一、什么是施密特觸發(fā)器?

施密特觸發(fā)器可以定義為一個(gè)再生比較器。它采用正反饋并將正弦輸入轉(zhuǎn)換為方波輸出。施密特觸發(fā)器的輸出在上限和下限閾值電壓處擺動(dòng)，這是輸入波形的參考電壓。它是一種雙穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)輸入達(dá)到某些設(shè)計(jì)的閾值電壓電平時(shí)，輸出在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)電壓電平(高和低)之間擺動(dòng)。

施密特觸發(fā)器電路

它們分為兩種類型，即反相施密特觸發(fā)器和非反相施密特觸發(fā)器。反相施密特觸發(fā)器可以定義為連接到運(yùn)算放大器正極端子的輸出元件。類似地，同相放大器可以定義為輸入信號在運(yùn)算放大器的負(fù)端子處給出。

二、施密特觸發(fā)器的作用和應(yīng)用

施密特觸發(fā)器是一種特殊的電子開關(guān)，它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，分別稱為“低”和“高”。與傳統(tǒng)的電子開關(guān)不同，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號的電位維持。更具體地說，當(dāng)輸入信號的電位高于某一正向閾值電壓時(shí)，施密特觸發(fā)器輸出為高電平;當(dāng)輸入信號的電位低于某一負(fù)向閾值電壓時(shí)，輸出為低電平。這種雙閾值特性使得施密特觸發(fā)器在信號處理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

施密特觸發(fā)器的工作原理基于正反饋機(jī)制。當(dāng)輸入信號的電位發(fā)生變化時(shí)，觸發(fā)器會(huì)根據(jù)輸入信號的電位與閾值電壓的比較結(jié)果來改變其輸出狀態(tài)。具體來說，當(dāng)輸入信號的電位從低電平上升到高于正向閾值電壓時(shí)，觸發(fā)器會(huì)切換到高電平狀態(tài)，并通過正反饋機(jī)制保持這一狀態(tài)，直到輸入信號的電位下降到低于負(fù)向閾值電壓時(shí)，觸發(fā)器才會(huì)切換回低電平狀態(tài)。這種滯回現(xiàn)象使得施密特觸發(fā)器對輸入信號的微小變化具有抑制作用，從而提高了信號的穩(wěn)定性和可靠性。

在電子學(xué)和數(shù)字電路領(lǐng)域中，施密特觸發(fā)器是一個(gè)重要且獨(dú)特的元件。它以其獨(dú)特的雙閾值特性和滯回現(xiàn)象，為電子信號的處理提供了強(qiáng)有力的支持。 以下是施密特觸發(fā)器的基本作用：

波形整形：施密特觸發(fā)器可以將模擬信號波形整形為數(shù)字電路能夠處理的方波波形。由于施密特觸發(fā)器具有滯回特性，它可以將邊沿變化緩慢的信號波形(如正弦波)整形為邊沿陡峭的矩形波，從而便于數(shù)字電路進(jìn)行處理。

抗干擾：施密特觸發(fā)器的雙閾值特性和滯回現(xiàn)象使得它對輸入信號的噪聲和干擾具有一定的抑制作用。當(dāng)輸入信號中存在噪聲或干擾時(shí)，施密特觸發(fā)器可以通過其閾值電壓提供一個(gè)安全的邊緣，以確保信號的穩(wěn)定觸發(fā)。這種抗干擾能力使得施密特觸發(fā)器在數(shù)字電路和通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。

脈沖整形和鑒幅：施密特觸發(fā)器還可以用于脈沖整形和鑒幅。在脈沖整形方面，施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的脈沖信號整形為邊沿陡峭的矩形脈沖信號;在脈沖鑒幅方面，施密特觸發(fā)器可以根據(jù)輸入脈沖的幅度來判斷其是否滿足一定的條件，從而實(shí)現(xiàn)對脈沖信號的篩選和鑒別。

施密特觸發(fā)器在電子學(xué)和數(shù)字電路領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。以下是一些典型的應(yīng)用場景：

抗干擾電路：在開回路配置中，施密特觸發(fā)器可以用于抗擾電路，以提高電路的抗干擾能力。通過將施密特觸發(fā)器接入電路的輸入端，可以有效地抑制輸入信號中的噪聲和干擾，從而確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。

多諧振蕩器：在閉回路正回授/負(fù)回授配置中，施密特觸發(fā)器可以用于實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器。通過調(diào)整施密特觸發(fā)器的閾值電壓和反饋系數(shù)等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對振蕩器頻率和波形的控制。

信號恢復(fù)電路：施密特觸發(fā)器還可以作為信號恢復(fù)電路使用。在信號傳輸過程中，由于各種因素的影響(如衰減、噪聲等)，信號可能會(huì)發(fā)生畸變或失真。通過將施密特觸發(fā)器接入信號傳輸鏈路的接收端，可以有效地消除噪聲內(nèi)容，推斷出原始輸入信號量，從而實(shí)現(xiàn)對信號的恢復(fù)和重建。

施密特觸發(fā)器作為一種特殊的電子開關(guān)和數(shù)字電路元件，在電子學(xué)和數(shù)字電路領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其獨(dú)特的雙閾值特性和滯回現(xiàn)象使得它在波形整形、抗干擾、脈沖整形和鑒幅等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，施密特觸發(fā)器的應(yīng)用前景將更加廣闊。

三、使用 IC 555 的施密特觸發(fā)器電路圖（1）

采用IC555的施密特觸發(fā)器電路圖如下所示。下面的電路可以用基本的電子元件搭建而成，但I(xiàn)C555是該電路中必不可少的元件。 IC 的兩個(gè)引腳(例如引腳 4 和引腳 8)均與 Vcc 電源連接。 2 和 6 等兩個(gè)引腳短接，并通過電容器相互向這些引腳提供輸入。

使用 555 IC 的施密特觸發(fā)器

可以使用由兩個(gè)電阻(即 R1 和 R2)形成的分壓器規(guī)則為兩個(gè)引腳的共同點(diǎn)提供外部偏置電壓 (Vcc/2) 。當(dāng)輸入處于兩個(gè)閾值(稱為滯后)之間時(shí)，輸出保持其值。該電路可以像存儲(chǔ)元件一樣工作。

閾值是2/3Vcc和1/3Vcc。上級比較器在 2/3Vcc 電壓下工作，而次要比較器在 1/3Vcc 電源下工作。

使用單獨(dú)的比較器將關(guān)鍵電壓與兩個(gè)閾值進(jìn)行對比。觸發(fā)器(FF)被相應(yīng)地布置或重新布置。輸出將根據(jù)此變高或變低。

四、使用 IC 555 的施密特觸發(fā)器電路圖（2）

典型的施密特觸發(fā)器是一種包含遲滯的比較器電路，即它有兩個(gè)不同的閾值電壓電平，一個(gè)用于從低電平轉(zhuǎn)換到高電平，另一個(gè)用于從高電平轉(zhuǎn)換到低電平。因此，該施密特觸發(fā)器可以從任何類型的模擬輸入信號產(chǎn)生穩(wěn)定的方波(數(shù)字)輸出。施密特觸發(fā)器電路主要用于從有噪聲的正弦波或其他模擬信號中生成方波。施密特觸發(fā)器可以提供非反相輸出或反相方波輸出。在下面的實(shí)驗(yàn)中，我們將使用IC 555設(shè)計(jì)施密特觸發(fā)器。這個(gè)基于定時(shí)器的電路為正弦波輸入提供倒平方輸出。

我們知道定時(shí)器 IC 555 包含兩個(gè)獨(dú)立的內(nèi)部比較器和 RS 觸發(fā)器，在這里我們將使用它來形成反向施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器的不同開關(guān)閾值電壓和輸入輸出電壓關(guān)系如圖所示。

反向施密特觸發(fā)器的原理圖符號

為了使用定時(shí)器 IC 555 形成施密特觸發(fā)器，我們需要兩個(gè)阻值相等的外部電阻。為了測試輸出，在輸出處使用了兩個(gè) LED。

使用 IC 555 電路圖的施密特觸發(fā)器

工作原理

該電路通過 Threshold 和 Trigger 引腳在 1/3 Vcc 和 2/3 Vcc 之間形成遲滯，因?yàn)檫@些引腳與 555 的 Interna3cel 比較器連接，并通過 1/3 Vcc 電平輸入信號，與 Trigger 引腳連接的比較器將輸出提供給內(nèi)部觸發(fā)器并使其復(fù)位。當(dāng)模擬輸入電壓達(dá)到 2/3 Vcc 電平時(shí)，與閾值引腳相連的比較器給出輸出并使內(nèi)部觸發(fā)器處于 SET 狀態(tài)。

因此輸出的低電平和高電平變化取決于模擬輸入信號。在這里，我們應(yīng)用了頻率為 10 Hz 的 5V 幅值交流正弦波，并通過 LED 觀察輸出。

波形

使用定時(shí)器 IC 555 的施密特觸發(fā)器電路的輸入和輸出波形