施密特觸發器原理圖解詳細分析

重要特性：施密特觸發器具有如下特性：輸入電壓有兩個閥值VL、VH，VL
施密特觸發器通常用作緩沖器消除輸入端的干擾。

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施密特波形圖

　　施密特觸發器也有兩個穩定狀態，但與一般觸發器不同的是，施密特觸發器采用電位觸發方式，其狀態由輸入信號電位維持；對于負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發器有不同的閥值電壓。

　　門電路有一個閾值電壓，當輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時電路的狀態將發生變化。施密特觸發器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態發生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態發生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓。

　　它是一種閾值開關電路，具有突變輸入——輸出特性的門電路。這種電路被設計成阻止輸入電壓出現微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。

　　利用施密特觸發器狀態轉換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。

　　當輸入電壓由低向高增加，到達V+時，輸出電壓發生突變，而輸入電壓Vi由高變低，到達V-，輸出電壓發生突變，因而出現輸出電壓變化滯后的現象，可以看出對于要求一定延遲啟動的電路，它是特別適用的.

　　從傳感器得到的矩形脈沖經傳輸后往往發生波形畸變。當傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產生振蕩現象；當其他脈沖信號通過導線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現附加的噪聲。無論出現上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發器的vt+和vt-設置得合適，均能受到滿意的整形效果。

　　施密特觸發器的應用

　　1. 波形變換

　　可將三角波、正弦波等變成矩形波。

　　2. 脈沖波的整形

　　數字系統中，矩形脈沖在傳輸中經常發生波形畸變，出現上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發器整形后，獲得較理想的矩形脈沖。

　　3. 脈沖鑒幅

　　幅度不同、不規則的脈沖信號時加到施密特觸發器的輸入端時，能選擇幅度大于欲設值的脈沖信號進行輸出。

　　施密特觸發器常用芯片:

　　74LS18雙四輸入與非門（施密特觸發）

　　74LS19六反相器（施密特觸發）

　　74132、74LS132、74S132、74F132、74HC132四2輸入與非施密特觸發器觸發器

　　74221、74LS221、74 HC221、74 C221雙單穩態多諧振蕩器（有施密特觸發器）

觸發器定義

施密特觸發電路（ 簡稱）是一種波形整形電路，當任何波形的信號進入電路時，輸出在正、負飽和之間跳動，產生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發電路有兩個臨界電壓且形成一個滯后區，可以防止在滯后范圍內之噪聲干擾電路的正常工作。如遙控接收線路，傳感器輸入電路都會用到它整形。

施密特觸發器

一般比較器只有一個作比較的臨界電壓，若輸入端有噪聲來回多次穿越臨界電壓時，輸出端即受到干擾，其正負狀態產生不正常轉換，如圖1所示。

???????????????????????????圖1? (a)反相比較器??????????????????????????????????????????????????????????????? (b)輸入輸出波形

施密特觸發器如圖2 所示，其輸出電壓經由R1 、R2 分壓后送回到運算放大器的非反相輸入端形成正反饋。因為正反饋會產生滯后（Hysteresis）現象，所以只要噪聲的大小在兩個臨界電壓（上臨界電壓及下臨界電壓）形成的滯后電壓范圍內，即可避免噪聲誤觸發電路，如表1 所示

???圖2? (a)反相斯密特觸發器?????????????????????????(b)輸入輸出波形

表1施密特觸發器的滯后特性

反相施密特觸發器

電路如圖2 所示，運算放大器的輸出電壓在正、負飽和之間轉換:

νO= ±Vsat 。輸出電壓經由R1 、R2 分壓后反饋到非反相輸入端：ν+= βνO，

其中反饋因數=

當νO為正飽和狀態（+Vsat? ）時，由正反饋得上臨界電壓

當νO 為負飽和狀態（- Vsat? ）時，由正反饋得下臨界電壓

VTH 與VTL 之間的電壓差為滯后電壓：2R1

???????圖3?? (a)輸入、輸出波形????????????????????????????????????? (b)轉換特性曲線

輸入、輸出波形及轉換特性曲線如圖3(b)所示。

當輸入信號上升到大于上臨界電壓VTH 時，輸出信號由正狀態轉變為

負狀態即： νI ＞VTH→νo = - Vsat?

當輸入信號下降到小于下臨界電壓VTL 時，輸出信號由負狀態轉變為

正狀態即： νI ＜VTL→νo = + Vsat?

輸出信號在正、負兩狀態之間轉變，輸出波形為方波。

非反相施密特電路

非反相施密特電路的輸入信號與反饋信號均接至非反相輸入端，如圖4所示。

由重迭定理可得非反相端電壓

反相輸入端接地： ν- = 0，當ν+ = ν- = 0 時的輸入電壓即為臨界電壓。

將ν+ = 0 代入上式得

整理后得臨界電壓

當νo 為負飽和狀態時，可得上臨界電壓

當νo為正飽和狀態時，可得下臨界電壓，

VTH與VTL之間的電壓差為滯后電壓：

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??????圖5 (a)計算機仿真圖?????????????????????（b）轉換特性曲線

輸入、輸出波形與轉換特性曲線如圖5所示。

當輸入信號下降到小于下臨界電壓VTL 時，輸出信號由正狀態轉變為

負狀態：νo < VTL →νo = - Vsat?

當輸入信號上升到大于上臨界電壓VTH 時，輸出信號由負狀態轉變為

正狀態： νo ＞ VTL →νo =?+ Vsat?

輸出信號在正、負兩狀態之間轉變，輸出波形為方波。

史密特觸發器電路原理實驗：

??????????????????????????????????????????????????????????? 圖6

如圖6，當Vi 大于VR 時運算放大器的輸出會得到一個正向電壓輸出；若VR 大于

Vi 時則會得到一個負電壓。電壓的大小則由兩個齊紊二極管來限壓。理想的運

算放大器其輸出上升時間為0，而在實際的電路上是上可能得到這么理想的曲

線，一般從負壓上升到正壓需要一小段的上升時間。換言之，運算放大器并上能

立刻反應Vi 及VR 所形成的電壓差。

如果參考電壓VR 固定，那么當Vi 慢慢增加時，僅在Vi-VR≧ V1 時。運算放大器的輸出達到Vmax；而當Vi 漸漸減小時卻必須于Vi-VR≦ V1 伏特時，輸出才為Vmin。也即，欲達Vmax 及Vmin 輸出電壓的條件上一樣，兩者Vi-VR值相差V1，這種情形稱為遲滯(hysteresis)現象。史密特觸發器便是利用這種現象而做成的電路。

反相的史密特觸發器，輸出電壓經由分壓電路回授至運算放大器，參考電壓則加在R1 及R2 的末端。回授β 值為R2/(R1+R2)，此電路為正回授，如果輸出增加了V，則有回授βV 到運算放大器。

當Vi

V+=VR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR)

當Vi=V+時，輸出轉為Vmin。

當Vi>V+

V+=VR-(R2/R1+R2)(Vmin+VR)

若此時V+漸漸小至V2，則輸出又轉為Vmax。由于遲滯現象，使得觸發輸出電

壓轉相的電壓有所上同，輸入電壓增加產生輸出轉相時所的電壓，要比輸入電壓

降低時所產生的輸出轉相所需電壓來得大(V1>V2)。

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