施密特触发器的主要应用之一是在模拟电子学和数字电子学，以及转换不同逻辑族中的级别。

在这个过程中遇到的一个主要问题是噪声的拾取。数字信号本质上是快速的，因为它们处理高频和快速上升沿和下降沿。然而，另一方面（模拟）处理的信号在上升和下降时间方面的变化速度要慢得多。

为了解决这些问题，我们将设计一个简单的使用运算放大器的施密特触发器因此，在本文中，我们将讨论施密特触发器的使用位置、工作方式以及如何使用运算放大器构建施密特触发器。

为什么施密特触发器而不仅仅是运算放大器比较器？

如果使用简单的比较器来检测模拟信号何时越过阈值，则由于缓慢的上升和下降时间，可能存在通过阈值电压的多次转换，这在输出上导致多个脉冲，这是不希望的。此行为与开关跳动如下图所示。

Switch Debounce Graph

施密特触发器是如何工作的？

A.施密特触发器是一种用作比较器的设备。术语触发in的名字来源于这样一个事实，即它的作用就像一个锁存器，当达到某个阈值时就会触发。

在这种情况下，它是一种一旦输入跨过特定电压就改变高阈值和低阈值的设备。

这样，由于阈值电压在第一次转变之后发生变化，所以防止了多次转变。这防止了由于从输入拾取的噪声而在输出上产生不想要的脉冲。

为了理解这一点，查看一个称为磁滞曲线，如下图所示。

HYSTERESIS CURVE

它显示了输入和阈值如何根据输入而变化之间的关系。

沿着箭头，输入从地面开始，并不断增加，直到它穿过V<sub>TR2型在这一点上，输出改变状态并变高。

但即使输入跨越VTR2型同样，输出将不会改变状态，因为阈值现在已经改变。输入现在必须低于VTR1型以使输出变低。

通过以这种方式改变阈值电压，在对缓慢和有噪声的信号进行数字化的同时，防止了多次输出转变。

如何使用运算放大器作为施密特触发器

运算放大器可以用作比较器，但在没有改变阈值的情况下，它会成为噪声和不需要的输出转换的受害者。

这很容易在运算放大器中实现迟滞使用可以改变阈值水平的几个离散部分。在本例中，我们构建了使用IC 741的施密特触发器运算放大器。选择741是为了进行演示。运算放大器使用12V导轨供电。

Om-Amp Schmitt Trigger Circuit Diagram

运算放大器的反相输入用作信号输入，并且围绕非反相输入和输出建立反馈网络。我把电路建在面包板上使用运算放大器实验的施密特触发器如下所示。现在，不要与电路板上的所有额外组件混淆。左侧显示了741运算放大器及其连接。在右边，我们有锯齿波发生器电路我们正在使用它来测试我们的设置。如果你有一个波形发生器，你可以跳过这一步。

Schmitt Trigger using Op-Amp

阈值电压由连接在电源和接地之间的两个电阻器设置。由于这里的电源电压是12V，所以阈值电压是6V。

另一个电阻器连接在输出和非反相输入之间，用于改变阈值电压。

中心阈值电压由分压器上的电阻器的值设置，并由以下公式给出：

五、连续油管=伏在•（RB/（R）T+对B))

其中，VCTH是中心阈值电压，VIN是输入电压，RB是底部电阻器，RT是顶部电阻器。

让我们假设运算放大器的输出首先是低电平。这意味着连接在非反相输入端和输出端之间的电阻器与分压器上的底部电阻器并联。因此，下阈值电压由以下公式给出：

五、顺便说一句≈伏在•（RB/（R）T•RH/（R）T+对H)))

其中，VBTH是底部电压阈值，VIN是输入电压，RB是底部电阻器，RT是顶部电阻器，RH是磁滞电阻器。

当运算放大器的输出变高时，反馈电阻器现在与分压器的顶部电阻器并联，阈值电压现在由下式给出：

五、第三次≈伏在•（RB/（R）B•RH/（R）B+对H)))

其中VTTH是顶部电压阈值，RB是底部电阻器，RH是磁滞电阻器。应用迟滞的结果相当显著。

Schmitt Trigger Output without Hysteresis

上图显示了没有磁滞的波形——黄色波形是输入——锯齿波形，叠加方波以模拟噪声，粉红色波形是阈值电压，蓝色波形是输出波形。输出波形在下降沿上具有由输入通过阈值电压的多次转换引起的不希望的尖峰。

需要注意的几点：

1.必须在磁滞电阻器上并联添加一个小电容器，以确保稳定性和快速响应。

2.输出摆幅的限制可能表现为滞后阈值的误差，因为由于运算放大器的输出级，滞后电阻器没有直接连接到电源或接地，而是连接到其上下的几个二极管压降。

Schmitt Trigger Output with Hysteresis

上图显示了如何将运算放大器配置为施密特触发器来解决这个问题。输出波形现在是干净的，并且没有噪声或不需要的转换。还可以清楚地看到，阈值电压在每个高和低转变之间变化。您也可以在下面链接的视频中查看完整的工作演示。

使用运算放大器作为比较器的注意事项：

1.运算放大器被设计为放大器，因此它们的输出级不适合快速摆动。在其中一个轨道饱和后，输出可能需要一些时间才能恢复，这会导致速度损失。

2.运算放大器输出是转换速率受限的，这可能违反某些数字系统的边缘时序要求。

3.运算放大器输入通常具有共模输入限制，如果超过此限制，可能会导致输出相位反转等问题。

使用施密特触发器作为比较器可以防止不必要的输出转换，并在数字化输入信号时消除噪声。本教程是否帮助您理解使用运算放大器的施密特触发器的工作？一定要告诉我们。此外，如果您对该项目有任何疑问，请在下面的评论部分留下，或使用我们的电子论坛.

 

后记：

我们要向Sam Ben Yaakov教授感谢他在提供施密特触发器的直观解释并指出本文之前出现的错误。从那时起，作者对这篇文章进行了审阅和编辑。