施密特觸發器電路原理

admin @ 2014-03-16 , reply:0

什麼叫觸發器
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。不同於比較器,施密特觸發電路有兩個臨界電壓且形成一個滯後區,可以防止在滯后範圍內之雜訊干擾電路的正常工作。如遙控接收線路,感測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,若輸入端有雜訊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 分壓後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,所以只要雜訊的大小在兩個臨界電壓(上臨界電壓及下臨界電壓)形成的滯后電壓範圍內,即可避免雜訊誤觸發電路,如表1 所示838電子


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
上臨界電壓VTH
下臨界電壓VTL
滯后寬度(電壓)VH
VTLVTH
輸入端信號νI 上升到比VTH 大時,觸發電路使νO 轉態
輸入端信號νI 下降到比VTL 小時,觸發電路使νO 轉態
上、下臨界電壓差VH =VTH -VTL
雜訊在容許的滯 后寬度範圍內,νO 維持穩定狀態 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於上臨界電壓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於下臨界電壓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


圖4 非反相史密特觸發器
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:




圖5 (a)計算機模擬圖 (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於下臨界電壓VTL 時,輸出信號由正狀態轉變為負狀態:
νo TL →νo = - Vsat
當輸入信號上升到大於上臨界電壓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:

當ViR+(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。由於遲滯現象,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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