施密特觸發(fā)器是比較器電路的形式，具有遲滯或不同的輸入開(kāi)關(guān)電平，可在兩種狀態(tài)之間改變輸出。

比較器的核心有一個(gè)差分放大器，比較器動(dòng)作意味著模擬輸入根據(jù)輸入端的電壓有效地轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。

通過(guò)使用遲滯，當(dāng)輸入電壓接近開(kāi)關(guān)電壓時(shí)，輸入端的噪聲效應(yīng)可能會(huì)顯著降低，該噪聲可能會(huì)在輸出端引起多個(gè)開(kāi)關(guān)。

施密特觸發(fā)器的本質(zhì)是差分放大器：運(yùn)算放大器通常用于此角色，但在此角色中使用特定的比較器芯片要好得多。

什么是滯后

在整個(gè)科學(xué)中，遲滯在許多情況下都會(huì)發(fā)生，但在施密特觸發(fā)器的情況下，遲滯意味著電路在不同的電壓下觸發(fā)，以將輸出從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。

為了更詳細(xì)地解釋這一點(diǎn)，請(qǐng)以參考電壓為 5 伏的示例為例。隨著電壓的升高，取決于電路的電壓為5.5伏。然后，要向另一個(gè)方向切換，輸入電壓必須降至 4.5 伏。

這樣，任一方向的開(kāi)關(guān)之間都有 1 伏的差異，這提供了一些顯著的抗噪性。

施密特觸發(fā)電路中使用的遲滯概念

比較器不使用遲滯的問(wèn)題在于，如果輸入信號(hào)上升緩慢，則波形上的噪聲將導(dǎo)致比較器輸出狀態(tài)的多次切換。通過(guò)使用滯后，這個(gè)問(wèn)題可以克服，除非噪聲水平非常高。施密特觸發(fā)電路是克服該問(wèn)題的許多應(yīng)用的理想選擇。幸運(yùn)的是，在大多數(shù)情況下，通過(guò)添加單個(gè)電子元件，可以將直接比較器轉(zhuǎn)換為施密特觸發(fā)器

由于噪聲導(dǎo)致的多個(gè)輸出開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致以下數(shù)字電路出現(xiàn)許多問(wèn)題，在很多情況下，電子電路設(shè)計(jì)工程師花費(fèi)了大量時(shí)間調(diào)試具有此類問(wèn)題的電路，因?yàn)樗鼈冇袝r(shí)很難追蹤。

施密特觸發(fā)電路已被廣泛使用多年。它是由一位名叫奧托·施密特的美國(guó)科學(xué)家發(fā)明的。施密特觸發(fā)器根據(jù)它是從低到高還是從高到低以不同的電壓切換，采用所謂的遲滯。

就施密特觸發(fā)器具有遲滯這一事實(shí)而言，其中一個(gè)電路的電路符號(hào)將滯后符號(hào)包含在其中。因此，所有施密特觸發(fā)器都使用此符號(hào)。

施密特觸發(fā)電路符號(hào)

施密特觸發(fā)電路

標(biāo)準(zhǔn)比較器電路通?？梢栽陔娮釉O(shè)計(jì)階段通過(guò)添加額外的電子元件引入正反饋來(lái)轉(zhuǎn)換為施密特觸發(fā)器。在下面的電路中，這是通過(guò)添加電阻R3來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

運(yùn)算放大器施密特觸發(fā)電路

新電阻R3的作用是根據(jù)比較器或運(yùn)算放大器的輸出狀態(tài)，為電路提供不同的開(kāi)關(guān)閾值。當(dāng)比較器的輸出為高電平時(shí)，該電壓被反饋到比較器運(yùn)算放大器的同相輸入端。因此，開(kāi)關(guān)閾值變得更高。當(dāng)輸出以相反的檢測(cè)方式切換時(shí)，開(kāi)關(guān)閾值降低。這給電路帶來(lái)了所謂的遲滯。

事實(shí)上，電路內(nèi)施加的正反饋確保了更高的增益，因此開(kāi)關(guān)速度更快。當(dāng)輸入波形可能很慢時(shí)，這特別有用。但是，可以在施密特觸發(fā)電路中應(yīng)用加速電容器，以進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)速度。

通過(guò)在正反饋電阻R3上放置一個(gè)電容，可以在轉(zhuǎn)換過(guò)程中增加增益，從而使開(kāi)關(guān)速度更快。這種電容器，稱為加速電容器，其功率可能在10到100 pF之間，具體取決于電路。

計(jì)算施密特觸發(fā)電路中所需的電阻非常容易。電路應(yīng)切換的中心電壓由電阻R1和R2組成的分壓器鏈決定。應(yīng)該首先選擇這個(gè)。然后可以計(jì)算反饋電阻R3。這將提供一個(gè)遲滯水平，該電位等于電路的輸出擺幅，該擺幅由R3和電阻R1和R2的并聯(lián)組合形成的電位分壓減小。

施密特觸發(fā)器應(yīng)用

施密特觸發(fā)器用于許多需要檢測(cè)電平的應(yīng)用。即使只使用少量的遲滯，它也能減少開(kāi)關(guān)點(diǎn)周圍可能發(fā)生的多次轉(zhuǎn)換。

因此，施密特觸發(fā)器應(yīng)用包括電子電路設(shè)計(jì)的許多不同領(lǐng)域。

數(shù)模轉(zhuǎn)換：施密特觸發(fā)器實(shí)際上是一個(gè)比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)信號(hào)達(dá)到給定電平時(shí)，它會(huì)從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。然后，這可用于驅(qū)動(dòng)其他數(shù)字電路。

液位檢測(cè)：施密特觸發(fā)電路能夠提供液位檢測(cè)。在進(jìn)行此應(yīng)用時(shí)，有必要在電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮滯后電壓，以便電路接通所需的電壓。

線路接收：當(dāng)運(yùn)行可能已拾取噪聲到邏輯門的數(shù)據(jù)線時(shí)，必須確保邏輯輸出電平僅隨著數(shù)據(jù)的變化而變化，而不是由于可能已拾取的雜散噪聲而變化。使用施密特觸發(fā)器可以使峰峰值噪聲在可能發(fā)生雜散觸發(fā)之前達(dá)到遲滯水平。

施密特觸發(fā)注意事項(xiàng)

使用運(yùn)算放大器作為比較器時(shí)，必須小心。運(yùn)算放大器芯片本身針對(duì)負(fù)反饋的閉環(huán)操作進(jìn)行了優(yōu)化。因此，運(yùn)算放大器制造商不保證其運(yùn)算放大器可用于無(wú)反饋或正反饋的電路，如施密特觸發(fā)器。

其中一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)使用運(yùn)算放大器代替比較器時(shí)，開(kāi)關(guān)速度不會(huì)那么高，也不太可能對(duì)電源軌造成如此大的沖擊。

通常，比較器設(shè)計(jì)用于開(kāi)環(huán)電路條件，甚至在施密特觸發(fā)器的情況下與正反饋一起使用。它們還具有集電極開(kāi)路式電路配置，旨在根據(jù)邏輯電路的要求硬開(kāi)關(guān)至電壓軌。由于這個(gè)原因和許多其他原因，比較器將提供比運(yùn)算放大器更好的開(kāi)關(guān)特性。

在某些情況下可能出現(xiàn)的進(jìn)一步問(wèn)題是，當(dāng)運(yùn)算放大器被用力驅(qū)動(dòng)到電源軌時(shí)，它將消耗比平時(shí)更多的功率。另一個(gè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題是鎖存，其中運(yùn)算放大器將鎖存到電壓軌并保持在那里，無(wú)論輸入電平如何，都不會(huì)切換。

施密特觸發(fā)器用于許多不同的電子電路中，在這些電路中，模擬信號(hào)需要被檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。該電路已經(jīng)存在多年，在當(dāng)今許多電子電路設(shè)計(jì)中提供了非常有用的功能。

審核編輯：黃飛