18. シュミットトリガ、３ステート

シュミットトリガ（Schmitt Trigger）は、ディジタル回路やアナログ回路において使用される特殊な増幅器である。シュミットトリガは、入力信号のノイズや不安定性に対して強く、入力信号がある閾値を超えた時に出力を切り替える特性（ヒステリシス特性：履歴特性）を持っている。このヒステリシス特性によって信号の不安定性を抑制できる。
3ステート（Three-State）は、ディジタル回路の出力の状態の一つである。通常、ディジタル回路の出力は「High」（高い電圧）、または「Low」（低い電圧）のいずれかの状態になるが、3ステートではさらに1つの状態が加わり、出力は「High」、 「Low」、「High-Impedance」の3つの状態を持つ。

シュミットトリガ

$V_{in}$が一度この電圧を下回れば出力が$-V_{CC}$になるため、今度は非反転入力には$-V_{CC}$と入力電圧$V_{in}$の差を$R2$と$R1$で分圧した電圧が入力されることとなる。このとき非反転入力が反転入力の$0\;V$より大きくなる条件は、 $$\frac{V_{in}}{R1} = \frac{V_{CC}}{R2}$$ よって、 $$V_{in}=\frac{R1}{R2} V_{CC}$$ となる。
図４は、図３の回路のシミュレーション結果である。入力$V_{in}$（赤線）は振幅$10\;V$の正弦波である。閾値は$\pm \frac{R1}{R2} V_{CC} =\pm 5\; V$なので、青線のように変化し、ヒステリシス特性となっていることが分かる。

論理ゲートをCMOSの回路とすると、閾値はほぼ電源電圧$V_{CC}$の半分なので、点$A$が閾値を超すには、 $$V_A = \frac{R_2}{R_1 + R_2}V_{in} > \frac{V_{CC}}{2}$$ なので、$V_{in}$が達する必要がある電圧$V_{T+}$は、 $$V_{T+}= \frac{R_1+R_2}{R_2} \frac{V_{CC}}{2}$$ となる。
図５下図のように出力が$V_{CC}$の状態から$H \rightarrow L$に変化する場合、$A$点の電圧は、 $$V_A = \frac{R_1}{R_1 + R_2}(V_{CC} - V_{in}) + V_{in}$$ となる。点$A$が閾値を超すには、 $$V_A = \frac{R_1}{R_1 + R_2}(V_{CC} - V_{in}) + V_{in} < \frac{V_{CC}}{2}$$ なので、$V_{in}$が達する必要がある電圧$V_{T-}$は、 $$V_{T-} = \frac{R_2 - R_1}{R_2} \frac{V_{CC}}{2}= V_{CC} - V_{T+}$$ となる。このようにして、$V_{T+}$、$V_{T-}$が決まり、ヒステリシス特性をディジタル回路で実現できる。なお、シュミットトリガ特性を持つ論理IC 7414において、閾値の幅（$V_{T+}$と$V_{T-}$の差）は、約$0.8 \;V$程度であり、十分なノイズ耐性を持っている。

３ステート出力