符号
电路图中的施密特触发器符号是一个三角中画有一个反相或非反相滞回符号。
这一符号描绘了对应的理想滞回曲线。
非反相施密特触发器
反相施密特触发器
因此V in必须降低到低于时,输出才会翻转状态。
一旦比较器的输出翻转到−V S,翻转回高电平的阈值就变成了。
非反相施密特比较器典型的滞回曲线,与其符号上的曲线一致,M是电源电压,T是阈值电压
这样,电路就形成了一段围绕原点的翻转电压带,而触发电平是。
只有当输入
电压上升到电压带的上限,输出才会翻转到高电平;只有当输入电压下降到电压带的下限,输出才会翻转回低电平。
若R1为0,R2为无穷大(即开路),电压带的宽度会压缩
到0,此时电路就变成一个标准比较器。
输出特性如右图所示。
阈值T由给出,输出M的最大值是电源轨。
实际配置的非反相施密特触发电路如下图所示。
反相施密特触发器的滞回曲线
上述电路满足如下关系:
其中U1和U2是阈值电压,U v是电源电压。
[编辑]两个晶体管实现的施密特触发器
在使用正反馈配置实现的施密特触发器中,比较器自身可以实现的大部分复杂功能都没有使用。
因此,电路可以用两个交叉耦合的晶体管来实现(即晶体管可以用另外一种方式来实现输入级)。
基于2个晶体管的施密特触发电路如下图所示。
通路R K1 R1 R2设定了晶体管T2的基极电压,不过,这一分压通路会受到晶体管T1的影响,如果T1开路,通路将会提供更高的电压。
因此,在两个状态间翻转的阈值电压取决于触发器的现态。
对于如上所示的NPN晶体管,当输入电压远远低于共射极电压时,T1不会导通。
晶体管T2的基极电压由上述分压电路决定。
由于接入负反馈,共射极上所加的电压必须几乎与分压电路上所确定的电压几乎一样高,这样就能使T2导通,并且触发器的输出是低电平状态。
当输入电压(T1基极电压)上升到比电阻R E上的电压(射极电压)稍高时,T1将会导通。
当T1开始导通时,T2不再导通,因为此时分压通路提供的电压低于T2基极电压,而射极电压不会降低,因为T1此时消耗通过R E的电流。
此时T2不导通,触发器过渡到高电平状态。
此时触发器处于高电平状态,若输入电压降低得足够多,则通过T1的电流会降低,这会降低T2的共射极电压并提高其基极电压。
当T2开始导通时,R E上的电压上升,然后会降低T1的基极-射极电位,T1不再导通。
在高电平状态时,输出电压接近V+;但在低电平状态时,输出电压仍会远远高于V−。
因此在这种情况下,输出电压不够低,无法达到逻辑低电平,这就需要在触发器电路上附加放大器。
上述电路可以被简化:R1可以用短路连接代替,这样T2基极就直接连接到T1集电极,R2可以去掉并以开路代替。
电路运行的关键是当T1接通(电流输入基极的结果)时,通过R E的电流比T1截止时小,因为T1导通时会使T2截止,而当T2导通时,相比T1会为R E提供更大的通过电流。
当流入R E的电流减小时,其上的电压会降低,因此一旦电流开始流入T1,输入电压一定会降低以使T1回到截止状态,这是因为此时T1的射极电压已降低。
这一施密特触发缓冲器也可以变成一个施密特触发反相器,而且在此过程中还能省去一个电阻,方法是将R K2以短接代替,并将V out连接到T2射极而不是集电极。
不过在这种情况下,R E的阻值应该更大,因为此时R E要充当输出端的下拉电阻,作用是当输出应该为低电平时,其会降低输出端的电压。
若R E的阻值较小,其上只能产生一个较小的电压,在输出应该为数字低电平时,这一电压实际上会提高输出电压。
[编辑]应用
施密特触发器在开环配置中常用于抗扰,在闭环正反馈配置中用于实现多谐振荡器。
[编辑]抗扰
施密特触发器的一个应用是增强仅有单输入阈值的电路的抗扰能力。
由于只有一个输入阈值,阈值附近的噪声输入信号会导致输出因噪声来回地快速翻转。
但是对于施密特触发器,阈值附近的噪声输入信号只会导致输出值翻转一次,若输出要再次翻转,噪声输入信号必须达到另一阈值才能实现,这就利用了施密特触发器的回差电压来提高电路的抗干扰能力。
例如,在仙童半导体公司的QSE15x红外光电传感器家族[3]中,放大式红外光电二极管能产生电信号使频率在绝对最高值和绝对最低值间翻转。
这种电信号经过低通滤波后能产生平滑信号,而这种平滑信号的上升和下降与翻转信号为开启或关闭所需时间的相对量一致。
滤波后的输出传递到施密特触发器的输入。
实际结果是施密特触发器的输出只从
低电平过渡到高电平,而这一过程在接收到的红外信号以长于某个已知时延的时间激励光电二极管之后,一旦施密特触发器的输出变为高电平,其输出只会在红外信号不再以长于类似已知时延的时间激励光电二极管之后才会变为低电平。
鉴于光电二极管容易因为环境中的噪声发生伪翻转,由滤波器和施密特触发器实现的时延能确保输出只在输入确实激励元件时才会翻转。