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施密特觸發(fā)器磁滯可提供無(wú)噪聲的開(kāi)關(guān)和輸出
施密特觸發(fā)器的壽命比一些工程師還活著，并且就像比較器一樣，它們一直是跟蹤兩個(gè)電壓狀態(tài)之間切換的基本組件。如今，施密特觸發(fā)器已集成到IC設(shè)計(jì)中，或者它們可在中壓電路中用作簡(jiǎn)單的模擬比較器。隨著市場(chǎng)上各種運(yùn)算放大器的推出，很容易為各種模擬應(yīng)用創(chuàng)建施密特觸發(fā)電路。
就像比較器一樣，施密特觸發(fā)器可以設(shè)計(jì)成具有滯后特性，從而對(duì)噪聲不敏感。為了確保在切換過(guò)程中不受噪聲干擾，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)施密特觸發(fā)器滯后窗口，以適應(yīng)輸入觸發(fā)信號(hào)上的任何噪聲。以下是在施密特觸發(fā)器電路中設(shè)計(jì)滯后窗口的方法，以及為什么您可能想在模擬系統(tǒng)中使用施密特觸發(fā)器而不是比較器電路。
為什么使用施密特觸發(fā)器而不是比較器？
施密特觸發(fā)器與比較器電路密切相關(guān)。施密特觸發(fā)器和比較器基本上是相同的電路。當(dāng)向電路中添加一些正反饋時(shí)，任何比較器都將成為施密特觸發(fā)器，從而增加磁滯。換句話說(shuō)，所有的施密特觸發(fā)器都是比較器，由于增加了遲滯，它們被配置為以不同的轉(zhuǎn)換電壓進(jìn)行切換。
有時(shí)將具有滯后的比較器與施密特觸發(fā)器區(qū)別開(kāi)來(lái)，因?yàn)樗鼈兪峭耆煌碾娐罚撬鼈儽举|(zhì)上是相同類型的電路，并提供非常相似的功能。所有比較器都有一些內(nèi)置的磁滯，而施密特觸發(fā)器由于電路中的正反饋環(huán)路而具有額外的磁滯。下表簡(jiǎn)要比較了施密特觸發(fā)器和比較器電路的輸出和磁滯特性。
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滯后窗口大小是決定施密特觸發(fā)器電路抗噪聲能力的最重要參數(shù)；這將在下面更詳細(xì)地討論。為了了解這些特性是如何產(chǎn)生的，有助于分解施密特觸發(fā)器的常見(jiàn)拓?fù)洌ǔＪ褂眠\(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
施密特觸發(fā)器滯后運(yùn)算放大器
與不帶遲滯的典型基于運(yùn)算放大器的比較器電路相比，施密特觸發(fā)器將具有一些額外的組件。通過(guò)正反饋環(huán)路增加一些滯后，可以提供施密特觸發(fā)器電路可以實(shí)現(xiàn)的抗噪聲能力。下面的電路圖中顯示了增加磁滯和控制閾值電壓電平的示例方法。該圖顯示了反相施密特觸發(fā)器電路，其中正反饋施加于同相輸入。
施密特觸發(fā)器電路具有滯后作用。
在該電路圖中，輸出電壓取決于閾值電壓值V hi和V lo。只需使用反饋回路中三個(gè)電阻的值即可計(jì)算輸出電壓。這些電阻形成一個(gè)分壓器，通過(guò)改變同相輸入端的參考電壓來(lái)同時(shí)設(shè)置上限和下限閾值電壓。上下閾值電壓的等式如下所示。
反饋環(huán)路中的分壓器設(shè)置施密特觸發(fā)器滯后。
在上述分壓電路中，在同相輸入端看到的電壓是閾值電壓；這相當(dāng)于比較器電路中的參考電壓。一旦輸出電壓切換，在同相輸入端看到的閾值電壓也會(huì)切換狀態(tài)。這應(yīng)該可以解釋為什么上限和下限閾值電壓取決于施密特觸發(fā)器電路的輸出。
總而言之，當(dāng)輸入電壓升至高于V hi時(shí)，輸出電壓將從V +切換至V _。類似地，當(dāng)輸入電壓降至V lo以下時(shí)，輸出電壓從V _切換至V +。對(duì)于同相施密特觸發(fā)器，從高到低的切換動(dòng)作發(fā)生在相反的方向。通過(guò)在上述電路圖中選擇電阻，可以完全設(shè)置磁滯的屬性。對(duì)于同相施密特觸發(fā)器電路，輸入僅連接到運(yùn)算放大器上的同相輸入網(wǎng)絡(luò)。
輸出波形
上述電路的輸出波形如下所示。在此波形中，我們可以看到有無(wú)磁滯情況之間的比較。如果波形沒(méi)有遲滯，則輸入上的噪聲會(huì)導(dǎo)致輸出在電源電壓值之間反彈。這就是為什么我們?cè)诒容^器電路中添加一些磁滯以創(chuàng)建施密特觸發(fā)器的原因。通過(guò)將切換閾值移動(dòng)到上升沿值以下（下降沿反之亦然），輸入上的少量噪聲將不會(huì)影響輸出電壓。
施密特觸發(fā)器輸出無(wú)遲滯（左）和有遲滯（右）。
施密特觸發(fā)器可以容忍的輸入信號(hào)上的噪聲電平與滯后窗口大致相同。在查看時(shí)域中的噪聲時(shí)，RMS噪聲水平通常是比較的合適度量。如果需要對(duì)照電路中的預(yù)期噪聲水平檢查施密特觸發(fā)器滯后窗口，則需要正確的電路設(shè)計(jì)和仿真工具集。
模擬施密特觸發(fā)器滯后
模擬施密特觸發(fā)器行為的主要工具是直流分析（用于設(shè)計(jì)反饋回路）和瞬態(tài)分析（用于檢查輸出波形）。當(dāng)由運(yùn)算放大器或晶體管構(gòu)建這些電路時(shí)，您需要為這些子電路使用標(biāo)準(zhǔn)模型，以通過(guò)直流掃描和時(shí)域仿真產(chǎn)生準(zhǔn)確的行為。