施密特触发器和比较器的区别.docx
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施密特触发器和比较器的区别
施密特触发器和比较器的区别
LT
施密特触发器
一般比较器只有一个作比较的临界电压,若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时,输出端即受到干扰,其正负状态产生不正常转换,如图1所示。
图1 (a)反相比较器 (b)输入输出波形
施密特触发器如图2所示,其输出电压经由R1、R2分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。
因为正反馈会产生滞后(Hysteresis)现象,所以只要噪声的大小在两个临界电压(上临界电压及下临界电压)形成的滞后电压范围内,即可避免噪声误触发电路,如表1所示
图2 (a)反相斯密特触发器 (b)输入输出波形
表1施密特触发器的滞后特性
上临界电压VTH
下临界电压VTL
滞后宽度(电压)VH
VTL<噪声输入端信号νI上升到比VTH大时,触发电路使νO转态
输入端信号νI下降到比VTL小时,触发电路使νO转态
上、下临界电压差VH=VTH-VTL
噪声在容许的滞后宽度范围内,νO维持稳定状态
反相施密特触发器
电路如图2所示,运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换:
νO=±Vsat。
输出电压经由R1、R2分压后反馈到非反相输入端:
ν+=βνO,
其中反馈因数=
当νO为正饱和状态(+Vsat )时,由正反馈得上临界电压
当νO为负饱和状态(-Vsat )时,由正反馈得下临界电压
VTH与VTL之间的电压差为滞后电压:
2R1
图3 (a)输入、输出波形 (b)转换特性曲线
输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。
当输入信号上升到大于上临界电压VTH时,输出信号由正状态转变为
负状态即:
νI>VTH→νo=-Vsat
当输入信号下降到小于下临界电压VTL时,输出信号由负状态转变为
正状态即:
νI<VTL→νo=+Vsat
输出信号在正、负两状态之间转变,输出波形为方波。
非反相施密特电路
图4非反相史密特触发器
非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端,如图4所示。
由重迭定理可得非反相端电压
反相输入端接地:
ν-=0,当ν+=ν-=0时的输入电压即为临界电压。
将ν+=0代入上式得
整理后得临界电压
当νo为负饱和状态时,可得上临界电压
当νo为正饱和状态时,可得下临界电压,
VTH与VTL之间的电压差为滞后电压:
图5(a)计算机仿真图 (b)转换特性曲线
输入、输出波形与转换特性曲线如图5所示。
当输入信号下降到小于下临界电压VTL时,输出信号由正状态转变为
负状态:
νo当输入信号上升到大于上临界电压VTH时,输出信号由负状态转变为
正状态:
νo>VTL→νo= +Vsat
输出信号在正、负两状态之间转变,输出波形为方波。
史密特触发器电路原理实验:
如图6,当Vi大于VR时运算放大器的输出会得到一个正向电压输出;若VR大于
Vi时则会得到一个负电压。
电压的大小则由两个齐紊二极管来限压。
理想的运
算放大器其输出上升时间为0,而在实际的电路上是上可能得到这么理想的曲
线,一般从负压上升到正压需要一小段的上升时间。
换言之,运算放大器并上能
立刻反应Vi及VR所形成的电压差。
如果参考电压VR固定,那么当Vi慢慢增加时,仅在Vi-VR≧V1时。
运算
放大器的输出达到Vmax;而当Vi渐渐减小时却必须于Vi-VR≦V1伏特时,输
出才为Vmin。
也即,欲达Vmax及Vmin输出电压的条件上一样,两者Vi-VR
值相差V1,这种情形称为迟滞(hysteresis)现象。
史密特触发器便是利用这种现象
而做成的电路。
反相的史密特触发器,输出电压经由分压电路回授至运算放大器,参考电压
则加在R1及R2的末端。
回授β值为R2/(R1+R2),此电路为正回授,如果输出
增加了V,则有回授βV到运算放大器。
当ViV+=VR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR)
当Vi=V+时,输出转为Vmin。
当Vi>V+
V+=VR-(R2/R1+R2)(Vmin+VR)
若此时V+渐渐小至V2,则输出又转为Vmax。
由于迟滞现象,使得触发输出电压转相的电压有所上同,输入电压增加产生输出转相时所的电压,要比输入压降低时所产生的输出转相所需电压来得大(V1>V2)。
图6