施密特觸發(fā)器原理圖解詳細(xì)分析

重要特性：施密特觸發(fā)器具有如下特性：輸入電壓有兩個(gè)閥值VL、VH，VL
施密特觸發(fā)器通常用作緩沖器消除輸入端的干擾。

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施密特波形圖

　　施密特觸發(fā)器也有兩個(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。

　　門電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從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)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，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。

　　它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入——輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計(jì)成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。

　　利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔茫梢园堰呇刈兓徛闹芷谛孕盘?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。

　　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，它是特別適用的.

　　從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無(wú)論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過(guò)用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的vt+和vt-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。

　　施密特觸發(fā)器的應(yīng)用

　　1. 波形變換

　　可將三角波、正弦波等變成矩形波。

　　2. 脈沖波的整形

　　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。

　　3. 脈沖鑒幅

　　幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號(hào)時(shí)加到施密特觸發(fā)器的輸入端時(shí)，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出。

　　施密特觸發(fā)器常用芯片:

　　74LS18雙四輸入與非門（施密特觸發(fā)）

　　74LS19六反相器（施密特觸發(fā)）

　　74132、74LS132、74S132、74F132、74HC132四2輸入與非施密特觸發(fā)器觸發(fā)器

　　74221、74LS221、74 HC221、74 C221雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（有施密特觸發(fā)器）

觸發(fā)器定義

施密特觸發(fā)電路（ 簡(jiǎn)稱）是一種波形整形電路，當(dāng)任何波形的信號(hào)進(jìn)入電路時(shí)，輸出在正、負(fù)飽和之間跳動(dòng)，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)臨界電壓且形成一個(gè)滯后區(qū)，可以防止在滯后范圍內(nèi)之噪聲干擾電路的正常工作。如遙控接收線路，傳感器輸入電路都會(huì)用到它整形。

施密特觸發(fā)器

一般比較器只有一個(gè)作比較的臨界電壓，若輸入端有噪聲來(lái)回多次穿越臨界電壓時(shí)，輸出端即受到干擾，其正負(fù)狀態(tài)產(chǎn)生不正常轉(zhuǎn)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(fā)器如圖2 所示，其輸出電壓經(jīng)由R1 、R2 分壓后送回到運(yùn)算放大器的非反相輸入端形成正反饋。因?yàn)檎答仌?huì)產(chǎn)生滯后（Hysteresis）現(xiàn)象，所以只要噪聲的大小在兩個(gè)臨界電壓（上臨界電壓及下臨界電壓）形成的滯后電壓范圍內(nèi)，即可避免噪聲誤觸發(fā)電路，如表1 所示

???圖2? (a)反相斯密特觸發(fā)器?????????????????????????(b)輸入輸出波形

表1施密特觸發(fā)器的滯后特性

反相施密特觸發(fā)器

電路如圖2 所示，運(yùn)算放大器的輸出電壓在正、負(fù)飽和之間轉(zhuǎn)換:

νO= ±Vsat 。輸出電壓經(jīng)由R1 、R2 分壓后反饋到非反相輸入端：ν+= βνO，

其中反饋因數(shù)=

當(dāng)νO為正飽和狀態(tài)（+Vsat? ）時(shí)，由正反饋得上臨界電壓

當(dāng)νO 為負(fù)飽和狀態(tài)（- Vsat? ）時(shí)，由正反饋得下臨界電壓

VTH 與VTL 之間的電壓差為滯后電壓：2R1

???????圖3?? (a)輸入、輸出波形????????????????????????????????????? (b)轉(zhuǎn)換特性曲線

輸入、輸出波形及轉(zhuǎn)換特性曲線如圖3(b)所示。

當(dāng)輸入信號(hào)上升到大于上臨界電壓VTH 時(shí)，輸出信號(hào)由正狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

負(fù)狀態(tài)即： νI ＞VTH→νo = - Vsat?

當(dāng)輸入信號(hào)下降到小于下臨界電壓VTL 時(shí)，輸出信號(hào)由負(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

正狀態(tài)即： νI ＜VTL→νo = + Vsat?

輸出信號(hào)在正、負(fù)兩狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，輸出波形為方波。

非反相施密特電路

非反相施密特電路的輸入信號(hào)與反饋信號(hào)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(dāng)ν+ = ν- = 0 時(shí)的輸入電壓即為臨界電壓。

將ν+ = 0 代入上式得

整理后得臨界電壓

當(dāng)νo 為負(fù)飽和狀態(tài)時(shí)，可得上臨界電壓

當(dāng)νo為正飽和狀態(tài)時(shí)，可得下臨界電壓，

VTH與VTL之間的電壓差為滯后電壓：

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??????圖5 (a)計(jì)算機(jī)仿真圖?????????????????????（b）轉(zhuǎn)換特性曲線

輸入、輸出波形與轉(zhuǎn)換特性曲線如圖5所示。

當(dāng)輸入信號(hào)下降到小于下臨界電壓VTL 時(shí)，輸出信號(hào)由正狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

負(fù)狀態(tài)：νo < VTL →νo = - Vsat?

當(dāng)輸入信號(hào)上升到大于上臨界電壓VTH 時(shí)，輸出信號(hào)由負(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

正狀態(tài)： νo ＞ VTL →νo =?+ Vsat?

輸出信號(hào)在正、負(fù)兩狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，輸出波形為方波。

史密特觸發(fā)器電路原理實(shí)驗(yàn)：

??????????????????????????????????????????????????????????? 圖6

如圖6，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)壓上升到正壓需要一小段的上升時(shí)間。換言之，運(yùn)算放大器并上能

立刻反應(yīng)Vi 及VR 所形成的電壓差。

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，這種情形稱為遲滯(hysteresis)現(xiàn)象。史密特觸發(fā)器便是利用這種現(xiàn)象而做成的電路。

反相的史密特觸發(fā)器，輸出電壓經(jīng)由分壓電路回授至運(yùn)算放大器，參考電壓則加在R1 及R2 的末端。回授β 值為R2/(R1+R2)，此電路為正回授，如果輸出增加了V，則有回授βV 到運(yùn)算放大器。

當(dāng)Vi

V+=VR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR)

當(dāng)Vi=V+時(shí)，輸出轉(zhuǎn)為Vmin。

當(dāng)Vi>V+

V+=VR-(R2/R1+R2)(Vmin+VR)

若此時(shí)V+漸漸小至V2，則輸出又轉(zhuǎn)為Vmax。由于遲滯現(xiàn)象，使得觸發(fā)輸出電

壓轉(zhuǎn)相的電壓有所上同，輸入電壓增加產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)相時(shí)所的電壓，要比輸入電壓

降低時(shí)所產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)相所需電壓來(lái)得大(V1>V2)。

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