国学经典,永久流传《诗经朗诵全集》
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2023-07-31
施密特触发器是一种由电位触发的触发器(一般触发器由时钟边沿触发)。它在输入电压的负向下降和正向上升方向具有不同的阈值电压,这使它具有很强的抗干扰能力。
其示意符号如下图所示:
下图显示了UTC 74hc 04数据手册的功能框图(六相反相施密特触发器):
输入和输出电压参数如下:
例如,请参考下表中PhilipsSemiconductor的74HC04数据表的功能框图(六个变频器):
输入和输出电压参数如下:
其中,VOH和VOL代表输出电压的高电平和低电平值,VIH和VIL代表输入电压的高电平和低电平值,在定义上完全一致。另外,让我们看看它们的逻辑功能,如下图所示:
这是完全相同的逻辑否定。种种迹象表明,施密特触发器是一个数字逻辑器件,但遗憾的是,它是一个以比较器为核心的模拟电路,如下图所示:
这好像是反比例运算放大器电路,等一下!不是,输出电压VO通过电阻R1和R2反馈到比较器的同相端,这是一个正反馈电路。我们简单分析如下:
假设输入电压的初始状态为0V,输出电压状态为高电平VOH。为什么是高水平?假设输出电压为低电平VOL(负电压,比较器输出只有两种状态),经电阻R1和R2分压后仍为负。因此,同相端的电位为负,低于反相端的电位,所以输出电压仍会转换为高电平,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,输出Vo就不会改变,VIH公式如下:
此时,状态如下图所示:
当输入电压Vi超过VIH时,由于同相端的电位小于反相端的电位,输出电压转换为低电平,电阻R1和R2的分压为:
如下图所示:
无论此时输入电压Vi如何变化,只要不小于VIL,比较器的输出电压就不会变化。只有当输入小于VIL时,同相端的电位才高于反相端的电位,变为高电平VOH:
那么波形如下图所示:
这里我们把ViH和VIL作为施密特触发电路的输入高压阈值和输入低压阈值,即只有当输入电压VI的变化超出(VIL~VIH)的范围时,输出电压VO才会翻转。
如果是简单的比较器,输出电压VO如下图所示:
可以看出,由于施密特触发电路输入电压阈值VIH和VIL的存在,施密特触发电路的抗干扰能力明显增强,即抑制了0电平附近的噪声。
施密特触发器的电压转移曲线(VTC)如下图所示:
下图显示了同相施密特触发器电路:
其工作原理类似于反施密特触发器。读者可以自己分析输入阈值电压VIL和VIH。其原理图如下(输出引脚少了一个表示非逻辑的圆圈):
以上是双电源供电的施密特触发器电路。如果它不能由单一电源供电,VIH仍然有意义,但VIL没有意义。因为VIL接近0V,必须想办法拉VIL,所以它的VTC应该如下图所示:
我们将双电源系统改为单电源系统,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上拉电阻R3,以提升同相端的VIL。当输出为低电平VOL时,电路等效如下图所示:
对应于输入高电压阈值VIH的表达式如下:
当输出为高电平VOH时,电路等效如下图所示:
对应于输入低电压阈值的表达式如下:
单电源同相施密特触发器如下图所示:
读者可以自行分析其输入的低级阈值和高级阈值。
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本文标题:施密特触发器原理(施密特触发器电路的工作原理!)
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