Триггер Шмитта | это… Что такое Триггер Шмитта?
Петля гистерезиса идеального триггера Шмитта.
Триггер Шмитта (не Шмидта) — электронный двухпозиционный релейный (переключающий) элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности (петлю гистерезиса). Триггер Шмитта используется для восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтрах дребезга, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения. Этот триггер стоит особняком в семействе триггеров: он имеет один аналоговый вход и цифровой выход.
Фазовая траектория (статическая характеристика) триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.
В триггере Шмитта весь входной диапазон возможных напряжений делится входным троичным компаратором на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения (трит) в чёткой троичной логике, в верхнем из которых (трит = +1) триггер устанавливается в «1», в среднем из которых (трит = 0) действия не производятся, а в нижнем из которых (трит = -1) триггер устанавливается в «0». Логическая часть триггера Шмитта выполняет сложную унарную троичную логическую функцию с памятью — «повторитель (F1073 = F810) с запоминанием в RS-триггере двух (трит = +1 и трит = -1) из трёх возможных состояний трита».
Содержание
|
такжеОписание
Триггер Шмитта представляет собой RS-триггер, управляемый одним входным аналоговым сигналом, с двумя разными напряжениями переключения в «1» и в «0», причём, напряжение переключения в «1» выше напряжения переключения в «0».
Простые реализации (быстродействующие, без обратной связи) состоят из RS-триггера и троичного компаратора на входе RS-триггера, в котором два напряжения сравнения, для переключения в «0» и для переключения в «1», устанавливаются раздельно[1][2][3][4].
Триггер Шмитта с обратной связью
В более сложных реализациях (с обратной связью, которая снижает быстродействие) цифровой выходной сигнал используется для переключения напряжения сравнения в обычном двоичном компараторе, превращая его и в троичный компаратор и в триггер на одних и тех же элементах. При «1» на выходе обратная связь уменьшает напряжение переключения, при «0» на выходе обратная связь увеличивает напряжение переключения.
Реализации
Простой (без обратной связи)
Аппаратный
Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером состоит из троичного компаратора на двух двоичных компараторах, среднее состояние которого не используется, и асинхронного RS-триггера[1][2][3]. Применён в интегральном таймере NE555 (КР1006ВИ1)[6], выпущенном в 1971 г.
Программный
В «программном прецизионном триггере Шмитта с RS-триггером» двумя компараторами троичного компаратора являются два оператора IF-THEN, а RS-триггером является нулевой разряд (бит) целой переменной RStrigger%, с двумя значениями («0» и «1»)[7].
При логических элементах с одинаковым временем задержки аппаратный триггер Шмитта имеет значительно большее быстродействие (tзадержки = 3dt, где dt — время задержки в одном логическом элементе), чем программный.
Более сложный (с обратной связью)
На аналоговых элементах
Эмиттерно-связанный триггер Шмитта на дифференциальном усилителе[8].
В аналоговой схемотехнике триггер Шмитта обычно реализуется на базе компаратора (операционного усилителя, охваченного резистивной положительной обратной связью) цифровой выходной сигнал которого, по этой же обратной связи, через время задержки, определяемое сопротивлением резистора обратной связи и распределённой ёмкостью, изменяет напряжение сравнения компаратора. В результате, компаратор становится троичным с двумя разными напряжениями переключения в «1» и в «0». Из-за этого в статической характеристике устройства появляется гистерезис, т.е. устройство приобретает свойства триггера.
Если на этом интервале произойдёт резкое изменение входного сигнала в другую сторону, то триггер переключится по предыдущему напряжению сравнения, т.е. преждевременно.На цифровых логических элементах
Простейшая реализация триггера Шмитта на цифровых логических элементах — это два последовательно включенных инвертора, охваченные резистивной обратной связью, цифровой выходной сигнал которых через обратную связь изменяет напряжение переключения на входе. Скорость нарастания выходного сигнала не зависит от скорости нарастания входного сигнала, для данной технической реализации является величиной постоянной (зависит от быстродействия логических вентилей).
Использование цифрового логического элемента, как аналогового компаратора, ухудшает компараторные свойства устройства, а резистивная обратная связь ухудшает триггерные свойства устройства.
См. также
- Триггер
- Компаратор
- Дифференциальный усилитель
- Троичные функции
- Применение операционных усилителей#Триггер Шмитта
Примечания
Триггер Шмитта изобрёл американский биофизик и инженер Отто Герберт Шмитт.
Литература
- Калабеков Б. А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы —М.: Телеком, 2000 г.
- Потёмкин И. С. Функциональные узлы цифровой автоматики —М.: Энергоатомиздат, 1988 г., c. 166…. 206.
Ссылки
- ↑ 1 2 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.-М.: Мир, 1982.-512с., ил. (Стр. 292, Рис. 17.36. Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером.)
- ↑ 1 2 Electronic Developer. Schmitt-Trigger mit präziser Hysterese
- ↑ 1 2 CircuitLab. Schmitt-Trigger with configurable hysteresis
- ↑ Викизнание.
Триггер Шмитта - ↑ Electronic Developer. Schmitt-Trigger mit OpAmp / Komparator
- ↑ Интегральный таймер серии 555
- ↑ Тринари. Аппаратная часть. Применение троичной логики в синтезе стабилизаторов (регуляторов). Блок 10
- ↑ Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.-М.: Мир, 1982.-512с., ил. (Стр. 98, Рис. 8.12. Эмиттерно-связанный триггер Шмитта.)
- Интернет университет. Информационные технологии. Триггеры Шмитта
- Лаборатория автоматизации. Компаратор и триггер Шмитта
Триггер Шмитта | это… Что такое Триггер Шмитта?
Петля гистерезиса идеального триггера Шмитта.
Триггер Шмитта (не Шмидта) — электронный двухпозиционный релейный (переключающий) элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности (петлю гистерезиса). Триггер Шмитта используется для восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтрах дребезга, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения.
Фазовая траектория (статическая характеристика) триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.
В триггере Шмитта весь входной диапазон возможных напряжений делится входным троичным компаратором на три нечётких поддиапазона в нечёткой (fuzzy) троичной логике, которым присваиваются три чётких значения (трит) в чёткой троичной логике, в верхнем из которых (трит = +1) триггер устанавливается в «1», в среднем из которых (трит = 0) действия не производятся, а в нижнем из которых (трит = -1) триггер устанавливается в «0». Логическая часть триггера Шмитта выполняет сложную унарную троичную логическую функцию с памятью — «повторитель (F107 3 = F810) с запоминанием в RS-триггере двух (трит = +1 и трит = -1) из трёх возможных состояний трита».
Содержание
|
Описание
Триггер Шмитта представляет собой RS-триггер, управляемый одним входным аналоговым сигналом, с двумя разными напряжениями переключения в «1» и в «0», причём, напряжение переключения в «1» выше напряжения переключения в «0».
Простые реализации (быстродействующие, без обратной связи) состоят из RS-триггера и троичного компаратора на входе RS-триггера, в котором два напряжения сравнения, для переключения в «0» и для переключения в «1», устанавливаются раздельно[1][2][3][4].
Триггер Шмитта с обратной связью
В более сложных реализациях (с обратной связью, которая снижает быстродействие) цифровой выходной сигнал используется для переключения напряжения сравнения в обычном двоичном компараторе, превращая его и в троичный компаратор и в триггер на одних и тех же элементах. При «1» на выходе обратная связь уменьшает напряжение переключения, при «0» на выходе обратная связь увеличивает напряжение переключения. В таких реализациях затруднена раздельная установка напряжений переключения в «1» и в «0» [5].
Реализации
Простой (без обратной связи)
Аппаратный
Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером состоит из троичного компаратора на двух двоичных компараторах, среднее состояние которого не используется, и асинхронного RS-триггера[1][2][3]. Применён в интегральном таймере NE555 (КР1006ВИ1)[6], выпущенном в 1971 г.
Программный
В «программном прецизионном триггере Шмитта с RS-триггером» двумя компараторами троичного компаратора являются два оператора IF-THEN, а RS-триггером является нулевой разряд (бит) целой переменной RStrigger%, с двумя значениями («0» и «1»)[7].
При логических элементах с одинаковым временем задержки аппаратный триггер Шмитта имеет значительно большее быстродействие (tзадержки = 3dt, где dt — время задержки в одном логическом элементе), чем программный.
Более сложный (с обратной связью)
На аналоговых элементах
Эмиттерно-связанный триггер Шмитта на дифференциальном усилителе[8].
В аналоговой схемотехнике триггер Шмитта обычно реализуется на базе компаратора (операционного усилителя, охваченного резистивной положительной обратной связью) цифровой выходной сигнал которого, по этой же обратной связи, через время задержки, определяемое сопротивлением резистора обратной связи и распределённой ёмкостью, изменяет напряжение сравнения компаратора. В результате, компаратор становится троичным с двумя разными напряжениями переключения в «1» и в «0». Из-за этого в статической характеристике устройства появляется гистерезис, т.е. устройство приобретает свойства триггера.
Из-за дополнительной задержки в цепи обратной связи, может оказаться, что триггер Шмитта с обратной связью работает медленнее, чем триггер Шмитта без обратной связи. Кроме этого, в триггере Шмитта с обратной связью, после переключения триггера, существует интервал на котором действует предыдущее значение напряжения сравнения до прихода сигнала переключения напряжения сравнения по цепи обратной связи. Если на этом интервале произойдёт резкое изменение входного сигнала в другую сторону, то триггер переключится по предыдущему напряжению сравнения, т.е. преждевременно.
Использование аналоговых элементов, как цифрового триггера, создаёт триггер, но низкого качества, и ухудшает компараторные свойства устройства.
На цифровых логических элементах
Простейшая реализация триггера Шмитта на цифровых логических элементах — это два последовательно включенных инвертора, охваченные резистивной обратной связью, цифровой выходной сигнал которых через обратную связь изменяет напряжение переключения на входе.
Скорость нарастания выходного сигнала не зависит от скорости нарастания входного сигнала, для данной технической реализации является величиной постоянной (зависит от быстродействия логических вентилей).
Использование цифрового логического элемента, как аналогового компаратора, ухудшает компараторные свойства устройства, а резистивная обратная связь ухудшает триггерные свойства устройства.
См. также
- Триггер
- Компаратор
- Дифференциальный усилитель
- Троичные функции
- Применение операционных усилителей#Триггер Шмитта
Примечания
Триггер Шмитта изобрёл американский биофизик и инженер Отто Герберт Шмитт.
Литература
- Калабеков Б. А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы —М.: Телеком, 2000 г.
- Потёмкин И. С. Функциональные узлы цифровой автоматики —М.: Энергоатомиздат, 1988 г., c. 166…. 206.
Ссылки
- ↑ 1 2 Титце У.
, Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.-М.: Мир, 1982.-512с., ил. (Стр. 292, Рис. 17.36. Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером.) - ↑ 1 2 Electronic Developer. Schmitt-Trigger mit präziser Hysterese
- ↑ 1 2 CircuitLab. Schmitt-Trigger with configurable hysteresis
- ↑ Викизнание. Триггер Шмитта
- ↑ Electronic Developer. Schmitt-Trigger mit OpAmp / Komparator
- ↑ Интегральный таймер серии 555
- ↑ Тринари. Аппаратная часть. Применение троичной логики в синтезе стабилизаторов (регуляторов). Блок 10
- ↑ Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.-М.: Мир, 1982.-512с., ил. (Стр. 98, Рис. 8.12. Эмиттерно-связанный триггер Шмитта.)
- Интернет университет. Информационные технологии. Триггеры Шмитта
- Лаборатория автоматизации.
Компаратор и триггер Шмитта
Что такое триггер Шмитта | Как это работает? Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменную статью ниже.
Обзор
Триггер Шмитта представляет собой тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта. Это полезно, потому что позволяет избежать ошибок, когда у нас есть шумные входные сигналы, из которых мы хотим получить прямоугольные сигналы.
Так, например, если у нас есть такой зашумленный входной сигнал, который должен иметь 2 импульса, устройство, имеющее только одну уставку или пороговое значение, может получить неверный ввод и может зарегистрировать более двух импульсов, как показано на этой иллюстрации. И если мы используем триггер Шмитта для одного и того же входного сигнала, мы получим правильный ввод двух импульсов из-за двух разных порогов. Такова основная функция триггера Шмитта — преобразовывать зашумленные прямоугольные сигналы, синусоидальные волны или входные сигналы с медленными фронтами в чистые прямоугольные сигналы.
Типы триггеров Шмитта
Существует множество логических ИС со встроенными триггерами Шмитта на своих входах, но также они могут быть построены с использованием транзисторов или проще с использованием операционного усилителя или компаратора, просто добавив к нему несколько резисторов и положительный отзыв.
Операционный усилитель на основе триггера Шмитта
Здесь у нас есть операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к земле или нулевому напряжению, а неинвертирующий вход подключен к входу напряжения, В В . Так что на самом деле это компаратор, который сравнивает неинвертирующий вход с инвертирующим входом или, в данном случае, входное напряжение V IN с 0 В. Таким образом, когда значение V IN ниже 0 вольт, выход компаратора будет быть отрицательным V CC , и если входное напряжение выше 0 вольт, выход будет положительным V CC .
Теперь, если мы добавим положительную обратную связь, подключив выходное напряжение к неинвертирующему входу с резистором между ними и другим резистором между V IN и неинвертирующий вход мы получим триггер Шмитта.
Теперь выход переключится с V CC – на V CC +, когда напряжение в узле A превысит 0 вольт.
Это означает, что теперь, регулируя значения резисторов, мы можем установить, при каком значении входа V IN произойдет переключение, используя следующие уравнения. Мы получаем эти уравнения со следующими соотношениями. Ток «i» по этой линии равен V IN – V A разделить на R 1 а также V A – V OUT разделить на R 2 . Итак, если мы заменим V A на ноль, так как нам нужно это значение для переключения, мы получим это окончательное уравнение. Например, если на выходе -12 вольт, а на входе V IN отрицательный и повышается, переключение с -12 В на +12 В произойдет при 6 вольтах в соответствии с уравнением и значениями резисторов и наоборот, когда на входе V IN высокий уровень и при его снижении переключение с +12 В на – 12 В произойдет при -6 вольт.
Несимметричный триггер Шмитта
Чтобы получить два разных несимметричных порога, мы можем использовать эту схему инвертирующего триггера Шмитта с одним питанием. Здесь напряжение V REF совпадает с напряжением V CC операционного усилителя. Теперь, поскольку вход V IN подключен к инвертирующему входу ОУ, когда его значения достигнут верхнего порога, выход отключится до 0 вольт, а затем, когда его значения упадут до нижнего порога, выход переключится на 5 вольт.
Вот пример того, как мы можем рассчитать пороги. V REF и V CC будут на 5 вольт, а три резистора будут на те же 10 кОм. Итак, что нам нужно рассчитать сейчас, так это напряжение в узле А. В первом случае, когда на выходе 0 В, наша схема будет выглядеть так: простой делитель напряжения и значение V A будет равно 1,66 В. Это означает, что вход V IN должен опуститься ниже этого значения. чтобы выход включался на 5 вольт.
Теперь при этих 5 вольтах на выходе схема будет выглядеть так. Значение V A будет 3,33 В. Это означает, что вход V IN должен подняться выше этого значения, чтобы выход отключился до 0 вольт.
Триггер Шмитта на основе транзисторов
Мы также можем построить триггер Шмитта, используя транзисторы. Вы можете узнать, как работает транзисторный триггер Шмитта, в моем следующем уроке. Нажмите здесь, чтобы посетить его.
Связанное руководство: 555 Timer IC – Принцип работы, блок-схема, принципиальная схема Рубрики Электротехникаприложений триггера Шмитта
приложений триггера Шмитта
| Index Концепции электроники Концепции операционных усилителей Ссылка | |||||
| Назад |
То есть он обеспечивает обратную связь, которая не перевернута по фазе, но в этом случае сигнал, который возвращается, является отрицательным сигналом и поддерживает отрицательное напряжение питания на выходе до тех пор, пока входное напряжение не упадет ниже нижнего проектного порога.
