一、什么是施密特觸發器?

施密特觸發器可以定義為一個再生比較器。它采用正反饋并將正弦輸入轉換為方波輸出。施密特觸發器的輸出在上限和下限閾值電壓處擺動，這是輸入波形的參考電壓。它是一種雙穩態電路，當輸入達到某些設計的閾值電壓電平時，輸出在兩個穩態電壓電平(高和低)之間擺動。

施密特觸發器電路

它們分為兩種類型，即反相施密特觸發器和非反相施密特觸發器。反相施密特觸發器可以定義為連接到運算放大器正極端子的輸出元件。類似地，同相放大器可以定義為輸入信號在運算放大器的負端子處給出。

二、施密特觸發器的作用和應用

施密特觸發器是一種特殊的電子開關，它有兩個穩定狀態，分別稱為“低”和“高”。與傳統的電子開關不同，施密特觸發器采用電位觸發方式，其狀態由輸入信號的電位維持。更具體地說，當輸入信號的電位高于某一正向閾值電壓時，施密特觸發器輸出為高電平;當輸入信號的電位低于某一負向閾值電壓時，輸出為低電平。這種雙閾值特性使得施密特觸發器在信號處理中具有獨特的優勢。

施密特觸發器的工作原理基于正反饋機制。當輸入信號的電位發生變化時，觸發器會根據輸入信號的電位與閾值電壓的比較結果來改變其輸出狀態。具體來說，當輸入信號的電位從低電平上升到高于正向閾值電壓時，觸發器會切換到高電平狀態，并通過正反饋機制保持這一狀態，直到輸入信號的電位下降到低于負向閾值電壓時，觸發器才會切換回低電平狀態。這種滯回現象使得施密特觸發器對輸入信號的微小變化具有抑制作用，從而提高了信號的穩定性和可靠性。

在電子學和數字電路領域中，施密特觸發器是一個重要且獨特的元件。它以其獨特的雙閾值特性和滯回現象，為電子信號的處理提供了強有力的支持。 以下是施密特觸發器的基本作用：

波形整形：施密特觸發器可以將模擬信號波形整形為數字電路能夠處理的方波波形。由于施密特觸發器具有滯回特性，它可以將邊沿變化緩慢的信號波形(如正弦波)整形為邊沿陡峭的矩形波，從而便于數字電路進行處理。

抗干擾：施密特觸發器的雙閾值特性和滯回現象使得它對輸入信號的噪聲和干擾具有一定的抑制作用。當輸入信號中存在噪聲或干擾時，施密特觸發器可以通過其閾值電壓提供一個安全的邊緣，以確保信號的穩定觸發。這種抗干擾能力使得施密特觸發器在數字電路和通信系統中具有廣泛的應用。

脈沖整形和鑒幅：施密特觸發器還可以用于脈沖整形和鑒幅。在脈沖整形方面，施密特觸發器可以將邊沿變化緩慢的脈沖信號整形為邊沿陡峭的矩形脈沖信號;在脈沖鑒幅方面，施密特觸發器可以根據輸入脈沖的幅度來判斷其是否滿足一定的條件，從而實現對脈沖信號的篩選和鑒別。

施密特觸發器在電子學和數字電路領域具有廣泛的應用。以下是一些典型的應用場景：

抗干擾電路：在開回路配置中，施密特觸發器可以用于抗擾電路，以提高電路的抗干擾能力。通過將施密特觸發器接入電路的輸入端，可以有效地抑制輸入信號中的噪聲和干擾，從而確保電路的穩定運行。

多諧振蕩器：在閉回路正回授/負回授配置中，施密特觸發器可以用于實現多諧振蕩器。通過調整施密特觸發器的閾值電壓和反饋系數等參數，可以實現對振蕩器頻率和波形的控制。

信號恢復電路：施密特觸發器還可以作為信號恢復電路使用。在信號傳輸過程中，由于各種因素的影響(如衰減、噪聲等)，信號可能會發生畸變或失真。通過將施密特觸發器接入信號傳輸鏈路的接收端，可以有效地消除噪聲內容，推斷出原始輸入信號量，從而實現對信號的恢復和重建。

施密特觸發器作為一種特殊的電子開關和數字電路元件，在電子學和數字電路領域具有廣泛的應用。其獨特的雙閾值特性和滯回現象使得它在波形整形、抗干擾、脈沖整形和鑒幅等方面具有獨特的優勢。隨著電子技術的不斷發展和進步，施密特觸發器的應用前景將更加廣闊。

三、使用 IC 555 的施密特觸發器電路圖（1）

采用IC555的施密特觸發器電路圖如下所示。下面的電路可以用基本的電子元件搭建而成，但IC555是該電路中必不可少的元件。 IC 的兩個引腳(例如引腳 4 和引腳 8)均與 Vcc 電源連接。 2 和 6 等兩個引腳短接，并通過電容器相互向這些引腳提供輸入。

使用 555 IC 的施密特觸發器

可以使用由兩個電阻(即 R1 和 R2)形成的分壓器規則為兩個引腳的共同點提供外部偏置電壓 (Vcc/2) 。當輸入處于兩個閾值(稱為滯后)之間時，輸出保持其值。該電路可以像存儲元件一樣工作。

閾值是2/3Vcc和1/3Vcc。上級比較器在 2/3Vcc 電壓下工作，而次要比較器在 1/3Vcc 電源下工作。

使用單獨的比較器將關鍵電壓與兩個閾值進行對比。觸發器(FF)被相應地布置或重新布置。輸出將根據此變高或變低。

四、使用 IC 555 的施密特觸發器電路圖（2）

典型的施密特觸發器是一種包含遲滯的比較器電路，即它有兩個不同的閾值電壓電平，一個用于從低電平轉換到高電平，另一個用于從高電平轉換到低電平。因此，該施密特觸發器可以從任何類型的模擬輸入信號產生穩定的方波(數字)輸出。施密特觸發器電路主要用于從有噪聲的正弦波或其他模擬信號中生成方波。施密特觸發器可以提供非反相輸出或反相方波輸出。在下面的實驗中，我們將使用IC 555設計施密特觸發器。這個基于定時器的電路為正弦波輸入提供倒平方輸出。

我們知道定時器 IC 555 包含兩個獨立的內部比較器和 RS 觸發器，在這里我們將使用它來形成反向施密特觸發器。施密特觸發器的不同開關閾值電壓和輸入輸出電壓關系如圖所示。

反向施密特觸發器的原理圖符號

為了使用定時器 IC 555 形成施密特觸發器，我們需要兩個阻值相等的外部電阻。為了測試輸出，在輸出處使用了兩個 LED。

使用 IC 555 電路圖的施密特觸發器

工作原理

該電路通過 Threshold 和 Trigger 引腳在 1/3 Vcc 和 2/3 Vcc 之間形成遲滯，因為這些引腳與 555 的 Interna3cel 比較器連接，并通過 1/3 Vcc 電平輸入信號，與 Trigger 引腳連接的比較器將輸出提供給內部觸發器并使其復位。當模擬輸入電壓達到 2/3 Vcc 電平時，與閾值引腳相連的比較器給出輸出并使內部觸發器處于 SET 狀態。

因此輸出的低電平和高電平變化取決于模擬輸入信號。在這里，我們應用了頻率為 10 Hz 的 5V 幅值交流正弦波，并通過 LED 觀察輸出。

波形

使用定時器 IC 555 的施密特觸發器電路的輸入和輸出波形