施密特触发器：特性与应用
施密特触发器是一种特殊的电子元件，其独特之处在于它拥有两个阀值电压VL和VH，这两个阀值电压是施密特触发器的核心特性。这种触发器的主要功能在于消除输入端的干扰，作为一个缓冲器，它能够有效地过滤掉噪声和干扰信号。
施密特触发器的波形图展示了其工作原理。这种触发器有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器的状态是由输入信号电位维持的。对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。
当我们深入施密特触发器的工作原理时，我们会发现它是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化而引起的输出电压的改变，只要输入信号幅度大于设定的正向阈值电压vt+，就可以在输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
当输入电压由低向高增加，到达V+时，施密特触发器的输出电压会发生突变；而当输入电压由高变低，到达V-时，输出电压同样会发生突变。这种现象特别适用于需要一定延迟启动的电路。
从传感器得到的矩形脉冲经过传输后往往会发生波形畸变。无论是波形的上升沿明显变坏，还是在波形的上升沿和下降沿产生振荡现象，或是信号上出现附加的噪声，都可以通过施密特触发器进行整形得到比较理想的矩形脉冲波形。只要vt+和vt-设置得当，都能达到满意的整形效果。
施密特触发器在电子系统中有着广泛的应用：
1. 波形变换：施密特触发器可以将三角波、正弦波等变换成矩形波。
2. 脉冲波的整形：在数字系统中，矩形脉冲在传输中经常会发生波形畸变。施密特触发器可以有效地整形后获得较理想的矩形脉冲。
3. 脉冲鉴幅：对于幅度不同、不规则的脉冲信号，施密特触发器能够选择幅度大于预设值的脉冲信号进行输出。
关于施密特触发器的常用芯片，包括74LS18双四输入与非门、74LS19六反相器以及多种四2输入与非施密特触发器芯片和双单稳态多谐振荡器（带有施密特触发器）。
施密特触发电路（简称）是一种波形整形电路。当任何波形的信号进入电路时，输出会在正负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于一般比较器的是，施密特触发电路有两个临界电压，这形成了一个滞后区，可以防止噪声干扰电路的正常工作。在遥控接收线路、传感器输入电路等应用中，都会使用到施密特触发器进行波形整形。
在比较器和施密特触发器之间，有一个重要的区别：一般比较器只有一个作比较的临界电压。如果输入端有噪声多次穿越这个临界电压，输出端可能会受到干扰，导致正常状态的不正常转换。而施密特触发器则通过两个临界电压形成了一个滞后区，有效地防止了这种情况的发生。对于正反馈产生的滞后现象，在施密特触发器中得到了巧妙的应用。这种触发器通过设定两个临界电压上临界电压VTH和下临界电压VTL，形成了一个滞后电压范围，从而避免了噪声误触发电路。如表1所示，施密特触发器的滞后特性确保了只有在输入信号超出这个范围时，输出信号才会发生转变。
图2展示了反相施密特触发器的电路结构和输入输出波形。当输入信号上升到大于上临界电压VTH时，输出电压会从正状态转变为负状态；而当输入信号下降到小于下临界电压VTL时，输出电压会由负状态转变为正状态。这种转变产生的输出波形为方波。
非反相施密特电路则如图4所示，其输入信号与反馈信号均接至非反相输入端。临界电压的确定涉及到电路中的反馈机制。当输出状态为正饱和或负饱和时，可以分别得到上临界电压和下临界电压。两者之间的电压差即为滞后电压。
图5展示了计算机仿真结果以及转换特性曲线。当输入信号小于下临界电压VTL时，输出信号由正状态转变为负状态；而当输入信号大于上临界电压VTH时，输出信号则由负状态转变为正状态。这种在正、负状态之间的转变产生了方波输出。
在实验层面，如图6所示，史密特触发器电路的工作原理与运算放大器的输出有关。当输入电压Vi大于参考电压VR时，运算放大器输出正向电压；反之，则输出负向电压。这种反应并不是瞬间的，而是需要一段时间，这就形成了迟滞现象。施密特触发器正是利用这一现象设计的电路。在反相施密特触发器中，输出电压经过分压电路反馈至运算放大器，参考电压则加在分压电路的末端。这种正反馈机制确保了只有在输入信号超出设定的临界电压范围时，电路才会发生状态转变。
电压转换的奥秘：深入理解触发电路的工作机制
当我们谈论电路中的电压转换时，可能会遇到一系列复杂的公式和理论。其中，关于Vi的电压转换公式是其中的一部分，这个公式揭示了电压如何在特定条件下转换。让我们深入一下这个公式的含义及其背后的工作原理。
当Vi等于某个特定值V+时，输出的电压会转变为Vmin。这个过程涉及到电路中的电阻分配和电压的重新分配。在这个条件下，电路中的某些部分会起到关键作用，使得输出电压达到最小值。
当Vi大于V+时，情况会有所不同。V+的计算方式会发生变化，涉及到VR的减少和电阻的重新分配。在这种情况下，如果V+逐渐减小到V2，输出电压又会转变为Vmax。
这种电压转换的过程并非简单直接，而是受到一种称为“迟滞现象”的影响。迟滞现象会导致触发输出电压转相时的电压有所不同。当输入电压增加时，产生输出转相所需的电压要比输入电压降低时所产生的电压来得大。这种现象是电路工作的一种固有特性，对于理解和设计电路至关重要。
在这个过程中，电路中的电阻和电压扮演着关键角色。电阻的大小、分布和连接方式，以及输入电压的变化范围和速率，都会影响最终的输出电压和电流。这种复杂的关系使得电路设计和分析具有一定的挑战性，但也使得电路的应用更加多样化和灵活。
电压转换是电路工作中的一个核心过程，涉及到许多复杂的物理和电气现象。通过深入理解这些现象和公式背后的原理，我们可以更好地设计和优化电路，以满足不同的应用需求。
