施密特触发器电路及工作原理详解.docx

施密特触发器电路及工作原理详解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，传感器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R1 、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现象，所以只要噪声的大小在两个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 输入端信号下临界电压VTL 上输入端信号滞后宽度VH VTL<噪声<VTH 下上、下临界电压差VH 噪声在容许的滞 后O IOI 升到比VTH 大时，触发电路使降到比VTL 小时，触=VTH -VTL 宽度范围内，持稳定状态 O 维转态 发电路使 转态 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: O= ±Vsat 。输出电压经由R1 、R2 分压后反馈到非反相输入端：+= 其中反馈因数= 当O， O为正饱和状态时，由正反馈得上临界电压 当O 为负饱和状态时，由正反馈得下临界电压 VTH 与VTL 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VTH 时，输出信号由正状态转变为 负状态即： I VTHo = - Vsat VTLo = + Vsat 当输入信号下降到小于下临界电压VTL 时，输出信号由负状态转变为 正状态即： I 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 反相输入端接地： - = 0，当+ = - = 0 时的输入电压即为临界电压。 将+ = 0 代入上式得整理后得临界电压当o 为负饱和状态时，可得上临界电压 当o为正饱和状态时，可得下临界电压， VTH与VTL之间的电压差为滞后电压： 图5 (a)计算机仿真图 特性曲线 b）转换 （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VTL 时，输出信号由正状态转变为 负状态：o < VTL VTL o = - Vsat 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： o o = + 输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。 史密特触发器电路原理实验 如图6，当Vi 大于VR 时运算放大器的输出会得到一个正向电压输出；若VR 大于Vi 时则会得到一个负电压。电压的大小则由两个齐紊二极管来限压。理想的运算放大器其输出上升时间为0，而在实际的电路上是上可能得到这么理想的曲线，一般从负压上升到正压需要一小段的上升时间。换言之，运算放大器并上能立刻反应Vi 及VR 所形成的电压差。 如果参考电压VR 固定，那么当Vi 慢慢增加时，仅在Vi-VR>=V1 时。运算放大器的输出达到Vmax；而当Vi 渐渐减小时却必须于Vi-VR<=V1 伏特时，输出才为Vmin。也即，欲达Vmax 及Vmin 输出电压的条件上一样，两者Vi-VR值相差V1，这种情形称为迟滞(hysteresis)现象。史密特触发器便是利用这种现象而做成的电路。反相的史密特触发器，输出电压经由分压电路回授至运算放大器，参考电压则加在R1 及R2 的末端。回授 值为R2/(R1+R2)，此电路为正回授，如果输出增加了V，则有回授V 到运算放大器。 当Vi<V+时， V+=VR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR) 当Vi=V+时，输出转为Vmin。 当Vi>V+ V+=VR-(R2/R1+R2)(Vmin+VR) 若此时V+渐渐小至V2，则输出又转为Vmax。由于迟滞现象，使得触发输出电压转相的电压有所上同，输入电压增加产生输出转相时所的电压，要比输入电压降低时所产生的输出转相所需电压来得大(V1>V2)。