施密特触发振荡器:一个简单的方波发生器
方波是有时被认为是理所当然的重要波形，但它们在数字系统(如时钟)和模拟系统(如激励源)中很重要。模拟系统通常使用方波而没有典型的晶体振荡器，因此他们需要另一种方法来将波形来源到电路中。由放大器、晶体管和RC充电/放电电路组成的振荡器电路提供了一种简单的方法来创建振荡波形，然后可以根据系统中感兴趣的特定频率进行定制。
施密特触发振荡器是最简单的模拟波形发生器电路之一。这个振荡器使用一个专用的施密特触发电路，或一个运算放大器与反馈应用来提供增益。施密特触发电路最好的部分是它的可配置性，其中输出信号的频率非常容易控制与无源组件。也有一定的条件下，输出有50%的占空比，因此它可以用作时钟。
如何设计施密特触发振荡器
施密特触发振荡器的电路图如下所示。在这个图中，反馈电阻和输入上的电容结合起来决定了输出方波的重复频率，这是基于它们的时间常数。重复频率与时间常数的倒数成正比，但实际值取决于其他一些因素。
输入/输出波形也显示;输入波形不是由外部发生器提供的。输入波形是通过反馈电阻(R)和输入电容(C)形成RC电路的充放电产生的。反馈电阻一般选择很高，输入馈线电阻低(0欧姆)，因此电路具有较高的电压增益。因此，它不需要太多的输入电压来激发电路，并使它开始在两个较大的轨道电压之间振荡。
输入和输出波形
在这个振荡器电路中产生的开关过程取决于施密特触发器中的阈值电压。指数上升/下降波形和方波之间的转换如下图所示。
转换过程基于与施密特触发器或触发器的典型使用中发生的相同类型的栏杆动作高增益运放．
- 当电容器最初充电时，其电压上升到低阈值(VTH-)以上，最终达到高阈值(VTH+)
- 在步骤#1期间，振荡器输出在VHI。
- 一旦电容器的电压达到高阈值(VTH+)，输出开关状态非常快，饱和到VLO。
- 在切换输出状态后，电容器开始放电，其电压降至低阈值(VTH-)。
- 重复(转到步骤1)。
输出在其高和低轨电压之间连续切换，因此输出电压水平完全可以通过这些连接来控制。现在剩下的是根据电路中的阈值电压来确定输出频率。
输出频率
就像标准的施密特触发电路一样，有一个磁滞窗口这将影响输出开关之间的高和低轨电压。这就是为什么重复频率不是严格的RC时间常数的倒数，它只与这个值成正比。此外，所得到的方波列有可能具有工作周期这不是50%。要了解这是如何工作的，我们可以使用以下公式。
在接下来的推导中，我们假设VLO = 0 V;其他值可通过VHI→VHI - VLO的线性变换来使用。输出信号高的时间量取决于VHI值和阈值电压:
输出信号低的时间量仅取决于阈值电压:
这两个值的和等于输出信号的周期，周期的倒数就是重复频率。
一般来说，对于实际情况和标准逻辑电平，占空比并不总是50%，因此输出不能总是用作完美的时钟脉冲。然而，有可能推导出阈值电压的条件，其中输出正好是50%占空比。要做到这一点，请设置高倍数和低倍数相等，删除RC值和自然对数运算，并进行一些代数运算。
对于阈值电压，您将达到以下条件，输出信号占空比为50%:
施密特触发振荡器50%占空比条件。
如果要用输出方波信号像时钟一样，那么您将需要瞄准这个设计条件，以确保上升和下降时钟边缘的一致性。
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