在本教程中，我們將了解施密特觸發(fā)器，使用晶體管的一些基本實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算放大器，施密特觸發(fā)器的工作原理以及一些重要的應(yīng)用程序。

介紹

當(dāng)在不使用反饋的開環(huán)模式下（例如在基本比較器電路中）操作運(yùn)算放大器時(shí)，運(yùn)算放大器的非常大的開環(huán)增益將導(dǎo)致最小的噪聲電壓來觸發(fā)比較器。

如果將比較器用作過零檢測(cè)器，則這種錯(cuò)誤觸發(fā)會(huì)引起很多問題。由于噪聲的過零而不是實(shí)際輸入信號(hào)的過零，因此可能會(huì)給出錯(cuò)誤的過零指示。

為了避免在輸出的高低狀態(tài)之間進(jìn)行這種不必要的切換，使用了一種稱為施密特觸發(fā)器的特殊電路，該電路涉及一個(gè)正反饋。

什么是施密特觸發(fā)器？

施密特觸發(fā)器由奧托·施密特（Otto Schmitt）于1930年代初發(fā)明。它是一種在正反饋的幫助下將遲滯添加到輸入輸出轉(zhuǎn)換閾值的電子電路。這里的磁滯意味著它為上升沿和下降沿提供了兩個(gè)不同的閾值電壓電平。

本質(zhì)上，施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其輸出會(huì)無限期地保持在任何一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。為了使輸出從一種穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)，輸入信號(hào)必須適當(dāng)?shù)刈兓ɑ蛴|發(fā)）。

施密特觸發(fā)器的這種雙穩(wěn)態(tài)操作需要具有正反饋（或再生反饋）且環(huán)路gin大于1的放大器。因此，施密特觸發(fā)器也被稱為再生比較器。

例如，如果我們有一個(gè)如下所示的噪聲輸入信號(hào)，則施密特觸發(fā)器電路的兩個(gè)閾值將正確確定脈沖。因此，施密特觸發(fā)器的基本功能是將有噪聲的方波，正弦波，三角波或任何周期性信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有尖銳前緣和后緣的干凈的方波。

使用晶體管的施密特觸發(fā)器

如前所述，施密特觸發(fā)器基本上是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，其輸出狀態(tài)由輸入信號(hào)控制。因此，它可用作電平檢測(cè)電路。以下電路顯示了基于晶體管的施密特觸發(fā)器的簡單設(shè)計(jì)。

即使該電路看起來像典型的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路，但實(shí)際上卻有所不同，因?yàn)樵撾娐啡鄙購腝2的集電極到Q1的輸入的耦合。Q1和Q2的發(fā)射極相互連接并通過R E接地。同樣，R E充當(dāng)反饋路徑。

基于運(yùn)算放大器的施密特觸發(fā)器電路

由于施密特觸發(fā)器電路本質(zhì)上是具有正反饋的放大器，因此可以使用運(yùn)算放大器或簡單地使用運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)此設(shè)置。根據(jù)施加輸入的位置，基于運(yùn)算放大器的電路可以進(jìn)一步分為反相施密特觸發(fā)器和同相施密特觸發(fā)器。

施密特反相觸發(fā)電路

顧名思義，在施密特反相觸發(fā)器中，輸入被施加到運(yùn)算放大器的反相端子。在這種模式下，產(chǎn)生的輸出具有相反的極性。該輸出被施加到同相端子以確保正反饋。

當(dāng)V IN略大于V REF時(shí)，輸出變?yōu)?V SAT；如果V IN略小于-V REF（比-V REF更大的負(fù)值），則輸出變?yōu)閂 SAT。因此，輸出電壓V O為V SAT或-V SAT，可以使用R1和R2控制發(fā)生這些狀態(tài)變化的輸入電壓。

V REF和-V REF的值可以表示如下：

V REF =（V O x R2）/（R1 + R2），V O = V SAT。因此， V REF =（V SAT x R2）/（R1 + R2）

-V REF =（V O x R2）/（R1 + R2），V O = -V SAT。因此， -V REF =（-V SAT x R2）/（R1 + R2）

參考電壓V REF和-V REF稱為上閾值電壓V UT和下閾值電壓V LT。下圖顯示了輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系圖，也稱為施密特觸發(fā)器的傳輸特性。

對(duì)于純正弦輸入信號(hào)，下圖顯示了反相施密特觸發(fā)器電路的輸出。

同相施密特觸發(fā)器電路

對(duì)于同相施密特觸發(fā)器，在這種情況下，輸入被施加到運(yùn)算放大器的同相端子。輸出電壓通過電阻R1反饋到同相端。

讓我們假設(shè)，最初，輸出電壓為V SAT。直到V IN變少大于V LT，將輸出保持在這個(gè)飽和水平。輸入電壓超過下閾值電壓電平后，輸出將狀態(tài)更改為-V SAT。

輸出保持在此狀態(tài)，直到輸入上升到高于上限閾值電壓為止。

下圖顯示了同相施密特觸發(fā)器電路的傳輸特性。

如果將純正弦信號(hào)用作輸入，則輸出信號(hào)看起來像這樣。

應(yīng)用領(lǐng)域

施密特觸發(fā)器的一項(xiàng)重要應(yīng)用是將正弦波轉(zhuǎn)換為方波。

它們可用于消除比較器中的顫動(dòng)（由于輸入信號(hào)通過閾值區(qū)域的擺動(dòng)而產(chǎn)生多個(gè)輸出轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象）。

它們還可以充當(dāng)簡單的ON / OFF控制器（例如，基于溫度的開關(guān)）。
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