施密特触发器电路及工作原理详解

什么叫触发器

施密特触发电路（ 简称）是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时，输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路，输入电路都会用到它整形。
施密特触发器
一般比较器只有一个作比较的临界电压，若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时，输出端即受到干扰，其正负状态产生不正常转换，如图1所示。

 

 

            图1  (a)反相比较器                   (b)输入输出波形

施密特触发器如图2 所示，其输出电压经由R_{1 、R2} 分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后（Hysteresis）现象，所以只要噪声的大小在两个临界电压（上临界电压及下临界电压）形成的滞后电压范围内，即可避免噪声误触发电路，如表1 所示

 

 

   图2  (a)反相斯密特触发器       (b)输入输出波形
 

表1施密特触发器的滞后特性

上临界电压VTH	下临界电压VTL	滞后宽度（电压）VH	VTL<噪声<VTH
输入端信号νI 上升到比VTH 大时，触发电路使νO 转态	输入端信号νI 下降到比VTL 小时，触发电路使νO 转态	上、下临界电压差VH =VTH -VTL	噪声在容许的滞 后宽度范围内，νO 维持稳定状态

反相施密特触发器
电路如图2 所示，运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换:
ν_O= ±Vsat 。输出电压经由R1 、R2 分压后反馈到非反相输入端：ν_{+= βνO}，
其中反馈因数=

 

当ν_O为正饱和状态（+Vsat  ）时，由正反馈得上临界电压

当ν_O 为负饱和状态（- Vsat  ）时，由正反馈得下临界电压

V_TH 与V_TL 之间的电压差为滞后电压：2R1

       图3   (a)输入、输出波形        (b)转换特性曲线

输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。
当输入信号上升到大于上临界电压V_TH 时，输出信号由正状态转变为
负状态即： ν_I ＞V_{TH→νo = – Vsat} 

当输入信号下降到小于下临界电压V_TL 时，输出信号由负状态转变为
正状态即： ν_I ＜V_{TL→νo = + Vsat} 

输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。

非反相施密特电路

                                                       图4 非反相史密特触发器

 

 

 

非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端，如图4所示。
由重迭定理可得非反相端电压

反相输入端： ν_{– = 0，}当ν₊ = ν_– = 0 时的输入电压即为临界电压。

将ν₊ = 0 代入上式得

整理后得临界电压

当ν_o 为负饱和状态时，可得上临界电压

当ν_o为正饱和状态时，可得下临界电压，

V_TH与VTL之间的电压差为滞后电压：

 

      图5 (a)计算机仿真图                     （b）转换特性曲线

 

输入、输出波形与转换特性曲线如图5所示。
当输入信号下降到小于下临界电压V_TL 时，输出信号由正状态转变为
负状态：ν_o < V_{TL →νo} = – Vsat 

当输入信号上升到大于上临界电压VTH 时，输出信号由负状态转变为
正状态： ν_o ＞ V_{TL →νo} = + Vsat 

输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。

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什么叫触发器

施密特触发电路（ 简称）是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时，输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路，输入电路都会用到它整形。
施密特触发器
一般比较器只有一个作比较的临界电压，若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时，输出端即受到干扰，其正负状态产生不正常转换，如图1所示。

 

 

            图1  (a)反相比较器                   (b)输入输出波形

施密特触发器如图2 所示，其输出电压经由R_{1 、R2} 分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后（Hysteresis）现象，所以只要噪声的大小在两个临界电压（上临界电压及下临界电压）形成的滞后电压范围内，即可避免噪声误触发电路，如表1 所示

 

 

   图2  (a)反相斯密特触发器       (b)输入输出波形
 

表1施密特触发器的滞后特性

上临界电压VTH	下临界电压VTL	滞后宽度（电压）VH	VTL<噪声<VTH
输入端信号νI 上升到比VTH 大时，触发电路使νO 转态	输入端信号νI 下降到比VTL 小时，触发电路使νO 转态	上、下临界电压差VH =VTH -VTL	噪声在容许的滞 后宽度范围内，νO 维持稳定状态

反相施密特触发器
电路如图2 所示，运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换:
ν_O= ±Vsat 。输出电压经由R1 、R2 分压后反馈到非反相输入端：ν_{+= βνO}，
其中反馈因数=

 

当ν_O为正饱和状态（+Vsat  ）时，由正反馈得上临界电压

当ν_O 为负饱和状态（- Vsat  ）时，由正反馈得下临界电压

V_TH 与V_TL 之间的电压差为滞后电压：2R1

       图3   (a)输入、输出波形        (b)转换特性曲线

输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。
当输入信号上升到大于上临界电压V_TH 时，输出信号由正状态转变为
负状态即： ν_I ＞V_{TH→νo = – Vsat} 

当输入信号下降到小于下临界电压V_TL 时，输出信号由负状态转变为
正状态即： ν_I ＜V_{TL→νo = + Vsat} 

输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。

非反相施密特电路

                                                       图4 非反相史密特触发器

 

 

 

非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端，如图4所示。
由重迭定理可得非反相端电压

反相输入端： ν_{– = 0，}当ν₊ = ν_– = 0 时的输入电压即为临界电压。

将ν₊ = 0 代入上式得

整理后得临界电压

当ν_o 为负饱和状态时，可得上临界电压

当ν_o为正饱和状态时，可得下临界电压，

V_TH与VTL之间的电压差为滞后电压：

 

      图5 (a)计算机仿真图                     （b）转换特性曲线

 

输入、输出波形与转换特性曲线如图5所示。
当输入信号下降到小于下临界电压V_TL 时，输出信号由正状态转变为
负状态：ν_o < V_{TL →νo} = – Vsat 

当输入信号上升到大于上临界电压VTH 时，输出信号由负状态转变为
正状态： ν_o ＞ V_{TL →νo} = + Vsat 

输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。