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施密特触发器电路的原理和应用

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施密特触发器是比较器电路的一种形式,它具有迟滞或不同的输入切换电平以在两种状态之间改变输出。比较器的核心是一个差分放大器,比较器的动作意味着模拟输入有效地变为数字输出,具体取决于输入端的电压。
当输入电压接近开关电压时,输入噪声的影响可能会导致输出发生多次开关,通过使用迟滞,会显着降低这种影响,施密特触发器的本质是一个差分放大器,运放常被用作此角色,但最好使用特定的比较器芯片来扮演此角色。
什么是迟滞
对于施密特触发器而言,迟滞现象意味着电路会在不同的电压下触发,以将输出从一种状态切换到另一种状态。
举个例子,以参考电压为 5 伏为例。随着电压升高,例如升高为 5.5 伏。然后输出向一个方向切换,当输入电压必须下降到一定值,例如 4.5 伏,输出向另一个方向切换。这样,任一方向的开关之间都存在 1 伏特的差异,这提供了一些显着的抗噪性。
                              
如果比较器不使用迟滞电压的话,一旦输入信号上升缓慢,则波形上的噪声会导致比较器输出状态的多次切换。通过使用迟滞,可以克服这个问题,除非噪声水平非常高。施密特触发器电路非常适合许多应用来克服这个问题。
施密特触发器电路
通过添加电阻来引入正反馈,标准比较器电路通常可以转换为施密特触发器。在下面的电路中,我们通过添加电阻器 R3就能搭建一个施密特触发器电路。
新添加的电阻 R3 的作用是根据比较器的输出状态为电路提供不同的开关阈值。当比较器输出为高电平时,该电压被反馈到比较器运算放大器的同相输入端。结果,切换阈值变得更高。当输出以相反方向切换时,切换阈值降低。这给电路带来了所谓的迟滞现象。
事实上,在电路中应用正反馈可确保有效地获得更高的增益,因此切换速度更快。这在输入波形可能很慢时特别有用。然而,可以在施密特触发器电路中应用加速电容器以进一步提高开关速度。
通过在正反馈电阻器 R3 两端放置一个电容器,可以在转换期间增加增益,从而使切换速度更快。该电容器被称为加速电容器,其值可能介于 10 和 100 pF 之间,具体取决于电路。
计算施密特触发器电路所需的电阻器非常容易。电路切换的中心电压由电阻器 R1 和 R2 组成的分压器决定。所以先进行这两个电阻的选型计算。然后可以计算出反馈电阻R3。
施密特触发器应用
数模转换:施密特触发器实际上是一位模数转换器。当信号达到给定电平时,它会从一种状态切换到另一种状态。然后可以将其用于驱动其他数字电路。
电平检测:施密特触发器电路能够提供电平检测。在进行此应用时,有必要在电子电路设计期间考虑滞后电压,以便满足后端电路接通所需电压。
线路接收:需要确保逻辑输出电平仅随着数据的变化而变化,而不是由于可能的杂散噪声而变化。使用施密特触发器避免峰峰值噪声触发输出切换。

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21ic小管家 打赏了 50.00 元 2023-01-04
理由:签约作者-创作奖

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王栋春 2022-12-27 22:22 回复TA
跟着楼主复习一下相关知识,期待更多分享。 

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沙发
R2D2| | 2022-12-27 20:37 | 只看该作者
施密特触发器是数字电路的概念,你贴的是模拟电路的滞回比较器,两者虽然实质上是同一个东西,但现实中实现方法完全不一样,施密特触发器74LS14、CD40106这些的器件的比较电压范围是芯片厂家确定的,实际上离散性也不确定,拿来用就可以了。滞回比较器可以通过调整阻值来确定比较电压的大小。

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qintian0303 2023-1-6 13:34 回复TA
太较真了,人家签约作者,挣点稿费不容易 
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