运算放大器施密特触发电路基础知识

施密特触发器是比较器电路的形式，具有迟滞或不同的输入开关电平，可在两种状态之间改变输出。

比较器的核心有一个差分放大器，比较器动作意味着模拟输入根据输入端的电压有效地转换为数字输出。

通过使用迟滞，当输入电压接近开关电压时，输入端的噪声效应可能会显著降低，该噪声可能会在输出端引起多个开关。

施密特触发器的本质是差分放大器：运算放大器通常用于此角色，但在此角色中使用特定的比较器芯片要好得多。

什么是滞后

在整个科学中，迟滞在许多情况下都会发生，但在施密特触发器的情况下，迟滞意味着电路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。

为了更详细地解释这一点，请以参考电压为 5 伏的示例为例。随着电压的升高，取决于电路的电压为5.5伏。然后，要向另一个方向切换，输入电压必须降至 4.5 伏。

这样，任一方向的开关之间都有 1 伏的差异，这提供了一些显着的抗噪性。

施密特触发电路中使用的迟滞概念

比较器不使用迟滞的问题在于，如果输入信号上升缓慢，则波形上的噪声将导致比较器输出状态的多次切换。通过使用滞后，这个问题可以克服，除非噪声水平非常高。施密特触发电路是克服该问题的许多应用的理想选择。幸运的是，在大多数情况下，通过添加单个电子元件，可以将直接比较器转换为施密特触发器

由于噪声导致的多个输出开关会导致以下数字电路出现许多问题，在很多情况下，电子电路设计工程师花费了大量时间调试具有此类问题的电路，因为它们有时很难追踪。

施密特触发电路已被广泛使用多年。它是由一位名叫奥托·施密特的美国科学家发明的。施密特触发器根据它是从低到高还是从高到低以不同的电压切换，采用所谓的迟滞。

就施密特触发器具有迟滞这一事实而言，其中一个电路的电路符号将滞后符号包含在其中。因此，所有施密特触发器都使用此符号。

施密特触发电路符号

施密特触发电路

标准比较器电路通常可以在电子设计阶段通过添加额外的电子元件引入正反馈来转换为施密特触发器。在下面的电路中，这是通过添加电阻R3来实现的。

运算放大器施密特触发电路

新电阻R3的作用是根据比较器或运算放大器的输出状态，为电路提供不同的开关阈值。当比较器的输出为高电平时，该电压被反馈到比较器运算放大器的同相输入端。因此，开关阈值变得更高。当输出以相反的检测方式切换时，开关阈值降低。这给电路带来了所谓的迟滞。

事实上，电路内施加的正反馈确保了更高的增益，因此开关速度更快。当输入波形可能很慢时，这特别有用。但是，可以在施密特触发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R3上放置一个电容，可以在转换过程中增加增益，从而使开关速度更快。这种电容器，称为加速电容器，其功率可能在10到100 pF之间，具体取决于电路。

计算施密特触发电路中所需的电阻非常容易。电路应切换的中心电压由电阻R1和R2组成的分压器链决定。应该首先选择这个。然后可以计算反馈电阻R3。这将提供一个迟滞水平，该电位等于电路的输出摆幅，该摆幅由R3和电阻R1和R2的并联组合形成的电位分压减小。

施密特触发器应用

施密特触发器用于许多需要检测电平的应用。即使只使用少量的迟滞，它也能减少开关点周围可能发生的多次转换。

因此，施密特触发器应用包括电子电路设计的许多不同领域。

数模转换：施密特触发器实际上是一个比特模数转换器。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，这可用于驱动其他数字电路。

液位检测：施密特触发电路能够提供液位检测。在进行此应用时，有必要在电子电路设计过程中考虑滞后电压，以便电路接通所需的电压。

线路接收：当运行可能已拾取噪声到逻辑门的数据线时，必须确保逻辑输出电平仅随着数据的变化而变化，而不是由于可能已拾取的杂散噪声而变化。使用施密特触发器可以使峰峰值噪声在可能发生杂散触发之前达到迟滞水平。

施密特触发注意事项

使用运算放大器作为比较器时，必须小心。运算放大器芯片本身针对负反馈的闭环操作进行了优化。因此，运算放大器制造商不保证其运算放大器可用于无反馈或正反馈的电路，如施密特触发器。

其中一个问题是，当使用运算放大器代替比较器时，开关速度不会那么高，也不太可能对电源轨造成如此大的冲击。

通常，比较器设计用于开环电路条件，甚至在施密特触发器的情况下与正反馈一起使用。它们还具有集电极开路式电路配置，旨在根据逻辑电路的要求硬开关至电压轨。由于这个原因和许多其他原因，比较器将提供比运算放大器更好的开关特性。

在某些情况下可能出现的进一步问题是，当运算放大器被用力驱动到电源轨时，它将消耗比平时更多的功率。另一个可能出现的问题是锁存，其中运算放大器将锁存到电压轨并保持在那里，无论输入电平如何，都不会切换。

施密特触发器用于许多不同的电子电路中，在这些电路中，模拟信号需要被检测并转换为数字格式。该电路已经存在多年，在当今许多电子电路设计中提供了非常有用的功能。

审核编辑：黄飞