有少數(shù)的運(yùn)算放大器電路用正反饋,。例如圖13－44顯示了一個(gè)信號(hào)整形電路,，它被稱作施密特觸發(fā)器。這個(gè)電路與比較器相似但正反饋形成兩個(gè)閾值電壓,。假設(shè)放大器的電源電壓是±15V,，則輸出電壓可在±14V變動(dòng)。電阻R1與R2對(duì)輸出信號(hào)分壓,，所得到的電壓加到運(yùn)算放大器的同相輸入端,。當(dāng)圖13－44的輸出信號(hào)是正向最大值時(shí)，分壓器產(chǎn)生上閾值電壓：

當(dāng)輸出信號(hào)是負(fù)向最大值時(shí)分壓器產(chǎn)生下閾值電壓：

圖13－45顯示了工作在輸入信號(hào)超過上閾值和下閾值的施密特觸發(fā)器,。當(dāng)輸入信號(hào)變?yōu)檎氩ㄗ詈蟪^上閾值電壓2.52V時(shí),，運(yùn)算放大器的反相輸入端比同相輸入端電壓高，因此輸出信號(hào)迅速地轉(zhuǎn)換到－14V, 閾值電壓變成－2.52V,。后來輸入信號(hào)開始變負(fù),，最后超過下閾值電壓－2.52V，這時(shí)施密特觸發(fā)器的輸出信號(hào)迅速變成＋14V,，同相端又回到上閾值電壓2.52V,。兩個(gè)閾值電壓之差稱作遲滯電壓，本例的遲滯電壓是：

U上閾－ U下閾 ＝2.52V－（－2.52V）＝5.04V

例13－11

如果放大器用12V的雙極性電源,。計(jì)算圖13－44的遲滯電壓,。我們假設(shè)輸出電壓是±11V，閾值電壓是：

這兩個(gè)閾值電壓之差是遲滯電壓：

遲滯電壓 ＝ 1.98－（－1.98）＝3.96V

圖13－46顯示了施密特觸發(fā)器的比較特性和圖形符號(hào),。圖13－46（a）的比較特性與圖13－44對(duì)應(yīng),，當(dāng)輸入信號(hào)低于上閾時(shí)輸出保持高電平，在達(dá)到高電平后輸出變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)參考端馬上變成下閾值,，因此當(dāng)輸入電壓變低時(shí)一直要退回到下閾值輸出才能翻轉(zhuǎn)回高電平,。你可以看到施密特觸發(fā)器的符號(hào)是在一般的運(yùn)算放大器符號(hào)的內(nèi)部有一個(gè)遲滯回環(huán)。在數(shù)字電路和系統(tǒng)中用遲滯現(xiàn)象處理噪音信號(hào),。

圖13－47說明為什么施密特觸發(fā)器不同于比較器,。施密特觸發(fā)器有遲滯作用，在信號(hào)上的噪音不能引起誤觸發(fā),，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻率是同樣的,。然而比較器的輸出信號(hào)的頻率比輸入信號(hào)高，因?yàn)樵胍粢鹫`觸發(fā),。注意比較器沒有遲滯現(xiàn)象,，在信號(hào)上迭加噪音后反復(fù)通過它的閾值電壓，使比較器來回翻轉(zhuǎn),。

通用運(yùn)算放大器要求雙極性的電源,，有時(shí)也用單電源供電。圖13－48顯示了這種類型電路,。兩個(gè)10kΩ電阻對(duì)15V電源分壓得到＋7.5V加于運(yùn)算放大器的同相輸入端,。每個(gè)放大器本來要接負(fù)電源的端點(diǎn)4現(xiàn)在接地。沒有輸入信號(hào)時(shí)兩個(gè)放大器的輸出都是7.5V,。有輸入信號(hào)時(shí),，輸出信號(hào)大約在＋14V到＋1V之間擺動(dòng)。4.7μF電容旁路電源上的噪音,，使它入地。單電源電路常用在交流放大器,，如圖13－48所示信號(hào)源用電容耦合,。因?yàn)橥噍斎攵耸?.5V反相輸入端也是7.5V。輸入端的耦合電容防止信號(hào)源改變這點(diǎn)的直流電壓,。

什么叫觸發(fā)器
施密特觸發(fā)電路（簡稱）是一種波形整形電路,，當(dāng)任何波形的信號(hào)進(jìn)入電路時(shí)，輸出在正,、負(fù)飽和之間跳動(dòng),，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器,，施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)臨界電壓且形成一個(gè)滯后區(qū),，可以防止在滯后范圍內(nèi)之噪聲干擾電路的正常工作。如遙控接收線路,，傳感器輸入電路都會(huì)用到它整形,。
施密特觸發(fā)器
一般比較器只有一個(gè)作比較的臨界電壓，若輸入端有噪聲來回多次穿越臨界電壓時(shí)，輸出端即受到干擾,，其正負(fù)狀態(tài)產(chǎn)生不正常轉(zhuǎn)換,，如圖1所示。


圖1 (a)反相比較器 (b)輸入輸出波形
施密特觸發(fā)器如圖2 所示,，其輸出電壓經(jīng)由R1 ,、R2 分壓后送回到運(yùn)算放大器的非反相輸入端形成正反饋。因?yàn)檎答仌?huì)產(chǎn)生滯后（Hysteresis）現(xiàn)象,，所以只要噪聲的大小在兩個(gè)臨界電壓（上臨界電壓及下臨界電壓）形成的滯后電壓范圍內(nèi),，即可避免噪聲誤觸發(fā)電路，如表1 所示838電子


圖2 (a)反相斯密特觸發(fā)器 (b)輸入輸出波形
表1施密特觸發(fā)器的滯后特性
上臨界電壓VTH
下臨界電壓VTL
滯后寬度（電壓）VH
VTLVTH
輸入端信號(hào)νI 上升到比VTH 大時(shí),，觸發(fā)電路使νO 轉(zhuǎn)態(tài)
輸入端信號(hào)νI 下降到比VTL 小時(shí),，觸發(fā)電路使νO 轉(zhuǎn)態(tài)
上、下臨界電壓差VH =VTH -VTL
噪聲在容許的滯 后寬度范圍內(nèi),，νO 維持穩(wěn)定狀態(tài) 反相施密特觸發(fā)器
電路如圖2 所示,，運(yùn)算放大器的輸出電壓在正、負(fù)飽和之間轉(zhuǎn)換:
νO= ±Vsat ,。輸出電壓經(jīng)由R1 ,、R2 分壓后反饋到非反相輸入端：ν+= βνO，
其中反饋因數(shù)=


當(dāng)νO為正飽和狀態(tài)（+Vsat ）時(shí),，由正反饋得上臨界電壓


當(dāng)νO 為負(fù)飽和狀態(tài)（- Vsat ）時(shí),，由正反饋得下臨界電壓

VTH 與VTL 之間的電壓差為滯后電壓：

2R1


圖3 (a)輸入、輸出波形 (b)轉(zhuǎn)換特性曲線
輸入,、輸出波形及轉(zhuǎn)換特性曲線如圖3(b)所示,。
當(dāng)輸入信號(hào)上升到大于上臨界電壓VTH 時(shí)，輸出信號(hào)由正狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)狀態(tài)即：
νI ＞VTH→νo = - Vsat
當(dāng)輸入信號(hào)下降到小于下臨界電壓VTL 時(shí),，輸出信號(hào)由負(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎隣顟B(tài)即：
νI ＜VTL→νo = + Vsat
輸出信號(hào)在正,、負(fù)兩狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，輸出波形為方波,。
非反相施密特電路


圖4 非反相史密特觸發(fā)器
非反相施密特電路的輸入信號(hào)與反饋信號(hào)均接至非反相輸入端,，如圖4所示。
由重迭定理可得非反相端電壓

反相輸入端接地： ν- = 0,，當(dāng)ν+ = ν- = 0 時(shí)的輸入電壓即為臨界電壓,。

將ν+ = 0 代入上式得


整理后得臨界電壓

當(dāng)νo 為負(fù)飽和狀態(tài)時(shí)，可得上臨界電壓

當(dāng)νo為正飽和狀態(tài)時(shí),，可得下臨界電壓,，

VTH與VTL之間的電壓差為滯后電壓：




圖5 (a)計(jì)算機(jī)仿真圖 （b）轉(zhuǎn)換特性曲線
輸入、輸出波形與轉(zhuǎn)換特性曲線如圖5所示,。
當(dāng)輸入信號(hào)下降到小于下臨界電壓VTL 時(shí),，輸出信號(hào)由正狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)狀態(tài)：
νo TL →νo = - Vsat
當(dāng)輸入信號(hào)上升到大于上臨界電壓VTH 時(shí),，輸出信號(hào)由負(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎隣顟B(tài)：
νo ＞ VTL →νo = + Vsat
輸出信號(hào)在正、負(fù)兩狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變,，輸出波形為方波,。
史密特觸發(fā)器電路原理實(shí)驗(yàn)：
如圖6，當(dāng)Vi 大于VR 時(shí)運(yùn)算放大器的輸出會(huì)得到一個(gè)正向電壓輸出,；若VR大于Vi時(shí)則會(huì)得到一個(gè)負(fù)電壓,。電壓的大小則由兩個(gè)齊紊二極管來限壓。理想的運(yùn)算放大器其輸出上升時(shí)間為0,，而在實(shí)際的電路上是上可能得到這么理想的曲線,，一般從負(fù)壓上升到正壓需要一小段的上升時(shí)間。換言之,，運(yùn)算放大器并上能立刻反應(yīng)Vi 及VR 所形成的電壓差,。如果參考電壓VR 固定，那么當(dāng)Vi 慢慢增加時(shí),，僅在Vi-VR≧ V1 時(shí),。運(yùn)算放大器的輸出達(dá)到Vmax；而當(dāng)Vi 漸漸減小時(shí)卻必須于Vi-VR≦ V1 伏特時(shí),，輸出才為Vmin,。也即，欲達(dá)Vmax 及Vmin 輸出電壓的條件上一樣,，兩者Vi-VR值相差V1,，這種情形稱為遲滯(hysteresis)現(xiàn)象。史密特觸發(fā)器便是利用這種現(xiàn)象而做成的電路,。反相的史密特觸發(fā)器,，輸出電壓經(jīng)由分壓電路回授至運(yùn)算放大器，參考電壓則加在R1 及R2 的末端,?；厥讦?值為R2/(R1+R2)，此電路為正回授,，如果輸出增加了V，則有回授βV 到運(yùn)算放大器,。
當(dāng)ViR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR)
當(dāng)Vi=V+時(shí),，輸出轉(zhuǎn)為Vmin。
當(dāng)Vi>V+
V+=VR-(R2/R1+R2)(Vmin+VR)
若此時(shí)V+漸漸小至V2,，則輸出又轉(zhuǎn)為Vmax,。由于遲滯現(xiàn)象，使得觸發(fā)輸出電壓轉(zhuǎn)相的電壓有所上同,，輸入電壓增加產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)相時(shí)所的電壓,，要比輸入電壓降低時(shí)所產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)相所需電壓來得大(V1>V2),。