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施密特触发器 图文并茂全面讲解原理图符号

2020-08-26 16:35:16 来源 : 电子制作站 百家号

施密特触发器(Schmidt trigger)是一种由电位触发的触发器(一般触发器由时钟沿触发),它在输入电压的负向递减和正向递增两种不同变化方向有不同的阈值电压,从而使得它具有较强的抗干扰能力。

其原理图符号如下图所示:

如下图所示为UTC的74HC04数据手册功能框图(六反相施密特触发器):

其输入输出电压参数如下表:

对比如下表PhilipsSemiconductor的74HC04数据手册功能框图(六反相器):

其输入输出电压参数如下表:

其中,VOH与VOL表示输出电压的高电平值与低电平值,VIH与VIL表示输入电压的高电平与低电平值,在定义上两者是完全一致的,另外,我们看看如下图所示两者逻辑功能:

是完全一样的逻辑“非”,种种迹象表明,施密特触发器是一种数字逻辑器件,但很遗憾,它是一种以比较器为核心的模拟电路,如下图所示:

这好像是一个反相比例运算放大电路,waita minute! 不对,输出电压VO是经过电阻R1、R2反馈到比较器的同相端,是一个正反馈电路,我们简单分析如下:

假设输入电压初始状态为0V,则输出电压状态为高电平VOH,为什么会是高电平?假设输出电压是低电平VOL(负电压,比较器输出只有两个状态),经过电阻R1、R2分压之后还是负电压,因此,同相端的电位为负电压,比反相端电位要低,因此输出电压还是会转换为高电平,如下图所示:

当输入电压Vi逐渐增加时,只要输入电压不大于VIH,则输出Vo是不会变化的,而VIH的公式如下式:

此时状态如下图所示:

当输入电压Vi超过VIH时,由于同相端电位小于反相端电位,因此输出电压转换为低电平,则电阻R1、R2的分压为:

如下图所示:

此时无论输入电压Vi如何变化,只要不小于VIL,则比较器的输出电压仍然是不会变化的,只有当输入小于VIL时,同相端电位高于反相端电位而翻转为高电平VOH:

则有如下图所示的波形:

这里我们把VIH与VIL当作施密特触发器电路的输入高电压阈值与输入低电压阈值,亦即只有当输入电压Vi变化超过(VIL~VIH)范围之外时,输出电压VO才会翻转。

如果是单纯的比较器,则输出电压VO如下图所示:

可以看到,由于施密特触发器电路的输入电压阈值VIH与VIL的存在,使其在抗干扰能力方面有了明显的增强,亦即抑制了在0电平附近的噪声。

施密特触发器的电压传输曲线(VTC)如下图所示:

下图为同相施密特触发器电路:

其工作原理与反相施密特触发器类似,读者可自行分析输入阈值电压VIL与VIH,它的原理图如下所示(输出引脚少了一个代表非逻辑的圈圈):

以上是双电源供电的施密特触发器电路,如果单电源供电时就无法使用了,VIH还说得通,但VIL就不行了,因为VIL接近0V,必须想办法拉VIL一把,这样它的VTC应该如下图所示:

我们把双电源供电系统改为单电源供电系统,如下图所示单电源反相施密特触发器:

在双电源反相施密特触发器电路的基础上增加了一个上拉电阻R3,以便把同相端的VIL抬起来,当输出为低电平VOL时,则电路等效如下图所示:

则对应输入高电压阀值VIH的表达式如下:

当输出为高电平VOH时,则电路等效如下图所示:

则对应输入低电压阀值的表达式如下:

如下图所示的单电源同相施密特触发器:

读者可自行分析其输入低电平阈值与高电平阈值。

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