斯密特触发器

工业设备

施密特触发器可以用于波形变换、脉冲整形、脉冲鉴幅。施密特触发器常常又称为迟滞比较器、滞回比较器，它的主要用途是波形整形、变换、比较、鉴幅等，其抗干扰的能力在各类比较器中首屈一指。在其他各类比较器中，当输入电压在阈值电压附近有任何微小变化时，输出电压都会出现跃变，不论这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰．施密特触发器具有滞回特性，即具有惯性，因而也就具有一定的抑制干扰的能力。

实现

施密特触发器就是当输入信号发生足够大的变化时，触发器将触发输出。施密特触发器的滞回特性以及它的两个不同阈值上工作的能力，这使得它可以有效地运用于各种模拟电路和数字电路中的噪声抑制。施密特触发器从电磁干扰的角度为提高电路的灵敏度提供了一个有价值的解决方案。施密特触发器也被称为双稳态电路，因为它能够在两个不同阈值上工作。施密特触发器的这一特性还有助于将模拟信号转换为数字信号，从而导致脉冲的整形。施密特触发器是具有正反馈信号的比较电路，这意味着电路的环路增益大于 1。反馈的目的是为了给施密特触发器提供不同的阈值电压，从而获得磁滞特性，从而提高 CMOS 器件的噪声灵敏度，使器件能够稳定运行。施密特触发器作为信号恢复电路，通过消除噪声内容，推断出原始输入信号量。根据电路设计的延迟、功率和面积等性能要求，可以使用各种设计方法实现施密特触发器。

名称来源

施密特触发电路刚开始的名称是来自于图1所示的电路结构，但是在后来的研究中学者们把凡是带有施密特触发特性的电路全部称作为施密特触发电路。如图1所示，通过两个 CMOS 反相器 G1、G2 以及两个电阻 R1、R2 所构成的施密特触发电路。从图1可以发现，两个 CMOS反相器通过串接相连，通过分压电阻把输出端的电压反馈给输入端，便组成了带有施密特触发特性的电路。

应用

电流模式施密特触发器电路如图2所示。Iin、Iout分别为输入和输出电流，Icontrol是控制电流。电源电压VDD=2.0V，VSS=-2.0V。

特点

施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，在性能上有2个重要特点：第一，输入信号从低电平上转换电平和从高电平下降时的转换电平不同；第二, 在电路状态转换时, 通过电路内部的正反馈过程使输出电压边沿变得很陡。利用这2个特点，可以将边沿变化缓慢的信号波形（如正弦波）整形为边沿陡峭的矩形波，还可加于矩形脉冲信号高、低电平上的噪声有效地清除。

种类

运放实现的斯密特触发器

采用运放实现的斯密特触发器，包括反相输入和同相输入两种施密特触发器，其电路分别如图3、图4所示。可见，在电路上反相输入和同相输入的两类施密特触发器仅在输入电压VI、参考电压VREF所处的位置上有所不同，其它完全一样，也就是说，只要把VI和VREF调换位置，反相输入斯密特触发器就变成了同相输入斯密特触发器，同相输入斯密特触发器亦变成了反相输入斯密特触发器。

图2所示给出斯密特触发器特有的电压传输特性，也可以作为斯密特触发器的特有标志，如图5所示，斯密特触发器的特有标志是一个矩形框，该矩形框的上下对角各有 1 根延伸线，由延伸线可以判断是反相输入斯密特触发器，还是同相输入斯密特触发器。一般来说，以上延伸线的方向作为判断依据既比较合理。上延伸线向左（负方向）的为反相输入斯密特触发器；向右（正方向）为同相斯密特触发器。对于相同的输入信号，反相输入和同相输入斯密特触发器的输出波形刚好反相 180°。

反相输入斯密特触发器的阈值电压计算公式的标准式（推导从略）为：

同相输入斯密特触发器的阈值电压计算公式的标准式（推导从略）为：

由标准式可见，当参考电压VREF不为零时，阈值电压VT1、VT2由VREF、VZ、R1和R2四个参数决定；当参考电压VREF 等于零时，阈值电压的计算公式变得很简单，且此时电压传输特性曲线以坐标原点 O为中心，上下左右对称，VT1=-VT2。

逻辑门电路实现的斯密特触发器

由集成与非门逻辑门电路实现的斯密特触发器，如图6所示。

由图7可见，集成与非门构成的施密特触发器的电路很简单，用一片 74LS00芯片加一个普通二极管就可以实现．显然，VT1=0.7 V，VT2=1.4 V．对于输入信号VI、VO1和VO2的输出波形相位相反，即反相180°的矩形波，因此可以得到如上所示的 2 个刚好相反的电压传输特性。这正好与运放构成的反相、同相输入施密特触发器的电压传输特性一致，它的标志符号如图7所示。

由集成与非门逻辑门电路及 555 定时器实现的斯密特触发器，如图8所示。可以看出由555定时器构成的施密特触发器，仅一个输出VO。而由电压传输特性可见它与运放构成的反相输入施密特触发器的电压传输特性相似．显然它的阈值电压VT1=1/3Vcc，VT2=2/3Vcc。

两个晶体管实现的斯密特触发器

如图9所示施密特电路是依靠共射极电阻耦合的两极正反馈放大器，令三极管发射结的导通电压为0.7V，则当输入端的电压VI到达低电平时即VI近似为零那么VI-VE=VBE1<0.7V，此时T1将会截止，T2将会饱和导通。如果VI慢慢地增大而使得0.7V

如果VI从高电平慢慢地下降到到低电平，并使得VBE1降到近似 0.7V时，iC1开始降低，而iC1的减小会使VC1上升，从而使iC2上升，又导致VE上升，而VE上升使得VBE1下降，而VBE1的减小便又会使iC1下降，如此便形成了另一个正向反馈，使得电路快速的变为T1截止关断，T1饱和导通的状态。

由以上两个过程可知，不论T2从截止关断变为饱和导通还是从饱和导通变为截止关断，都会有一个正向反馈的发生，这让输出端电压VO无论上升还是下降都非常快，且上升沿与下降沿都非常的陡。

因为电阻R1>R2，所以当T1饱和导通时的VE肯定要小于T2饱和导通时VE的大小，那么T1从截止关断转变为导通时的输入电压一定是比T1从导通转变为截止关断时的输入电压要高，从而就会得出图10的电压传输特性。一般会分别使用VT+与VT-来表示VI增大时T1由截止转变为导通后的输入电压和VI降低时T1从导通转变为截止关断时的输入电压，分别将VT+与VT-称为正向阈值电压和反向阈值电压，并且把|VT+-VT-|称作为回差电压。与此同时将如图10这种类型的电压传输特性称作为施密特触发特性。

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