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施密特触发器电路及工作原理详解

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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,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 ν 输入端信号 I 上 升到比 VTH 大时,触 ν 发电路使 O 转态 ν 输入端信号 I 下 降到比 VTL 小时,触 ν 发电路使 O 转态 上、下临界电压差 VH =VTH -VTL 噪声在容许的滞 后 ν 宽度范围内, O 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: Vsat ν O= ± ν = β ν 。输出电压经由 R1 、R2 分压后反馈到非反相输入端: + O, 其中反馈因数= Vsat 当 ν (+ O 为正饱和状态 )时,由正反馈得上临界电压 Vsat 当 ν (- 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(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 ν 负状态即: I >VTH→ν o = - 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 ν 正状态即: I <VTL→ν o = + 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 ν 反相输入端接地: - = 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 ν 当 o 为负饱和状态时,可得上临界电压 ν 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: 特性曲线 (a)计算机仿真图 (b)转换 输入、输出波形与转换特性曲线 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 ν 负状态: o VTL →ν o = - 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 ν 正状态: o > VTL →ν o = + Vsat 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 β 值为 R2/(R1+R2),此电路为正回授,如果 输出增加了 V,则有回授 β V 到运算放大器。 当 ViV+时, V+=VR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR) 当 Vi=V+时,输出转为 Vmin。 当 ViV+ 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(V1V2)。



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