施密特触发器电路及工作原理详解

发布时间:2024-03-07
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,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(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:
νo= ±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νo为正饱和状态(+vsat )时,由正反馈得上临界电压
当νo 为负饱和状态(- vsat )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: νi >vth→νo = - 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: νi <vtl→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
反相输入端接地: 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νo 为负饱和状态时,可得上临界电压
当νo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(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vtl 时,输出信号由正状态转变为
负状态:νo < vtl →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: νo > vtl →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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