东模拟开关型史密特触发器

引言

史密特触发器通常由比较器加正反馈电阻构成，或是制作成专门的集成电路，主要用于信号波形的整形和电压电平的监视，是应用极为广泛的基本电路。模拟开关也是数字电路的重要组成部分，它主要用作电子开关，但采用不同的接线方式，划是和其它器件作不同组合，都可以实现不同的功能。下面就介绍用它实现史密特触发器功能的电路。

基本的模拟开关型史密特触发器

基本的模拟开关型史密特触发器如图1所示，它主要由模拟开关G1和电阻器R1、R2等组成。模拟开关G1是一个单刀双置开关，其0输入端接地，1输入端接电源电压E，输出端Q经电阻器R2反馈到控制端C，输入信号U2经电阻器R1也输入到控制端C。

通常G1门的导通电阻及Ron为数欧姆～数百欧姆，控制转换阈值电压UT为数伏，这两个参数取决于所选用的产品型号和工作电源电压E。为使电路工作正常，要选择R1+R2>>Ron，而且要[R1/(R1+R2)]E

当输入信号UI=0或上升到阈值电压UIH之前，控制电压UC

公式

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

G1门发生开关转换，输出端Q接通1输入端，使UQ=E，由于正反馈作用，Uc跳变到Uc=[R1/(R1+R2)]×UIH+[R1/(R1+R2)]E。UI继续上升，虽然UC也继续上升，但UQ=E不变。当UI转为上降，直到下降到UIL之前，UQ=E都基本不变。一旦UI=UIL,此时

公式

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

G1门又发生相反的开关转换，输出端Q再接通0输出端，使UQ=0，UC又跳变到[R1/(R1+R2)UIL]。UI继续下降，UQ=0基本不变。

由（1）和（2）式可以得到输入信号UI使电路上下转换的阈值电压，

公式

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

公式

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

带偏置控制电路的模拟开关型史密特触发器

从（3）和（4）式不难看出，由于G1门控制电压阈值UT的存在，图1电路只适用于输入信号U1较大的场合。针对这种情况，图2示出了改进电路。电源电压E通过电阻器R3也加在控制端C，给模拟开关G1提供了偏置控制电压。为使电路工作正常，仍需R1>>Ron,R2>>Ron,R3>>Ron，并且

[（R1R2+R1R3）/（R1R2+R1R3+R2R3）]E

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)

从（5）和（6）式中可以看出，改变R3的阻值，就会改变图2电路输入信号UI的阈值UIH和UIL。

阈值电压可单独调整的模拟开关型史密特触发器

从（3）、（4）、（5）、（6）式中可以看出，图1和图2电路中调整哪一只电阻器都会同时影响到输入信号阈值UIN和UIL，有时这给应用带来不便。图3示出了阈值UIH和UIL可以单独调整的模拟开关型史密特触发器电路。相对于图2电路，图3电路增加了一个单刀双置模拟开关G2.G2的控制端接到G1的输出端，输出端Q2接到G1的控制端，0和1输入端分别经电阻器R2和R3接电源电压E。为了使电路工作正常，要选择R1+R2>>Ron,R1+R3>>Ron,R3>R2,R1/(R1+R2)E

随着输入电压信号UI的上升和下降变化，在UI=UIH和UI=ULL时，G1开关相应发生由0到1和1到0的状态转换，进而又驱动G2开关也做0到1和1到0的状态转换，UI的转移阈值电压为：公式

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

公式

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

结语

因为模拟开关是一种微功耗电压控制型器件，同时具有良好的开关特性，非常宽的温度范围，众多的产品型号，不难设计出满足要求的开关型史密特触发器。在总体电路设计时，就有可能减少所用器件品种，缩小电路板面积，可望它能得到广泛应用。