施密特触发器

在电子学中，施密特触发器是一种具有滞后功能的比较器电路，通过对比较器或差分放大器的非反相输入施加正反馈来实现。它是一种将模拟输入信号转换为数字输出信号的有源电路。该电路被命名为触发器，因为输出保持其值直到输入变化足以触发变化。

在同相配置中，当输入高于选定阈值时，输出为高电平。当输入低于不同的（较低的）所选阈值时，输出为低电平，而当输入介于两个电平之间时，输出保持其值。这种双阈值动作称为滞后作用，意味着施密特触发器具有记忆功能，可以充当双稳态多谐振荡器（锁存器或触发器）。

这两种电路之间有着密切的联系：施密特触发器可以变成锁存器，锁存器可以变成施密特触发器。

施密特触发器设备通常用于信号调节应用，以消除数字电路中使用的信号中的噪声，尤其是开关中的机械触点弹跳。它们还用于闭环负反馈配置以实现张弛振荡器，用于函数发生器和开关电源。

施密特触发器是美国科学家奥托·施密特 ( Otto H. Schmitt ) 于 1934 年在读研究生时发明的，后来在他的博士论文（1937 年）中描述为一种热电子触发器。 这是施密特研究乌贼神经中神经冲动传播的直接结果。

具有滞后的电路基于正反馈。通过应用正反馈，使环路增益大于 1，可以使任何有源电路充当施密特触发器。通过将输出电压的一部分添加到输入电压来引入正反馈。这些电路除了用作比较器的放大器外，还包含一个衰减器（右图中的 B 框）和一个加法器（内部带有 + 的圆圈）。

有三种具体技术可以实现这个总体思路。其中前两个是一般正反馈系统的双重版本（串联和并联）。在这些配置中，输出电压通过“降低阈值”或“增加电路输入电压”来增加比较器的有效差分输入电压；阈值和内存属性合并在一个元素中。在第三种技术中，阈值和内存属性是分开的。

动态阈值（串联反馈）：当输入电压在某个方向超过阈值时，电路本身会将自己的阈值更改为相反的方向。为此，它从阈值中减去一部分输出电压（等于在输入电压上增加电压）。

因此，输出影响阈值而不影响输入电压。这些电路由具有“串联正反馈”的差分放大器实现，其中输入连接到反相输入，输出连接到非反相输入。

在这种布置中，衰减和求和是分开的：分压器充当衰减器，环路充当简单的串联电压加法器。例子有经典的晶体管发射极耦合施密特触发器、运算放大器反相施密特触发器等。

修改输入电压（并联反馈）：当输入电压在某个方向超过阈值时，电路会在同一方向改变其输入电压（现在它会将其输出电压的一部分直接添加到输入电压）。

因此，输出增加了输入电压并且不影响阈值。这些电路可以通过具有“并行正反馈”的单端非反相放大器实现，其中输入和输出源通过电阻器连接到输入。

这两个电阻器形成一个加权并联加法器，其中包含衰减和求和。示例是不太熟悉的集电极-基极耦合施密特触发器、运算放大器非反相施密特触发器等。

一些表现出负电阻的电路和元件也可以以类似的方式起作用：负阻抗转换器 (NIC)、氖灯、隧道二极管（例如，在第 一象限具有 N 型电流-电压特性的二极管）等。

在最后一种情况下，振荡输入将导致二极管从 N 的一个上升支路移动到另一个上升支路，并在输入越过上升和下降开关阈值时再次返回。

在这种情况下，两个不同的单向阈值被分配给驱动双稳态多谐振荡器（锁存器）或触发器的两个独立的开环比较器（无滞后）。当输入电压下降到高阈值时，触发器切换为高电平；当输入电压上升到低阈值时，触发器切换为低电平。