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差分放大器，比較器動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。

通過使用遲滯，當(dāng)輸入電壓接近開關(guān)電壓時，輸入端的噪聲效應(yīng)可能會顯著降低，該噪聲可能會在輸出端引起多個開關(guān)。

施密特觸發(fā)器的本質(zhì)是差分放大器：運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

在整個科學(xué)中，遲滯在許多情況下都會發(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，請以參考電壓為 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，要向另一個方向切換，輸入電壓必須降至 4.5 伏。

這樣，任一方向的開關(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題在于，如果輸入信號上升緩慢，則波形上的噪聲將導(dǎo)致比較器輸出狀態(tài)的多次切換。通過使用滯后，這個問題可以克服，除非噪聲水平非常高。施密特觸發(fā)電路是克服該問題的許多應(yīng)用的理想選擇。幸運的是，在大多數(shù)情況下，通過添加單個電子元件，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)致的多個輸出開關(guān)會導(dǎo)致以下數(shù)字電路出現(xiàn)許多問題，在很多情況下，電子電路設(shè)計工程師花費了大量時間調(diào)試具有此類問題的電路，因為它們有時很難追蹤。

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而言，其中一個電路的電路符號將滯后符號包含在其中。因此，所有施密特觸發(fā)器都使用此符號。

施密特觸發(fā)電路符號

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)計階段通過添加額外的電子元件引入正反饋來轉(zhuǎn)換為施密特觸發(fā)器。在下面的電路中，這是通過添加電阻R3來實現(xiàn)的。

運算放大器施密特觸發(fā)電路

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

事實上，電路內(nèi)施加的正反饋確保了更高的增益，因此開關(guān)速度更快。當(dāng)輸入波形可能很慢時，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，以進一步提高開關(guān)速度。

通過在正反饋電阻R3上放置一個電容，可以在轉(zhuǎn)換過程中增加增益，從而使開關(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。然后可以計算反饋電阻R3。這將提供一個遲滯水平，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電平的應(yīng)用。即使只使用少量的遲滯，它也能減少開關(guān)點周圍可能發(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)計的許多不同領(lǐng)域。

數(shù)模轉(zhuǎn)換：施密特觸發(fā)器實際上是一個比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)信號達到給定電平時，它會從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。然后，這可用于驅(qū)動其他數(shù)字電路。

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

線路接收：當(dāng)運行可能已拾取噪聲到邏輯門的數(shù)據(jù)線時，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)之前達到遲滯水平。

施密特觸發(fā)注意事項

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

其中一個問題是，當(dāng)使用運算放大器代替比較器時，開關(guān)速度不會那么高，也不太可能對電源軌造成如此大的沖擊。

通常，比較器設(shè)計用于開環(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路式電路配置，旨在根據(jù)邏輯電路的要求硬開關(guān)至電壓軌。由于這個原因和許多其他原因，比較器將提供比運算放大器更好的開關(guān)特性。

在某些情況下可能出現(xiàn)的進一步問題是，當(dāng)運算放大器被用力驅(qū)動到電源軌時，它將消耗比平時更多的功率。另一個可能出現(xiàn)的問題是鎖存，其中運算放大器將鎖存到電壓軌并保持在那里，無論輸入電平如何，都不會切換。

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，模擬信號需要被檢測并轉(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)計中提供了非常有用的功能。

審核編輯：黃飛