介紹

 

當在不使用反饋的開環模式下（例如在基本比較器電路中）操作運算放大器時，運算放大器的非常大的開環增益將導致最小的噪聲電壓來觸發比較器。

 

ruguojiangbijiaoqiyongzuoguolingjianceqi
，zezhezhongcuowuchufahuiyinqihenduowenti。youyuzaoshengdeguolingerbushishijishuruxinhaodeguoling，yincikenenghuigeichucuowudeguolingzhishi。

 

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

 

什麼是施密特觸發器
？

 

施密特觸發器由奧托·施密特（Otto Schmitt）於1930年(nian)代(dai)初(chu)發(fa)明(ming)。它(ta)是(shi)一(yi)種(zhong)在(zai)正(zheng)反(fan)饋(kui)的(de)幫(bang)助(zhu)下(xia)將(jiang)遲(chi)滯(zhi)添(tian)加(jia)到(dao)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)換(huan)閾(yu)值(zhi)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)。這(zhe)裏(li)的(de)磁(ci)滯(zhi)意(yi)味(wei)著(zhe)它(ta)為(wei)上(shang)升(sheng)沿(yan)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)提(ti)供(gong)了(le)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)閾(yu)值(zhi)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)。

 

本(ben)質(zhi)上(shang)，施(shi)密(mi)特(te)觸(chu)發(fa)器(qi)是(shi)雙(shuang)穩(wen)態(tai)多(duo)諧(xie)振(zhen)蕩(dang)器(qi)，其(qi)輸(shu)出(chu)會(hui)無(wu)限(xian)期(qi)地(di)保(bao)持(chi)在(zai)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)。為(wei)了(le)使(shi)輸(shu)出(chu)從(cong)一(yi)種(zhong)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)變(bian)為(wei)另(ling)一(yi)種(zhong)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)，輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)必(bi)須(xu)適(shi)當(dang)地(di)變(bian)化(hua)（或觸發）。

 

施密特觸發器的這種雙穩態操作需要具有正反饋（或再生反饋）且環路gin大於1的放大器。因此，施密特觸發器也被稱為再生比較器。

 

 

例(li)如(ru)
，如(ru)果(guo)我(wo)們(men)有(you)一(yi)個(ge)如(ru)下(xia)所(suo)示(shi)的(de)噪(zao)聲(sheng)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)，則(ze)施(shi)密(mi)特(te)觸(chu)發(fa)器(qi)電(dian)路(lu)的(de)兩(liang)個(ge)閾(yu)值(zhi)將(jiang)正(zheng)確(que)確(que)定(ding)脈(mai)衝(chong)。因(yin)此(ci)，施(shi)密(mi)特(te)觸(chu)發(fa)器(qi)的(de)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)是(shi)將(jiang)有(you)噪(zao)聲(sheng)的(de)方(fang)波(bo)
，正(zheng)弦(xian)波(bo)，三(san)角(jiao)波(bo)或(huo)任(ren)何(he)周(zhou)期(qi)性(xing)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)具(ju)有(you)尖(jian)銳(rui)前(qian)緣(yuan)和(he)後(hou)緣(yuan)的(de)幹(gan)淨(jing)的(de)方(fang)波(bo)。

 

使用晶體管的施密特觸發器

 

如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)，施(shi)密(mi)特(te)觸(chu)發(fa)器(qi)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)一(yi)個(ge)雙(shuang)穩(wen)態(tai)電(dian)路(lu)，其(qi)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)由(you)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)控(kong)製(zhi)。因(yin)此(ci)，它(ta)可(ke)用(yong)作(zuo)電(dian)平(ping)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)。以(yi)下(xia)電(dian)路(lu)顯(xian)示(shi)了(le)基(ji)於(yu)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)施(shi)密(mi)特(te)觸(chu)發(fa)器(qi)的(de)簡(jian)單(dan)設(she)計(ji)。

 

 

即使該電路看起來像典型的雙穩態多諧振蕩器電路，但實際上卻有所不同，因為該電路缺少從Q2的集電極到Q1的輸入的耦合。Q1和Q2的發射極相互連接並通過R E接地。同樣，R E充當反饋路徑。

 

基於運算放大器的施密特觸發器電路

 

youyushimitechufaqidianlubenzhishangshijuyouzhengfankuidefangdaqi，yincikeyishiyongyunsuanfangdaqihuojiandandishiyongyunsuanfangdaqilaishixiancishezhi。genjushijiashurudeweizhi，jiyuyunsuanfangdaqidedianlukeyijinyibufenweifanxiangshimitechufaqihetongxiangshimitechufaqi。

 

 

施密特反相觸發電路

 

顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)，在(zai)施(shi)密(mi)特(te)反(fan)相(xiang)觸(chu)發(fa)器(qi)中(zhong)，輸(shu)入(ru)被(bei)施(shi)加(jia)到(dao)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)反(fan)相(xiang)端(duan)子(zi)。在(zai)這(zhe)種(zhong)模(mo)式(shi)下(xia)，產(chan)生(sheng)的(de)輸(shu)出(chu)具(ju)有(you)相(xiang)反(fan)的(de)極(ji)性(xing)。該(gai)輸(shu)出(chu)被(bei)施(shi)加(jia)到(dao)同(tong)相(xiang)端(duan)子(zi)以(yi)確(que)保(bao)正(zheng)反(fan)饋(kui)。

 

 

當V IN略大於V REF時，輸出變為-V SAT；如果V IN略小於-V REF（比-V REF更大的負值），則輸出變為V SAT。因此，輸出電壓V O為V SAT或-V SAT，可以使用R1和R2控製發生這些狀態變化的輸入電壓。

 

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係圖
，也稱為施密特觸發器的傳輸特性。

 

 

對於純正弦輸入信號
，下圖顯示了反相施密特觸發器電路的輸出。

 

 

同相施密特觸發器電路

 

對於同相施密特觸發器，在這種情況下，輸入被施加到運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

，最初，輸出電壓為V SAT。直到V IN變少大於V LT，將輸出保持在這個飽和水平。輸入電壓超過下閾值電壓電平後
，輸出將狀態更改為-V SAT。

 

輸出保持在此狀態
，直到輸入上升到高於上限閾值電壓為止。

 

下圖顯示了同相施密特觸發器電路的傳輸特性。

 

 

如果將純正弦信號用作輸入，則輸出信號看起來像這樣。

 

 

應用領域

 

施密特觸發器的一項重要應用是將正弦波轉換為方波。

 

它們可用於消除比較器中的顫動（由於輸入信號通過閾值區域的擺動而產生多個輸出轉換的現象）。

 

它們還可以充當簡單的ON / OFF控製器（例如
，基於溫度的開關）。

 

 

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