什么是施密特触发器？
施密特触发器是一种具有迟滞的比较器电路，通过对比较器或差分放大器的同相输入施加正反馈来实现。施密特触发器使用两个不同的输入阈值电压电平来避免输入信号中的噪声。这种双阈值的作用称为滞后。施密特扳机是由美国科学家奥托·施密特于 1934 年发明的。普通比较器仅包含一个阈值信号。它将阈值信号与输入信号进行比较。但是，如果输入信号有噪声，可能会影响输出信号。
噪声对输出的影响
在上图中，由于位置A和B处的噪声，输入信号（V1）越过参考信号（V2）的电平。在此期间，V1 小于 V2，输出较低。因此，比较器的输出受输入信号中的噪声影响。并且比较器不受噪声保护。名称“施密特触发器”中的“触发器”来自这样一个事实，即输出保留其值，直到输入变化到足以“触发”变化。
施密特扳机是如何工作的？
施密特触发器利用两种不同的阈值电压（上阈值 （VUT） 和下阈值 （VLT））有效处理噪声输入信号。施密特触发器保持低输出，直到输入超过阈值上限 （VUT）。然后，它切换到高输出，一直持续到输入降至阈值下限 （VLT） 以下。
让我们通过一个例子来了解施密特触发器的工作原理。在这里，我们假设初始输入为零。
施密特触发器的噪声效果
在这里，我们假设初始输入信号为零，并逐渐增加，如上图所示。施密特触发器的输出信号在点A之前保持低电平。在点 A 处，输入信号越过阈值上限 （VUT） 电平，并发出高输出信号。输出信号保持高电平，直到 B 点。在点 B 处，输入信号穿过下限阈值。这使得输出信号为低电平。同样，在C点，当输入信号超过上限阈值时，输出为高电平。在这种情况下，我们可以看到输入信号是嘈杂的。但噪声在输出信号中不受影响。
施密特触发电路
施密特触发电路可以使用运算放大器和晶体管进行设计，并进行相应的分类。
l 基于运算放大器的施密特触发器
l 基于晶体管的施密特触发器
基于运算放大器的施密特触发器
施密特触发电路可以通过两种方式使用运算放大器进行设计。如果输入信号连接在运算放大器的反相点，则称为反相施密特触发器。如果输入信号连接在运算放大器的同相点，则称为同相施密特触发器。
反转施密特扳机
在反相施密特触发器中，输入连接到运算放大器的反相端子，从输出到输入端提供正反馈，从而增强稳定性。
反转施密特扳机
现在，让我们了解该电路的工作原理。在A点，电压为V，施加的电压（输入电压）为Vin。如果施加的电压 Vin 大于 V，则电路的输出将为低电平。如果施加的电压 Vin 小于 V，则电路的输出将为高电平。
现在，计算 V 的方程。
应用基尔霍夫现行定律 （KCL），
现在，让我们假设施密特触发器的输出为高电平。在这种情况下，
因此，从上面的等式
当输入信号大于 V 时1，施密特触发器的输出将变为低电平。因此，V1是阈值上限电压
输出将保持低电平，直到输入信号小于 V。 当施密特触发器的输出为低电平时，在这种情况下，
现在，输出保持高电平，直到输入信号小于 V2.因此，V2称为下限电压 （VLT型).
同相施密特触发器
在同相施密特触发器中，输入施加到运算放大器的同相端子，从输出到输入具有正反馈，从而确保高输出稳定性。反相端子接地以供参考。
同相施密特触发器
在该电路中，当电压V大于零时，施密特触发器的输出将变为高电平。当电压 V 小于零时，输出将为低电平。
现在，让我们找到电压 V 的方程。为此，我们在该节点上应用 KCL。
现在，假设运算放大器的输出为低电平。因此，施密特触发器的输出电压为 VL.电压 V 等于 V1.
在这种情况下，
从上面的等式中，
当电压 V1大于零时，输出将为高电平。在这种情况下，
当满足上述条件时，输出将变高。因此，该方程给出了阈值上限电压
现在假设施密特触发器的输出为高电平。电压 V 等于 V2.
根据电压 V 的方程，
当电压 V 时，施密特触发器的输出将变为低电平2小于零。在这种情况下，
上式给出了下限电压（VLT型).
基于晶体管的施密特触发器
施密特触发电路可以在两个晶体管的帮助下进行设计。基于晶体管的施密特触发器的电路图如下图所示。
基于晶体管的施密特触发器
V在= 输入电压
V裁判= 基准电压 = 5V
假设在开始时，输入电压 Vin 为零。输入电压提供给晶体管 T 的基极1.因此，在这种情况下，晶体管 T1在截止区域运行，并且仍然不导电。
V一个和 Vb是节点电压。基准电压为5V。因此，我们可以计算 V 的值一个和 Vb根据分压器规则。
电压 Vb被赋予晶体管 T 的基极2.它是 1.98V。因此，晶体管 T2正在指挥。因此，施密特触发器的输出很低。发射极处的压降约为0.7V。因此，晶体管电压的基极为1.28V。
晶体管T的发射极2与晶体管T的发射极连接1.因此，两个晶体管在1.28V的同一电平下工作。这意味着晶体管 T1当输入电压高于 1.28V 或高于 1.98V （1.28V + 0.7V） 时，将运行。现在，我们将输入电压提高到1.98V以上，晶体管T1将开始进行。这会导致晶体管 T 基极的电压降2它会切断晶体管 T2.因此，施密特触发器的输出很高。
输入电压开始下降。晶体管 T1当输入电压小于 0.7V 且为 1.28V 时，将切断。在这种情况下，晶体管 T2从基准电压中获得足够的电压，它将打开。这使得施密特触发器的输出为低电平。因此，在这种情况下，我们有两个阈值，一个是1.28V的较低阈值，另一个是1.98V的较高阈值。
施密特触发振荡器
施密特触发器可以通过连接单个 RC 集成电路用作振荡器。施密特触发振荡器的电路图如下图所示。
施密特触发振荡器
电路的输出是连续方波。波形的频率取决于R、C的值和施密特触发器的阈值。
其中 k 是一个常数，范围介于 0.2 和 1 之间。
CMOS施密特触发器
简单的信号逆变电路给出与输入信号相反的输出信号。例如，对于简单的逆变器电路，如果输入信号为高电平，则输出信号为低电平。但是，如果输入信号有尖峰（噪声），输出信号将对尖峰做出反应。我们不想要的。因此，使用CMOS施密特触发器。
简单信号逆变电路的波形
在第一个波形中，输入信号没有噪声。所以，输出是完美的。但在第二张图中，输入信号有一些噪声。输出也对这种噪声做出反应。为了避免这种情况，使用了CMOS施密特触发器。下面的电路图显示了CMOS施密特触发器的结构。CMOS施密特触发器由6个晶体管组成，包括PMOS和NMOS晶体管。
CMOS施密特触发器
首先，我们需要知道，什么是PMOS和NMOS晶体管？PMOS和NMOS晶体管的符号如下图所示。
PMOS和NMOS晶体管
当VG大于VS或VD时，NMOS晶体管导通。当VG小于VS或VD时，PMOS晶体管导通。在CMOS施密特触发器中，在一个简单的逆变器电路中增加了一个PMOS和一个NMOS晶体管。在第一种情况下，输入电压很高。在这种情况下，PN晶体管导通，NN晶体管关闭。它为节点 A 创建了一条接地路径。因此，CMOS施密特触发器的输出将为零。在第二种情况下，输入电压很高。在这种情况下，NN晶体管导通，PN晶体管关闭。它将创建一条通往电压 V 的路径DD型节点 B（高）。因此，CMOS施密特触发器的输出将为高电平。
施密特触发器应用
施密特触发器的应用如下
l 施密特触发器用于将正弦波和三角波变成方波。
l 施密特触发器最重要的用途是消除数字电路中的噪声。
l 它也用作函数发生器。
l 它用于实现振荡器。
l 带有 RC 电路的施密特触发器用作开关去抖动。
