施密特觸發(fā)器技術(shù)細(xì)節(jié)詳解——可自調(diào)閾值
發(fā)布時(shí)間:2015-07-07 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】不管你用晶體管、運(yùn)放還是比較器實(shí)現(xiàn)施密特觸發(fā)器,你都需要確定要求的回差和兩個(gè)閾值電壓是多少。如果你知道輸入信號(hào)的幅度以及可能包含的噪聲大小,那么很多問題就都引刃而解。
基于交叉耦合式熱陰極電子管的這種電路是由美國科學(xué)家施密特(O.H.Schmitt)發(fā)明的。從那以后,施密特觸發(fā)器就成為許多信號(hào)處理電路中的一個(gè)重要構(gòu)建模塊?;夭?mdash;高電壓和低電壓閾值之差—是施密特觸發(fā)器工作時(shí)的固有特性。當(dāng)輸入信號(hào)越過這兩個(gè)閾值時(shí),電路可以抑制輸入信號(hào)中包含的噪聲,并產(chǎn)生頻率與輸入信號(hào)相同的矩形輸出信號(hào)。
不管你用晶體管、運(yùn)放還是比較器實(shí)現(xiàn)施密特觸發(fā)器,你都需要確定要求的回差和兩個(gè)閾值電壓是多少。如果你知道輸入信號(hào)的幅度以及可能包含的噪聲大小,那么這個(gè)問題很容易回答。然而,如果這些參數(shù)是可變的,或者很大程度上并不明確,那么設(shè)置閾值來產(chǎn)生可靠的觸發(fā)就極具技巧性:太大的回差可能無法使輸入信號(hào)越過其中一個(gè)或兩個(gè)閾值;太小的回差電壓在輸入信號(hào)有大量噪聲的情況下又可能導(dǎo)致錯(cuò)誤觸發(fā)。
圖1所示的設(shè)計(jì)實(shí)例可以解決這些問題。圖中所示的實(shí)現(xiàn)電路可以根據(jù)輸入信號(hào)的幅度自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)閾值。比較器IC1A和模擬開關(guān)IC2B及電容C1組成正向峰值檢測器。當(dāng)輸入信號(hào)上升并超過比較器反相輸入端的C1中存儲(chǔ)的電壓時(shí),比較器輸出將變高電平,繼而使IC2B切換到原理圖中所示的位置。檢測器現(xiàn)在采樣輸入信號(hào),并充滿C1中所存儲(chǔ)的電荷。當(dāng)輸入信號(hào)下降至低于C1上的電壓時(shí),開關(guān)將改變狀態(tài),C1中存儲(chǔ)的電壓VU就成為了對應(yīng)于輸入信號(hào)正向峰值的直流電平。
圖1:自適應(yīng)施密特觸發(fā)器。
比較器IC1B、模擬開關(guān)IC2C和電容C2組成了負(fù)向峰值檢測器。它的工作原理和上述正向峰值檢測器相同,只是采樣的是信號(hào)的負(fù)向峰值,因此C2中存儲(chǔ)的電壓VL就是對應(yīng)于輸入信號(hào)負(fù)向峰值的直流電平。
R1、R2和R3組成的電阻網(wǎng)絡(luò)為采樣電容中存儲(chǔ)的電荷提供放電路徑,并為最后的比較器IC4A分別設(shè)置上限閾值電壓VTU和下限閾值電壓VTL。電阻值的選擇原則是,使VTU稍小于VU,VTL稍大于VL。如果設(shè)置R1=R3,那么按百分比計(jì)算的電壓差等于:
電壓差=[R1/(2R1+R2)]×100%
如果采用圖中所示的元件值,那么VTU比VU小5%,VTL比VL大5%。這樣,閾值就能不斷地調(diào)整,以跟蹤輸入信號(hào)幅度和直流電平。比如,疊加在2V直流電平上、峰峰值為1V的信號(hào)(也就是VU=2.5V,VL=1.5V)所產(chǎn)生的閾值將是VTU=2.45V和VTL=1.55V。可以看出,由VH=VTU-VTL給定的回差電壓VH(本例為0.9V)總是稍低于輸入信號(hào)幅度的峰峰值。
閾值電壓經(jīng)IC3A和IC3B緩沖后饋入模擬開關(guān)IC2A。為了理解電路的最后部分是如何工作的,可以假設(shè)IC2A處于圖中所示狀態(tài),因此閾值電壓VTU饋入比較器的反相輸入端,比較器同相輸入端的輸入信號(hào)從負(fù)峰值開始上升。數(shù)字輸出信號(hào)VOUT目前處于低電平。在輸入信號(hào)剛越過VTU的時(shí)刻,比較器輸出立即變高,致使IC2A改變狀態(tài),將VTL饋入比較器的反相輸入端。這種正反饋—典型的施密特觸發(fā)器行為—確保了數(shù)字輸出信號(hào)的快速完全切換。緩沖器IC3A和IC3B是很有必要的(特別是在高頻時(shí)),可以在IC2A改變狀態(tài)時(shí)防止IC4A反相輸入端的雜散電容造成VTU和VTL的畸變。
圖2和圖3的示波器波形展示了使用比較器IC1和IC4=TLC3702以及運(yùn)放IC3=TLC2272搭建的測試電路的性能。這些相當(dāng)極端的例子反映了電路處理差別極大的輸入信號(hào)的能力。
圖2:含有調(diào)制“噪聲”的500Hz信號(hào)。
圖3:低幅度輸入信號(hào)。
在圖2中,源信號(hào)是一個(gè)被峰峰值為2.88V的100kHz正弦波所調(diào)制的、峰峰值為1.56V的500Hz正弦波信號(hào),最終是疊加在2.5V直流電平之上、峰峰值約為4.4V的合成信號(hào)。盡管“噪聲”幅度幾乎是源信號(hào)幅度的兩倍,但電路輸出仍能以源信號(hào)頻率利索地開關(guān),并且完全不受高頻調(diào)制的影響。圖3展示了電路對很小輸入信號(hào)的響應(yīng)性能。這里的源信號(hào)是一個(gè)疊加于400mV直流電平上、峰峰值約為30mV的100kHz正弦波。輸入信號(hào)中開關(guān)毛刺的存在(由于不太完美的面包板版圖引起的)會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)有一些抖動(dòng)。注意:圖2中的輸入信號(hào)比圖3中的信號(hào)大100倍以上。事實(shí)上,若輸入信號(hào)保持在比較器和緩沖器的共模范圍內(nèi)(本例約為0至4V),電路可以處理幅度變化達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的不同信號(hào)幅度。交流耦合只是當(dāng)信號(hào)直流電平超出輸入共模范圍時(shí)才需要。
你應(yīng)該選擇C1和C2來適應(yīng)預(yù)期的頻率范圍。100nF左右的值適合大約300Hz以上或左右的頻率。當(dāng)小于這個(gè)頻率時(shí),應(yīng)增加采樣電容,以防止在VU和VL上出現(xiàn)過多的衰減紋波。TLC3702比較器可以很好地工作到100kHz左右,但超過這個(gè)水平時(shí),你可能就需要選用速度更快的器件。上述電路并不是適合所有的觸發(fā)應(yīng)用,但對于傳統(tǒng)施密特觸發(fā)器的固定閾值不適合的應(yīng)用來說是很有用的。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
- 準(zhǔn) Z 源逆變器的設(shè)計(jì)
- 第12講:三菱電機(jī)高壓SiC芯片技術(shù)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
單向可控硅
刀開關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點(diǎn)膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動(dòng)車
電動(dòng)工具
電動(dòng)汽車
電感
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖