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2020-12-05 電子發燒友

施密特觸發器電路及工作原理詳解_施密特觸發器特點_施密特觸發器的作用

發表於 2018-01-16 11:50:23

　　什麼是施密特觸發器

　　施密特觸發器（Schmidt trigger）是包含正回授的比較器電路。它也有兩個穩定狀態，但與一般觸發器不同的是，施密特觸發器採用電位觸發方式，其狀態由輸入信號電位維持；對於負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，有不同的閾值電壓。施密特觸發器可作為波形整形電路，能將模擬信號波形整形為數字電路能夠處理的方波波形，而且由於施密特觸發器具有滯回特性，所以可用於抗幹擾，其應用包括在開迴路配置中用於抗擾，以及在閉迴路正回授/負回授配置中用於實現多諧振蕩器。

　　施密特觸發器的主要特點

　　施密特觸發電路是一種波形整形電路，當任何波形的信號進入電路時，輸出在正、負飽和之間跳動，產生方波或脈波輸出。不同於比較器，施密特觸發電路有兩個臨界電壓且形成一個滯後區，可以防止在滯後範圍內之噪聲幹擾電路的正常工作。如遙控接收線路，傳感器輸入電路都會用到它整形。

　　施密特觸發器電路工作原理詳解

　　一般比較器只有一個作比較的臨界電壓，若輸入端有噪聲來回多次穿越臨界電壓時，輸出端即受到幹擾，其正負狀態產生不正常轉換，如圖1所示。

　　

　　圖1 （a）反相比較器 （b）輸入輸出波形

　　施密特觸發器如圖2 所示，其輸出電壓經由R1 、R2 分壓後送回到運算放大器的非反相輸入端形成正反饋。因為正反饋會產生滯後（Hysteresis）現象，所以只要噪聲的大小在兩個臨界電壓（上臨界電壓及下臨界電壓）形成的滯後電壓範圍內，即可避免噪聲誤觸發電路，如表1 所示

　　

　　圖2 （a）反相斯密特觸發器 （b）輸入輸出波形

　　表1施密特觸發器的滯後特性

　　

　　反相施密特觸發器

　　電路如圖2 所示，運算放大器的輸出電壓在正、負飽和之間轉換：

　　νO= ±Vsat 。輸出電壓經由R1 、R2 分壓後反饋到非反相輸入端：ν+= βνO，

　　其中反饋因數=

　　當νO為正飽和狀態（+Vsat ）時，由正反饋得上臨界電壓

　　

　　當νO 為負飽和狀態（- Vsat ）時，由正反饋得下臨界電壓

　　

　　VTH 與VTL 之間的電壓差為滯後電壓：2R1

　　

　　圖3 （a）輸入、輸出波形 （b）轉換特性曲線

　　輸入、輸出波形及轉換特性曲線如圖3（b）所示。

　　當輸入信號上升到大於上臨界電壓VTH 時，輸出信號由正狀態轉變為

　　負狀態即： νI ＞VTH→νo = - Vsat

　　當輸入信號下降到小於下臨界電壓VTL 時，輸出信號由負狀態轉變為

　　正狀態即： νI ＜VTL→νo = + Vsat

　　輸出信號在正、負兩狀態之間轉變，輸出波形為方波。

　　非反相施密特電路

　　

　　圖4 非反相史密特觸發器

　　非反相施密特電路的輸入信號與反饋信號均接至非反相輸入端，如圖4所示。

　　由重迭定理可得非反相端電壓

　　

　　反相輸入端接地： ν- = 0，當ν+ = ν- = 0 時的輸入電壓即為臨界電壓。

　　將ν+ = 0 代入上式得

　　整理後得臨界電壓

　　當νo 為負飽和狀態時，可得上臨界電壓

　　

　　當νo為正飽和狀態時，可得下臨界電壓，

　　

　　VTH與VTL之間的電壓差為滯後電壓：

　　

　　

　　圖5 （a）計算機仿真圖 （b）轉換特性曲線

　　輸入、輸出波形與轉換特性曲線如圖5所示。

　　當輸入信號下降到小於下臨界電壓VTL 時，輸出信號由正狀態轉變為

　　負狀態：νo 《 VTL →νo = - Vsat

　　當輸入信號上升到大於上臨界電壓VTH 時，輸出信號由負狀態轉變為

　　正狀態： νo ＞ VTL →νo = + Vsat

　　輸出信號在正、負兩狀態之間轉變，輸出波形為方波。

　　施密特觸發器有什麼具體作用

　　1、波形變換

　　可將三角波、正弦波等變成矩形波。

　　2、脈衝波的整形

　　數字系統中，矩形脈衝在傳輸中經常發生波形畸變，出現上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發器整形後，獲得較理想的矩形脈衝

　　3、脈衝鑑幅

　　幅度不同、不規則的脈衝信號施加到施密特觸發器的輸入端時，能選擇幅度大於欲設值的脈衝信號進行輸出。

　　4、構成多諧振蕩器

　　幅值不同的信號在通過加上一個合適電容的施密特觸發器後會產生矩形脈衝，矩形波脈衝信號，常用作脈衝信號源及時序電路中的時鐘信號。

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