施密特触发器的工作原理与电路分析

2017-08-18 93 0

一、什么叫触发器

施密特触发电路(简称施密特电路)是一种波形整形电路:当任何波形的信号进入电路时,输出在正、负饱和之间跳动,产生方波或脉冲输出。不同于比较器,施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区,可以防止在滞后范围内的噪声干扰电路的正常工作,如遥控接收线路、传感器输入电路都会用到它来整形。

二、施密特触发器

一般比较器只有一个作比较的临界电压,若输入端有噪声来回多次穿越临界电压,输出端即受到干扰,其正负状态会产生不正常的转换,如图 1 所示。

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图 1 (a)反相比较器 (b)输入输出波形

施密特触发器如图 2 所示,其输出电压经由 R1、R2 分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后(Hysteresis)现象,所以只要噪声的大小在两个临界电压(上临界电压及下临界电压)形成的滞后电压范围内,即可避免噪声误触发电路,如表 1 所示。

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图 2 (a)反相施密特触发器 (b)输入输出波形

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表 1 施密特触发器的滞后特性

三、非反相施密特电路

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图 4 非反相施密特触发器

非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端,如图 4 所示。由叠加定理可得非反相端电压

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反相输入端接地,v− = 0;当 v+ = v− = 0 时的输入电压即为临界电压。将 v+ = 0 代入上式得

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整理后得临界电压

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当 vo 为负饱和状态时,可得上临界电压

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当 vo 为正饱和状态时,可得下临界电压

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VTH 与 VTL 之间的电压差为滞后电压:

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图 5 (a)计算机仿真图 (b)转换特性曲线

输入、输出波形与转换特性曲线如图 5 所示。当输入信号下降到小于下临界电压 VTL 时,输出信号由正状态转变为负状态:vi < VTL → vo = −Vsat;当输入信号上升到大于上临界电压 VTH 时,输出信号由负状态转变为正状态:vi > VTH → vo = +Vsat。输出信号在正、负两状态之间转变,输出波形为方波。

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