施密特觸發器是比較器電路的形式，具有遲滯或不同的輸入開關電平，可在兩種狀態之間改變輸出。

比較器的核心有一個差分放大器，比較器動作意味著模擬輸入根據輸入端的電壓有效地轉換為數字輸出。

通過使用遲滯，當輸入電壓接近開關電壓時，輸入端的噪聲效應可能會顯著降低，該噪聲可能會在輸出端引起多個開關。

施密特觸發器的本質是差分放大器：運算放大器通常用于此角色，但在此角色中使用特定的比較器芯片要好得多。

什么是滯后

在整個科學中，遲滯在許多情況下都會發生，但在施密特觸發器的情況下，遲滯意味著電路在不同的電壓下觸發，以將輸出從一種狀態切換到另一種狀態。

為了更詳細地解釋這一點，請以參考電壓為 5 伏的示例為例。隨著電壓的升高，取決于電路的電壓為5.5伏。然后，要向另一個方向切換，輸入電壓必須降至 4.5 伏。

這樣，任一方向的開關之間都有 1 伏的差異，這提供了一些顯著的抗噪性。

施密特觸發電路中使用的遲滯概念

比較器不使用遲滯的問題在于，如果輸入信號上升緩慢，則波形上的噪聲將導致比較器輸出狀態的多次切換。通過使用滯后，這個問題可以克服，除非噪聲水平非常高。施密特觸發電路是克服該問題的許多應用的理想選擇。幸運的是，在大多數情況下，通過添加單個電子元件，可以將直接比較器轉換為施密特觸發器

由于噪聲導致的多個輸出開關會導致以下數字電路出現許多問題，在很多情況下，電子電路設計工程師花費了大量時間調試具有此類問題的電路，因為它們有時很難追蹤。

施密特觸發電路已被廣泛使用多年。它是由一位名叫奧托·施密特的美國科學家發明的。施密特觸發器根據它是從低到高還是從高到低以不同的電壓切換，采用所謂的遲滯。

就施密特觸發器具有遲滯這一事實而言，其中一個電路的電路符號將滯后符號包含在其中。因此，所有施密特觸發器都使用此符號。

施密特觸發電路符號

施密特觸發電路

標準比較器電路通常可以在電子設計階段通過添加額外的電子元件引入正反饋來轉換為施密特觸發器。在下面的電路中，這是通過添加電阻R3來實現的。

運算放大器施密特觸發電路

新電阻R3的作用是根據比較器或運算放大器的輸出狀態，為電路提供不同的開關閾值。當比較器的輸出為高電平時，該電壓被反饋到比較器運算放大器的同相輸入端。因此，開關閾值變得更高。當輸出以相反的檢測方式切換時，開關閾值降低。這給電路帶來了所謂的遲滯。

事實上，電路內施加的正反饋確保了更高的增益，因此開關速度更快。當輸入波形可能很慢時，這特別有用。但是，可以在施密特觸發電路中應用加速電容器，以進一步提高開關速度。

通過在正反饋電阻R3上放置一個電容，可以在轉換過程中增加增益，從而使開關速度更快。這種電容器，稱為加速電容器，其功率可能在10到100 pF之間，具體取決于電路。

計算施密特觸發電路中所需的電阻非常容易。電路應切換的中心電壓由電阻R1和R2組成的分壓器鏈決定。應該首先選擇這個。然后可以計算反饋電阻R3。這將提供一個遲滯水平，該電位等于電路的輸出擺幅，該擺幅由R3和電阻R1和R2的并聯組合形成的電位分壓減小。

施密特觸發器應用

施密特觸發器用于許多需要檢測電平的應用。即使只使用少量的遲滯，它也能減少開關點周圍可能發生的多次轉換。

因此，施密特觸發器應用包括電子電路設計的許多不同領域。

數模轉換：施密特觸發器實際上是一個比特模數轉換器。當信號達到給定電平時，它會從一種狀態切換到另一種狀態。然后，這可用于驅動其他數字電路。

液位檢測：施密特觸發電路能夠提供液位檢測。在進行此應用時，有必要在電子電路設計過程中考慮滯后電壓，以便電路接通所需的電壓。

線路接收：當運行可能已拾取噪聲到邏輯門的數據線時，必須確保邏輯輸出電平僅隨著數據的變化而變化，而不是由于可能已拾取的雜散噪聲而變化。使用施密特觸發器可以使峰峰值噪聲在可能發生雜散觸發之前達到遲滯水平。

施密特觸發注意事項

使用運算放大器作為比較器時，必須小心。運算放大器芯片本身針對負反饋的閉環操作進行了優化。因此，運算放大器制造商不保證其運算放大器可用于無反饋或正反饋的電路，如施密特觸發器。

其中一個問題是，當使用運算放大器代替比較器時，開關速度不會那么高，也不太可能對電源軌造成如此大的沖擊。

通常，比較器設計用于開環電路條件，甚至在施密特觸發器的情況下與正反饋一起使用。它們還具有集電極開路式電路配置，旨在根據邏輯電路的要求硬開關至電壓軌。由于這個原因和許多其他原因，比較器將提供比運算放大器更好的開關特性。

在某些情況下可能出現的進一步問題是，當運算放大器被用力驅動到電源軌時，它將消耗比平時更多的功率。另一個可能出現的問題是鎖存，其中運算放大器將鎖存到電壓軌并保持在那里，無論輸入電平如何，都不會切換。

施密特觸發器用于許多不同的電子電路中，在這些電路中，模擬信號需要被檢測并轉換為數字格式。該電路已經存在多年，在當今許多電子電路設計中提供了非常有用的功能。

審核編輯：黃飛