施密特觸發(fā)器原理

1、施密特觸發(fā)器原理    施密特觸發(fā)電路（ 簡稱）是一種波形整形電路，當(dāng)任何波形的信號進(jìn)入電路時，輸出在正、負(fù)飽和之間跳動，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發(fā)電路有兩個臨界電壓且形成一個滯后區(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用到它整形。重要特性：施密特觸發(fā)器具有如下特性：輸入電壓有兩個閥值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。         施密特波形圖  

2、0; 施密特觸發(fā)器也有兩個穩(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)由輸入信號電位維持；對于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。    門電路有一個閾值電壓，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。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路

3、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)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于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。    當(dāng)輸入電壓由低向高增加，到達(dá)V+時，輸出電壓發(fā)生突變

4、，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，可以看出對于要求一定延遲啟動的電路，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，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(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

5、能受到滿意的整形效果。     施密特觸發(fā)器    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，輸出端即受到干擾，其正負(fù)狀態(tài)產(chǎn)生不正常轉(zhuǎn)換，如圖1所示。                           &#

6、160;       圖1  (a)反相比較器                                       

7、60;                        (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 分壓后送回到運算放大器的非反相輸入端形成正反饋。因為正反饋會產(chǎn)生滯后（Hysteresis）現(xiàn)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）形成的滯后電壓范圍內(nèi)，即可避免噪聲誤觸發(fā)

8、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

9、60;        上臨界電壓VTH         下臨界電壓VTL         滯后寬度（電壓）VH         VTL<噪聲<VTH       

10、60; 輸入端信號I 上升到比VTH 大時，觸發(fā)電路使O 轉(zhuǎn)態(tài)         輸入端信號I 下降到比VTL 小時，觸發(fā)電路使O 轉(zhuǎn)態(tài)         上、下臨界電壓差VH =VTH -VTL         噪聲在容許的滯 后寬度范圍內(nèi)，O 維持穩(wěn)定狀態(tài)    反相施密特觸發(fā)器

11、    電路如圖2 所示，運算放大器的輸出電壓在正、負(fù)飽和之間轉(zhuǎn)換:    O= ±Vsat 。輸出電壓經(jīng)由R1 、R2 分壓后反饋到非反相輸入端：+= O，    其中反饋因數(shù)=    當(dāng)O為正飽和狀態(tài)（+Vsat  ）時，由正反饋得上臨界電壓        當(dāng)O 為負(fù)飽和狀態(tài)（- Vsat  ）時，由正反饋得下臨界電壓

12、60;       VTH 與VTL 之間的電壓差為滯后電壓：2R1               圖3   (a)輸入、輸出波形                   &#

13、160;                  (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)輸入信號上升到大于上臨界電壓VTH 時，輸出信號由正狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?#160;   負(fù)狀態(tài)即： I VTHo = - Vsat     當(dāng)輸入信號下

14、降到小于下臨界電壓VTL 時，輸出信號由負(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?#160;   正狀態(tài)即： I VTLo = + Vsat     輸出信號在正、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                        

15、;                                            圖4 非反相史密特觸發(fā)器    

16、0;    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： - = 0，當(dāng)+ = - = 0 時的輸入電壓即為臨界電壓。    將+ = 0 代入上式得    整理后得臨界電壓    當(dāng)o 為負(fù)飽和狀態(tài)時，可得上臨界電壓 

17、       當(dāng)o為正飽和狀態(tài)時，可得下臨界電壓，        VTH與VTL之間的電壓差為滯后電壓：                   圖5 (a)計算機仿真圖        

18、;             （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)輸入信號下降到小于下臨界電壓VTL 時，輸出信號由正狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?#160;   負(fù)狀態(tài)：o < VTL o = - Vsat     當(dāng)輸入信號上升到大于上臨界電壓VTH 時，輸出信號由負(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?

19、#160;   正狀態(tài)： o VTL o = + Vsat     輸出信號在正、負(fù)兩狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，輸出波形為方波。    史密特觸發(fā)器電路原理實驗：         如圖6，當(dāng)Vi 大于VR 時運算放大器的輸出會得到一個正向電壓輸出；若VR 大于    Vi 時則會得到一個負(fù)電壓。電壓的大小則由兩個齊紊二極管來限壓。理想的運 

20、   算放大器其輸出上升時間為0，而在實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間。換言之，運算放大器并上能    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，僅在Vi-VR V1 時。運算    放大器的輸出達(dá)到Vmax；而當(dāng)Vi 漸漸減小時卻必須于Vi-VR V1 伏特時，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V