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TUhjnbcbe - 2023/10/12 16:50:00

晶体管施密特触发器是最常用的整形电路之一,可以将缓慢变化的电压信号转变为边沿陡峭的矩形脉冲。

施密特触发器有一个输入端和一个输出端,可以分为同向输出型和反向输出型施密特触发器。

施密特触发器的两个显著特点是:

1,电路含有正反馈电路;

2,具有滞后电压特性,即正向和负向翻转的阈值电压不相等。

施密特触发器具有整形特性,可以将缓慢变化的输入信号转换成稳定的输出信号,根据这种模拟-数字信号转换可以制成光控开关。另外,施密特触发器可以组成多谐振荡器。

晶体管(三极管)施密特触发器,晶体管施密特触发器电路有两级电阻耦合共发射极晶体管放大器组成,如图所示:

施密特触发器具有两个稳定状态:1,晶体管T1截止,晶体管T2导通;2,晶体管T1导通,晶体管T2截止。这两个稳定状态在一定条件下可以相互转换。

在稳态一时,晶体管T1截止,晶体管T2导通。没有输入信号时,晶体管T1因为没有基极偏置电流而截止。电源V+经过电阻给晶体管T2提供基极偏置电流,使VT2导通,其发射极电流在发射极电阻上产生电压降。

这个电压使得晶体管T1的发射结处于反向偏置,进一步保证了电路处于稳定的T1截止而T2导通状态。

晶体管T1的发射结处于反向偏置的微观解释为:晶体管发射结由于有电压存在而使得空穴载流子的空间进一步增大,从而使这个三极管的截止性能增强。

晶体管T2导通时,晶体管T1发射极由于和T2共发射极联接而使T1发射结反偏,导致T1输入电压在较高的电压值导通。一旦T1导通T2截止,则T1发射极不再受到反向电压作用,T1输入电压在较低的电压值就会使T1截止。(由于两个晶体管共发射极联接,T1导通时T2也会产生反向偏置。)

晶体管T1的输入电压在上升和下降过程中的触发数值不相同,正向阈值电压大于负向阈值电压。数量关系如下:

三极管T1导通的电压=0.7伏+发射极电压

三极管T1截止的电压=0.7伏+发射极电压+偏置产生的内部反偏电压

(三极管导通时的基极输入电压=0.7伏+发射极电压,解释为NPN三极管的基极和发射极之间可以等效为二极管,0.7伏为PN结导通电压的近似值。)

(施密特触发器输入输出波形图)

图例一:

在三极管T1输入电压为0时,本例中三极管T2基极的输入端B点电压为1.98伏,T2导通。

由于三极管T2处于导通状态,因此输出电压较低。

晶体管T2发射极电压比基极电压低约0.7伏,约为1.28伏。

两个三极管的发射极相联,因此它们同处于1.28伏的电压电平,这意味着三极管T1的基极电压Vin比1.28伏高0.7伏时,或者说大约1.98伏时,三极管T1导通。(当增加Vin并超过1.98伏时,三极管T1导通,这将导致三极管T2的基极电压下降并且这个三极管将截止。)

三极管T1导通,这将导致三极管T2的基极电压下降并且这个三极管将截止。

由于三极管T2不再导通,输出电压Vout将升高。

当三极管T1的基极电压Vin开始下降,基极电压比发射极电压高0.7伏时,到达截止的临界点,马上这个三极管将会截止。

这将导致少量电流流过三极管T2,进一步增加发射极处的电压,并且使三极管T1截止。

本例中,Vin输入需要降低到大约1.3伏,而关闭三极管T1。

这个循环可以不断重复,因此可以得到两个阈值,上限阈值约为1.9伏,下限阈值约为1.3伏。

图例二:

施密特触发器常用于整形电路,具有滞回特性。

输入信号从低电平上升时的转换电平与输入信号从高电平下降过程中转换电平不一样。

施密特触发器具有正反馈特性,使输出信号边沿陡,接近于矩形脉冲(并不是绝对的矩形波形)。

在本例中,两个三极管共发射极串联,相互之间能够使对方的发射极产生反向偏置,即正反馈。

在本例中,三极管基极联接的电阻阻值较大。

施密特触发器有两个稳态,分别为晶体管各自导通的稳定状态,对应输入电压有两个节点。

这部分电路中三极管T2导通时的输出不为0,后边还需要组合其它电路使得输出低电平变为0。

转换瞬间,三极管T1开始导通,集电极流过的电流逐渐增大,集电极串联的电阻分压升高,串联电阻分压升高导致三极管T1集电极位置的电压降低,同样三极管T2基极输入电压降低,使得三极管T2控制的集电极电流减小,由于共发射极处的电压Ve2=Ic2xRe,所以发射极的电压下降,Vbe1=Vi-Ve2从而产生正反馈使三极管T1迅速导通。

三极管T1正反馈而迅速导通的原因是,三极管的发射极电压降低。(三极管T1截止的电压=0.7伏+发射极电压+偏置产生的内部反偏电压。)

这是状态转换后另一个稳定状态。在这个稳态时的输出电压约等于外加电压Vcc。

这个转换节点下,流过发射极电阻的电流主要受三极管T2影响。由于发射极处电压升高而产生正反馈加速T1截止,三极管T2的基极电压加速升高。由于施密特触发器的正反馈作用,转换节点发生的时间很短。

正向阈值电压和负向阈值电压是不相等的,存在一个回差电压,施密特触发器有滞回特性。

实际的施密特触发器在输入端和输出端,需要联接其他端口电路,这是集成了施密特触发器的芯片。

以上就是晶体管构成的施密特触发器简单介绍。如果有兴趣可以了解相关知识:晶体振荡器简单介绍
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