí)，尤其是VLSI、VHDL以及數(shù)電模電的應(yīng)用，最終才擬定設(shè)計(jì)方案，采用了Pspice設(shè)計(jì)并對(duì)電路進(jìn)行仿真.由于是第一次使用Pspice這個(gè)軟件,在開(kāi)始的時(shí)候困難重重，如編譯出錯(cuò)、模塊整合后的一些

150、層次化不對(duì)等問(wèn)題。尤其是觸發(fā)器設(shè)計(jì)中有個(gè)受控電壓源的設(shè)計(jì),在查閱無(wú)數(shù)資料,上網(wǎng)搜索許久后對(duì)它的連接方法還是不甚明了,最后還是打電話給了我的任課老師楊紅嬌老師詢問(wèn)以后才得以解決這個(gè)問(wèn)題.當(dāng)然設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題不僅這些,不過(guò)最后都或通過(guò)與同學(xué)討論、查資料或詢問(wèn)相關(guān)老師使得問(wèn)題得以解決.當(dāng)然也遺留了一些問(wèn)題，希望在以后的學(xué)習(xí)中能知道答案。從以上的設(shè)計(jì)、仿真和分析過(guò)程以及許多文獻(xiàn)中都可以看出施密特觸發(fā)器的相關(guān)知識(shí)和運(yùn)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，但是由于諸多條件

151、以及自身原因，目前只能做到此等程度。但是在以后的學(xué)習(xí)中一定會(huì)好好學(xué)習(xí)，加以改正和提高。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺(jué)理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過(guò)程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過(guò)一番努力才得以解決。本次課程設(shè)計(jì)是從理論到實(shí)踐的一種升華，使我認(rèn)識(shí)到只有通過(guò)仿真驗(yàn)證，證實(shí)了某種設(shè)計(jì)的正確性，才可以進(jìn)入實(shí)物的制作階段，在各部分設(shè)計(jì)和仿真的過(guò)程中，一定要有認(rèn)真扎實(shí)的態(tài)度，千萬(wàn)

152、不能盲目，不能投機(jī)取巧，這樣可以節(jié)省大量的制作成本，減少不必要的浪費(fèi)。還有，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，一定要抓住學(xué)習(xí)和實(shí)踐相結(jié)合，要多學(xué)多用</p><p>　　由于設(shè)計(jì)者水平有限,設(shè)計(jì)中難免會(huì)有不妥和錯(cuò)誤之處,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] John P.Uyemura. 超大規(guī)模集成

153、電路與系統(tǒng)導(dǎo)論[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社, 2004.</p><p>　　[2]童詩(shī)白,華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版). 北京： 高等教育出版社,2003.</p><p>　　[3]邱關(guān)源,羅先覺(jué). 電路. 北京： 高等教育出版社, 1999.</p><p>　　[4]鄒逢興,史美萍. Digital Electronics Based on IC

154、. 北京： 電子工業(yè)出版社, 2007.</p><p>　　[5]龍忠琪. 數(shù)字集成電路教程(第二版)(龍忠琪主編). 北京： 科學(xué)出版社, 2005.</p><p>　　[6]閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)[M]. 北京： 高等教育出版社, 2008.</p><p>　　[7]高文煥,汪蕙. 模擬電路的計(jì)算機(jī)分析與設(shè)計(jì)—Pspice程序應(yīng)用. 北京： 清

155、華大學(xué)出版社, 2001.</p><p>　　[8]侯伯亨,顧新. VHDL硬件描述語(yǔ)言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)(修訂版)[M]. 北京： 西安電子科技大學(xué)出版社, 2005.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先感謝我的指導(dǎo)老師xx教授，他帶領(lǐng)我們學(xué)習(xí)了VLSI課程，對(duì)我們給予了悉心的教導(dǎo)，他認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度也深深