東模擬開關(guān)型史密特觸發(fā)器

引言

史密特觸發(fā)器通常由比較器加正反饋電阻構(gòu)成，或是制作成專門的集成電路，主要用于信號(hào)波形的整形和電壓電平的監(jiān)視，是應(yīng)用極為廣泛的基本電路。模擬開關(guān)也是數(shù)字電路的重要組成部分，它主要用作電子開關(guān)，但采用不同的接線方式，劃是和其它器件作不同組合，都可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。下面就介紹用它實(shí)現(xiàn)史密特觸發(fā)器功能的電路。

基本的模擬開關(guān)型史密特觸發(fā)器

基本的模擬開關(guān)型史密特觸發(fā)器如圖1所示，它主要由模擬開關(guān)G1和電阻器R1、R2等組成。模擬開關(guān)G1是一個(gè)單刀雙置開關(guān)，其0輸入端接地，1輸入端接電源電壓E，輸出端Q經(jīng)電阻器R2反饋到控制端C，輸入信號(hào)U2經(jīng)電阻器R1也輸入到控制端C。

通常G1門的導(dǎo)通電阻及Ron為數(shù)歐姆～數(shù)百歐姆，控制轉(zhuǎn)換閾值電壓UT為數(shù)伏，這兩個(gè)參數(shù)取決于所選用的產(chǎn)品型號(hào)和工作電源電壓E。為使電路工作正常，要選擇R1+R2>>Ron，而且要[R1/(R1+R2)]EUT。

當(dāng)輸入信號(hào)UI=0或上升到閾值電壓UIH之前，控制電壓UCUT，G1門輸出端Q接通0輸入端，使UQ=0。當(dāng)UI上升到UIH時(shí)，

公式

UC=[R1/(R1+R2)]UIH=UTLL (1)

G1門發(fā)生開關(guān)轉(zhuǎn)換，輸出端Q接通1輸入端，使UQ=E，由于正反饋?zhàn)饔?，Uc跳變到Uc=[R1/(R1+R2)]×UIH+[R1/(R1+R2)]E。UI繼續(xù)上升，雖然UC也繼續(xù)上升，但UQ=E不變。當(dāng)UI轉(zhuǎn)為上降，直到下降到UIL之前，UQ=E都基本不變。一旦UI=UIL,此時(shí)

公式

Uc=[R2/(R1+R2)UIL+[R1/(R1+R2)]E=UTLL (2)

G1門又發(fā)生相反的開關(guān)轉(zhuǎn)換，輸出端Q再接通0輸出端，使UQ=0，UC又跳變到[R1/(R1+R2)UIL]。UI繼續(xù)下降，UQ=0基本不變。

由（1）和（2）式可以得到輸入信號(hào)UI使電路上下轉(zhuǎn)換的閾值電壓，

公式

UIH=(1+R1/R2)UTLL (3)

公式

UIL=(1+R1/R2)UT-(R1/R2)ELL (4)

帶偏置控制電路的模擬開關(guān)型史密特觸發(fā)器

從（3）和（4）式不難看出，由于G1門控制電壓閾值UT的存在，圖1電路只適用于輸入信號(hào)U1較大的場(chǎng)合。針對(duì)這種情況，圖2示出了改進(jìn)電路。電源電壓E通過電阻器R3也加在控制端C，給模擬開關(guān)G1提供了偏置控制電壓。為使電路工作正常，仍需R1>>Ron,R2>>Ron,R3>>Ron，并且

[（R1R2+R1R3）/（R1R2+R1R3+R2R3）]EUT。此時(shí)輸入信號(hào)UI使電路發(fā)生轉(zhuǎn)換的閾值電壓為：

公式

UIH=(1+R1/R2)UT-R1/R3(E-UT)LL (5)

公式

UIL=(1+R1/R2)UT-R1/R2(E-UT)-R1/R2ELL (6)

從（5）和（6）式中可以看出，改變R3的阻值，就會(huì)改變圖2電路輸入信號(hào)UI的閾值UIH和UIL。

閾值電壓可單獨(dú)調(diào)整的模擬開關(guān)型史密特觸發(fā)器

從（3）、（4）、（5）、（6）式中可以看出，圖1和圖2電路中調(diào)整哪一只電阻器都會(huì)同時(shí)影響到輸入信號(hào)閾值UIN和UIL，有時(shí)這給應(yīng)用帶來不便。圖3示出了閾值UIH和UIL可以單獨(dú)調(diào)整的模擬開關(guān)型史密特觸發(fā)器電路。相對(duì)于圖2電路，圖3電路增加了一個(gè)單刀雙置模擬開關(guān)G2.G2的控制端接到G1的輸出端，輸出端Q2接到G1的控制端，0和1輸入端分別經(jīng)電阻器R2和R3接電源電壓E。為了使電路工作正常，要選擇R1+R2>>Ron,R1+R3>>Ron,R3>R2,R1/(R1+R2)EUT。

隨著輸入電壓信號(hào)UI的上升和下降變化，在UI=UIH和UI=ULL時(shí)，G1開關(guān)相應(yīng)發(fā)生由0到1和1到0的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而又驅(qū)動(dòng)G2開關(guān)也做0到1和1到0的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，UI的轉(zhuǎn)移閾值電壓為：公式

UIH=UT-R1/R3(E-UT)LL (7)

公式

UIL=UT-R1/R2(E-UT)LL (8)

結(jié)語

因?yàn)槟M開關(guān)是一種微功耗電壓控制型器件，同時(shí)具有良好的開關(guān)特性，非常寬的溫度范圍，眾多的產(chǎn)品型號(hào)，不難設(shè)計(jì)出滿足要求的開關(guān)型史密特觸發(fā)器。在總體電路設(shè)計(jì)時(shí)，就有可能減少所用器件品種，縮小電路板面積，可望它能得到廣泛應(yīng)用。