Как работает триггер шмидта: Принцип работы триггера Шмитта на ОУ

Содержание

Принцип работы триггера Шмитта на ОУ

Триггер Шмитта — это компонент электронного устройства, функция которого является формирование постоянно изменяющегося сигнала на входе в серию прямоугольных импульсов на выходе. Применяется в аналого-цифровых преобразователях, фильтрах, линиях связи.

Триггер Шмитта имеет свое отличие от других видов триггеров тем, что он имеет единственный вход и один выход и не имеет свойства памяти. Триггер Шмитта состоит из двух инверторов, имеющих положительно-обратную связь (ПОС), в результате чего состояние выхода триггера может меняться лавинообразно.

Описание работы схемы

Триггер Шмитта это компаратор, имеющий ПОС. В данной схеме доля выходного электрического сигнала ОУ поступает на прямой вход и устанавливает уровень, при котором схема будет переключаться.

Принципиальная схема работы триггера Шмитта на ОУ изображена ниже.

ОУ подключен к двухполярному блоку питания на 5 вольт.

На инверсный вход DA1 поступает синусоидный сигнал равный амплитуде 2 В. Сопротивления R1 и R2 имеют значения 25 кОм и 10 кОм. Напряжение на прямом выводе DA1 поступает с делителя напряжения построенного на резисторах R1 и R2, который подключен к выходу ОУ. Формула расчета для определения напряжения насыщения:

Uвх1 = +U*R2/(R1+R2) = 3,5*10/35 = 1 В
Uвх1 = -U*R2/(R1+R2) = -3,5*10/35 = -1 В

Когда на выходе ОУ напряжение с положительным потенциалом насыщения – на прямом входе напряжение равно 1 вольту. Предположим, входной электрический сигнал постепенно увеличивается с нуля. Пока потенциал входного сигнала не превышает напряжения на прямом входе – схема находится в стабильном состоянии. Чуть только входной электрический сигнал превзойдет величину в 1 вольт, напряжение на входе ОУ сменит свою полярность на отрицательное напряжение насыщения. Это поменяет напряжение на прямом входе ОУ, и оно будет равно -1 вольт.

Входной электрический сигнал постепенно будет увеличиваться до максимума, а затем начнет уменьшаться. После того как амплитуда сигнала на входе станет менее 1 вольта, то на выходе ОУ будет так же отрицательный потенциал насыщения. Как только сигнал на входе пройдет величину -1В, напряжение на выходе поменяется и будет равным положительному потенциалу насыщения.

На графике можно наблюдать зависимость выходного напряжения триггера Шмитта от входного.

Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

В результате такой работы схемы шумы входного сигнала не будут влиять на выходной сигнал.

Что такое триггер Шмидта. Схемы триггера Шмитта

Что такое триггер Шмитта

Слово trigger, в переводе на русский, значит, спусковой крючок. Функциональность устройства заключается в быстром переходе из одного устойчивого состояния в другое под внешним воздействием.

Большинство подобных устройств имеют заданное одинаковое значение для нарастающего сигнала. Для быстрорастущих сигналов – это не проблема. Но для сигналов, которые имеют очень медленное нарастание (шумовые, например) – колебания назад и вперед из положения off в on и обратно могут вывести из строя прибор. Триггеры Шмитта применимы для медленно изменяющихся сигналов или шума.

Это решение для случаев, когда сигнал на входе колеблется вокруг заданной точки. Схема для получения петли гистерезиса – это значит, что есть два набора точек, одни на низкой стороне, другие на высокой. Допустим, что на стороне низкого заданное значение составляет 2,0 В, а на стороне высокого – 1,5 В. Как только нарастающий входной сигнал (шум) попадает в точку 2.0 В, триггер переключит выход на 1. И сигнал на выходе останется на 1 до тех пор, пока входной сигнал не упадёт обратно до 1,5 В. В зоне от 1,5 и 2.0 В сигнал не переключается.

Самым простым примером применения триггера Шмитта является однополюсный двухпозиционный тумблер.

Перемещением рычага вправо соединяются выступы в центре. Цифровые схемы работают на 1 и 0 (вкл. и выкл.) Серединных значений при этом нет.

Схемы триггеров Шмитта

Существует много схем триггеров Шмитта, в которых необходимо включение элементов, имеющих фиксированные пороги на входе. Можно применять дискретные транзисторы, а также операционный усилитель (ОУ) с дополнительными компонентами, способствующими созданию петли гистерезиса.

На схеме изображено как устройство формирует импульс правильной конфигурации, при произвольном входном сигнале. Подобная схема применяется для преобразования медленно изменяющихся сигналов в импульсы с чётко очерченными краями. Это выполняется и на нескольких устройствах, и на одном ОУ.

Схема триггера Шмитта на транзисторах

Для несимметричного триггера Шмитта характерно несколько устойчивых состояний, когда переход из одного в другое происходит лишь при пороговых уровнях. Поэтому для такого триггера Шмитта характерна гистерезисная передаточная характеристика. В нижеприведённой схеме использованы биполярные транзисторы.

На данном чертеже показано, что триггер Шмитта включает в себя транзисторы VT1 и VT2, гальванически связанные между собой посредством резистора R5. Все элементы имеют общую питающую шину. R1 и R2 обеспечивают рабочий режим транзистора VT1. Организован делитель напряжения (два резистора). Конденсатор C1 служит для ускоренного переключения. Временные диаграммы входных и выходных напряжений устройства показаны на рисунке.

При подаче питания к устройству, он переходит в исходное состояние, когда транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт. В таком состоянии на выход устройства поступает некоторое напряжение Uэ, зависящее от элементов обвязки VT2. Имеются два порога срабатывания в триггере Шмитта (эта разность между напряжениями называется шириной петли гистерезиса).

Триггер Шмитта на логике

Это устройство особенное, потому что имеет по одному аналоговому входу и цифровому выходу. Самая простая схема триггера Шмитта основана на цифровых логических элементах, то есть последовательно включенных двух инверторах.

Посредством резистивной обратной связи цифровой сигнал на выходе меняет входное напряжение переключения. Скорости нарастания сигнала на выходе и входе не зависят друг от друга, являясь для данной схемы постоянной величиной (зависящей от быстродействия логических вентилей). Схема триггера Шмитта, построенная на двух инверторах, изображена ниже.

Добавлена обратная связь, обеспеченная двумя резисторами, способствует быстрому изменению напряжения на выходе схемы при пересечении сигналом порогового напряжения. Соотношение между резисторами влияет на глубину этой связи. Тот факт, что часть сигнала с выхода схемы поступает на вход, приводит к тому, что вместо одного порога у схемы получается два. Один из них назван порогом срабатывания схемы (когда на выходе устройства формируется уровень «1»). Второй порог назван порогом отпускания (когда на выходе схемы формируется уровень «0»). Наличие двух порогов дало триггеру Шмитта второе название — схема с гистерезисом. Положительная обратная связь используется для того, чтобы установить лимит для достижения точки насыщения на выходе и, таким образом, можно изменить синусоидальное напряжение в цифровое.

Как определить низкие и высокие пороговые уровни на входе схемы? Логика определения этих пороговых уровней следующая. Необходимо выбрать верхний порог, который ниже минимального высокого уровня сигнала. Другими словами, это тот уровень, когда входной сигнал будет превышать каждый импульс на выходе. Аналогичным образом выбирается нижний порог, который соответственно выше низкого уровня сигнала. Разница между верхним и нижним уровнем является гистерезис. Чем больше гистерезис, тем больше будет восприимчивость схемы к шуму. Также необходимо учесть влияние времени.

На изображении хорошо видны два порога там, где на вход устройства подаётся синусоидальное напряжение.

Генератор на триггере Шмитта

Для построения генераторов применяются инверторы. Посему для обеспечения устойчивых сигнальных волн нужно вывести элемент на участок между «0» и «1». Далее, требуется обеспечить положительную обратную связь посредством конденсаторов.

Ниже изображена схема простейшего генератора импульсов.

Инвертор генерирует сигнал, который заряжает и разряжает конденсатор. Это работает, потому что на выходе инверторов «0» или «1» (низкие или высокие пороговые значения). Представим, что мы смотрим на цепи в какой-то случайный момент времени. По своей природе, триггера Шмитта на выходе инвертора или 0 В или 5 В (или переход между ними, который мы можем игнорировать). Если на выходе 0 В, а на выходе конденсатора выше, чем на выходе инвертора, конденсатор будет разряжаться через резистор до падения порогового напряжения триггера Шмитта. Конденсатор разряжается до тех пор, пока на входе инвертора сигнал достаточно низкий. При пересечении порогового значения, цикл начнётся заново.

Ключ, который делает эту работу на «гистерезис» в триггер Шмитта. В основном это означает, что точка поездки инвертора зависит оттого, что мы идем от высокого напряжения или низкого напряжения.

Заключение

Достоинство схем заключается в том, что входное напряжение меняется незначительно, когда выходное изменяется резко к высокому или низкому пороговому значению.

Процесс проводится благодаря устройству обратной связи и делителя напряжения.

В чём польза триггера Шмитта? Они весьма востребованы тогда, где на входе присутствуют шумы. Применяется для преобразования входного сигнала в прямоугольные, пренебрегая высокочастотными помехами. Такая входная цепь осуществляет гистерезис, эффективно фильтрующий различные типы шумов. Использование устройства будет гарантировать, что на входе цифрового устройства всегда будет либо «один» или «ноль» и ничего между ними.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Для чего нужен Триггер Шмитта

представляет собой импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями. Особенность триггера в том, что он реагирует (меняет состояние) при определенном значении напряжения входного сигнала. Значения входных сигналов для перехода от высокого напряжения на выходе к низкому и от низкого к высокому различны (t/

BXl >• U_ВХ2, рис.

3.6, а). Разность между этими напряжениями называют напряжением гистерезиса. Напряжения, при которых триггер Шмитта меняет состояние, часто называют еще пороговыми.

Работа //(-триггера определяется следующей таблицей состояний:

Рис. 3.6. : а — временная диаграмма работы; б — условное графическое обозначение; в — схема с двумя ЛЭ

И-НЕ

храняется, пока входное напряжение превышает U_BX2 (считается, что входное напряжение также поступает от микросхемы ТТЛ и не превышает 5,5 В). Когда входное напряжение станет ниже U_BX₂, на выходе DD2 снова появится напряжение высокого, а на выходе DDI — низкого уровня, т. е. триггер Шмитта вернется в исходное состояние.

Оптимальное сопротивление резисторов указано на рисунке. Путем подбора сопротивлений R1 и R2 можно изменять в небольших пределах оба порога переключения. Сопротивление R1 влияет только на напряжение, при котором триггер Шмитта возвращается в исходное состояние. Диод VD1 может быть как германиевым, так и кремниевым.

Триггеры Шмитта применяются для формирования прямоугольных импульсов из сигналов с меняющейся амплитудой, когда входное напряжение превышает U_Вх1, — вплоть до момента, пока оно не станет меньше ■ Uвх2. Отметим, что при этом фронты импульсов становятся круче и удовлетворяются требования к фронтам ИМС ТТЛ. Этим свойством часто пользуются для формирования прямоугольных импульсов из импульсов с пологими фронтами,

Простейший триггер Шмитта может быть собран с помощью двух ЛЭ И—НЕ.

служит для получения прямоугольных импульсов из сигналов, меняющихся по амплитуде, или для увеличения крутизны пологих фронтов импульсов.

характеризуется наличием области гистерезиса, обусловленной различием в порогах переключения. Областью гистерезиса можно управлять в небольших пределах подбором сопротивлений резисторов R1 и R2 или только R1 (рис. 3.6, в).

Источник: Димитрова М. И., Пунджев В. П. 33 схемы с логическими элементами И — НЕ: Пер. с болг. — JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. 112 е.: ил.

Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ

Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах, где ОУ охвачен отрицательной обратной связью, которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью (ПОС).

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Работа операционного усилителя без обратной связи

Как известно напряжение на выходе ОУ U_ВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения U_Д (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению К_U

Операционные усилители имеют очень большой коэффициент усиления ОУ по напряжению К_U = 10⁵ … 10⁶, а выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания (обычно несколько меньше). Поэтому, для того чтобы ОУ работал в качестве усилителя напряжения максимальное входное дифференциальное напряжение не должно превышать нескольких десятков мкВ (при U_ПИТ = 15 В, К_U = 10⁵, U_Д ≈ 150 мкВ). С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания.

Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь (ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.

Принцип работы компаратора

Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже

Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.

В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение U_BX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения U_ОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение U_BX больше опорного U_ОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –U_НАС и остаётся неизменным пока входное напряжение U_BX не уменьшиться ниже опорного напряжения U_ОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +U_НАС.

На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.

Основные схемы компаратора

Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор сравнивает два напряжения с учётом знака. Расссмотрим обе схемы подробнее.

Схема одновходового компаратора.

На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения U_BX и опорного напряжения U_ОП приведённого к инвертирующему входу U_ПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах U_BX и U_ПРИВ должны иметь разную полярность.

Приведённое напряжение U_ПРИВ можно вычислить по следующему выражению

Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2

Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.

Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже

Схема двухвходового компаратора.

В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением U_BX и U_ОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.

Компараторы применяются в широком спектре схем:

Триггеры Шмитта и в схемах формирования сигнала, преобразующих сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.
Детекторы уровня – схемы, в которых происходит индицирование момента достижения входным сигналом заданного уровня опорного напряжения.
Генераторы импульсных сигналов, например, треугольной или прямоугольной формы.

При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже

Появление ложных импульсов на выходе компаратора.

Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.

Триггер Шмитта

Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.

В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения. Данное различие иллюстрирует изображение ниже

Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).

Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера U_ВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера U_НП.

Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже

Триггер Шмитта на операционном усилителе.

Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.

Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера U_ВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения U_НАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания U_ПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения U_ВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения U_НАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания U_ПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением

Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания U_НП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения U_НАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением

Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса U_ГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания U_ВП и нижнего порога срабатывания U_НП

Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение U_ВЫХ изменяется от U_НАС+ до U_НАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).

Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ U_ПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит U_ВЫХ ≈ ±14 В (U_НАС+ ≈ +14 В, а U_НАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.

Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже

Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.

Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (U_ВХОП), то выходное напряжение U_ВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона U_СТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (U_ВЫХ = U_СТ).

В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.

Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: U_ВЫХ1 = U_СТ (при отсутствии ограничения U_НАС+) или U_ВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения U_НАС-).

Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже

Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.

В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.

При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве U_НАС+ необходимо использовать U_СТ (когда используется один стабилитрон) или U_СТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо U_НАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или U_СТVD2 (при двухстороннем ограничении).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

мир электроники — Триггер Шмитта

Электронные устройства

материалы в категории

Триггер Шмитта (говорить Шмидта и Шмита не корректно)- это особый вид триггера который так же имеет два устойчивых состояния (логический ноль или логическая единица), но работает несколько иначе- переключение триггера Шмитта происходит лишь при определенной амплитуде входного сигнала и удержание триггера в устойчивом состоянии возможно лишь пока уровень входного сигнала выше порога срабатывания триггера.

В общем триггер Шмитта это некое пороговое устройство: когда сигнал на входе достиг порогового значения он открывается и будет держаться в открытом состоянии пока уровень входного сигнала не упадет ниже порога срабатывания.

Область применения триггеров Шмитта:
1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой. В случаях когда требуется получить из аналогового сигнала прямоугольные импульсы/
2. В качестве дискриминаторов- когда необходимо отделить сигналы с разной амплитудой. Используется несколько триггеров Шмитта с разным порогом срабатывания.
3. В качестве компаратора- сравнивающего устройства.

Триггер Шмитта на транзисторах

А теперь давайте рассмотрим как работает триггер Шмита на транзисторах.
Схема триггера Шмитта на транзисторах на рисунке ниже:

При нулевом напряжении на входе транзистор T1 заперт а транзистор T2, наоборот- в открытом состоянии (на его базе присутствует напряжение смещения через резисторы Rc1, R1 и R2. Напряжение на выходе Vout будет практически уравновешено между питающими потенциалами и будет соответствовать логическому «нулю»

Если на вход Vin начать подавать аналоговый сигнал то по достижении порога открытия транзистора T1(а этот порог можно менять базовым смещением, которое на рисунке не указано) он начнет открываться, забирая тем самым ток с базы транзистора T2.
Транзистор T2 начнет запираться и следовательно будет уменьшаться и напряжение на резисторе Re, что приведет к увеличению скорости отпирания транзистора T1.
Таким образом переключение транзисторов в триггере произойдет практически мгновенно, транзистор T2 закроется и на выходе Vout будет присутствовать логическая «единица».

При падении сигнала на входе Vin все произойдет наоборот: транзистор T1 начнет запираться, ток базы транзистора T2 начнет увеличиваться, он будет открываться и потенциал на общем резисторе Re начнет повышаться. Увеличение этого потенциала приведет к ускорению запирания транзистора T1.

Смотрим также:
Расчет триггера 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. 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».

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 (t_{задержки} = 3dt, где dt — время задержки в одном логическом элементе), чем программный.

Более сложный (с обратной связью)

На аналоговых элементах

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

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

Введение в триггеры schmitt и наследие otto schmitt

Введение в триггеры Шмитта и наследие Отто Шмитта

Узнайте о том, как работают Шмитт и их изобретатель Отто Шмитт.

Что такое триггер Шмитта «// www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-7/hysteresis/» target = «_ blank»> гистерезис для применения положительной обратной связи к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя. Это позволяет выходному сигналу сохранять свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение.

Триггеры Schmitt обычно используются в приложениях для кондиционирования сигналов для устранения шума в цифровых схемах. Они особенно эффективны при удалении шума, вызванного контактным отскоком в переключателях. Основная функция триггера Шмитта заключается в удалении шумов в волновых формах, чтобы предотвратить колебания от непредсказуемых выходных изменений. Простая демонстрация схемы, которая выиграла бы от триггера Шмитта, может быть светодиодом, который иногда включается, когда он активирован. Добавление триггера Шмитта к этой схеме упростит светодиод для лучшего определения уровней сигнала ВКЛ и ВЫКЛ.

Триггеры Schmitt появляются в различных устройствах из-за необходимости уменьшения шума в схемах, особенно устройств, которые должны взаимодействовать между аналоговыми и цифровыми средами. Хотя большинство триггеров Шмитта входят в дискретные пакеты или включены в логические ИС, вы все равно можете сами понять, как работает триггер Schmitt.

Триггер Шмитта создает верхний и нижний порог волны, чтобы облегчить включение состояний ВКЛ и ВЫКЛ устройства.

Отто Шмитт

Триггер Шмитта, как и многие схемы, был назван в честь его изобретателя Отто Шмитта. Шмитт придумал триггер Шмитта в 1937 году, который он первоначально назвал «термоэлектронным триггером», — но изобретения Шмитта оказали такое глубокое влияние на электронику, что все назвали ее триггером Шмитта в его честь. Отто Шмитту также приписывают изобретение катодного следящего устройства, дифференциального усилителя, стабилизатора, стабилизированного измельчителем, и создания поля биомедицинской инженерии.

Отто Шмитт жил с 1913 по 1998 год. Степень бакалавра и докторанты были в области физики и зоологии. Он всегда имел сродство к электронике и математике и изобрел несколько типов схем, которые все еще используются сегодня, создавая искусственные конструкции, имитирующие формирование импульсов нервных волокон. Шмитт был настолько одарен в области электротехники, что фактически выпустил восемь публикаций в качестве бакалавра.

Фотография Шмитта в его более поздние годы. Предоставлено Национальной академической прессой.

Во время Второй мировой войны Шмитт был принят на работу в НКРР, позже назвал OSRD (Управление научных исследований и разработок), который предоставил финансирование для сверхсекретных исследований для военных применений. Ему было поручено помочь OSRD в поиске путей противодействия немецким подводным лодкам, которые были невероятно эффективны в то время.

Шмитт встал перед проблемой, создав детектор магнитной аномалии, часто называемый системой MAD. Система MAD обнаружила небольшие аномалии в магнитном поле Земли, вызванные подводными лодками. Система MAD, установленная на американских бомбардировщиках, помогла прекратить контроль над нацистами Атлантики.

Наследие Шмитта

К сожалению, многие достижения Шмитта были затенены из-за военной классификации и того факта, что Шмитт не запатентовал многие из своих изобретений. Он фактически предоставил патентные права на большинство своих устройств в Соединенных Штатах. Шмитта следует помнить за его блестящие изобретения и гуманитарный дух.

«Я никогда не хотел быть бизнесменом, я не хотел зарабатывать деньги, я всегда хотел продвигать идеи».

Если вы хотите больше узнать о жизни Отто Шмитта, его самая обширная биография — «Время жизни святых: Отто Герберт Шмитт, 1913-1998» Джона М. Харкнесса. Если вы знаете какие-либо другие работы о жизни Шмитта, пожалуйста, поделитесь ими с комментариями.

Отраслевые статьи — это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.

Как работает триггер Шмитта

Практически любая цифровая схема, используемая в современной высокоскоростной передаче данных, требует некоторого действия триггера Шмитта на своих входах.

Почему используется триггер Шмитта

Основная цель триггера Шмитта состоит в том, чтобы устранить шум и помехи на линиях передачи данных и обеспечить хороший чистый цифровой выход с быстрыми переходами фронтов.

Время нарастания и спада цифрового выхода должно быть достаточно низким, чтобы его можно было использовать в качестве входов для следующих каскадов в цепи.(Многие ИС имеют ограничения на тип перехода фронта, который может появиться на входе.)

Основное преимущество триггеров Шмитта заключается в том, что они очищают зашумленные сигналы, сохраняя при этом высокую скорость потока данных, в отличие от фильтров, которые могут фильтровать выводит шум, но значительно снижает скорость передачи данных.

Триггеры Шмитта также часто встречаются в схемах, которым требуется преобразование формы сигнала с медленными переходами фронтов в цифровую форму сигнала с быстрыми и чистыми переходами фронтов.

Триггер Шмитта может преобразовать практически любую аналоговую форму волны — такую как синусоидальную или пилообразную волну — в цифровой сигнал ВКЛ-ВЫКЛ с быстрыми переходами фронтов. Триггеры Шмитта представляют собой активные цифровые устройства с одним входом и одним выходом, такие как буфер или инвертор.

Во время работы цифровой выход может быть высоким или низким, и этот выход меняет состояние только тогда, когда его входное напряжение становится выше или ниже двух предустановленных пороговых значений напряжения. Если выходное значение окажется низким, выход не изменится на высокий, если входной сигнал не превысит определенный верхний пороговый предел.

Аналогично, если выходное значение окажется высоким, выход не изменится на низкий, пока входной сигнал не опустится ниже определенного нижнего порогового значения.

Нижний порог несколько ниже верхнего порогового значения. На вход можно подавать любой вид сигнала (синусоидальные волны, пилообразные, звуковые волны, импульсы и т. Д.), Если его амплитуда находится в пределах рабочего диапазона напряжения.

Диаграмма для объяснения триггера Шмитта

На диаграмме ниже показан гистерезис, возникающий в результате верхнего и нижнего пороговых значений входного напряжения.Каждый раз, когда входной сигнал выше верхнего порогового значения, выходной сигнал высокий.

Когда входной сигнал ниже нижнего порога, выход низкий, а когда напряжение входного сигнала оказывается между верхним и нижним пороговыми пределами, выход сохраняет свое предыдущее значение, которое может быть высоким или низким.

Расстояние между нижним и верхним порогами называется промежутком гистерезиса. Выход всегда сохраняет свое предыдущее состояние до тех пор, пока вход не изменится в достаточной степени, чтобы вызвать его изменение.Отсюда и обозначение «триггера» в названии.

Триггер Шмитта работает во многом так же, как бистабильная схема защелки или бистабильный мультивибратор, поскольку он имеет внутреннюю 1-битную память и меняет свое состояние в зависимости от условий триггера.

Использование серии IC 74XX для работы триггера Шмитта

Texas Instruments обеспечивает функции триггера Шмитта почти во всех своих технологических семействах, от старого семейства 74XX до последнего семейства AUP1T.

Эти ИС могут иметь инвертирующий или неинвертирующий триггер Шмитта. Большинство триггерных устройств Шмитта, таких как 74HC14, имеют пороговые уровни при фиксированном соотношении Vcc.

Этого может хватить для большинства приложений, но иногда пороговые уровни необходимо изменять в зависимости от условий входного сигнала.

Например, диапазон входного сигнала может быть меньше фиксированного гистерезисного промежутка. Пороговые уровни могут быть изменены в ИС, таких как 74HC14, путем подключения резистора отрицательной обратной связи от выхода к входу вместе с другим резистором, соединяющим входной сигнал со входом устройства.

Это обеспечивает положительную обратную связь, необходимую для гистерезиса, а зазор гистерезиса теперь можно регулировать, изменяя значения двух добавленных резисторов или используя потенциометр. Резисторы должны быть достаточно большого номинала, чтобы поддерживать входной импеданс на высоком уровне.

Триггер Шмитта — это простая концепция, но он был изобретен только в 1934 году, когда американский ученый по имени Отто Х. Шмитт был еще аспирантом.

Об Отто Х. Шмитте

Он не был инженером-электриком, так как его исследования были сосредоточены на биологической инженерии и биофизике.Он придумал триггер Шмитта, когда пытался создать устройство, которое воспроизводило бы механизм распространения нервных импульсов в нервах кальмара.

Его диссертация описывает «термоэлектронный триггер», который позволяет преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой, который либо полностью включен, либо выключен («1» или «0»).

Он не знал, что крупные производители электроники, такие как Microsoft, Texas Instruments и NXP Semiconductors, не могли бы существовать так, как они есть сегодня, без этого уникального изобретения.

Триггер Шмитта оказался настолько важным изобретением, что он используется в механизмах ввода практически всех цифровых электронных устройств, представленных на рынке.

Что такое триггер Шмитта

Концепция триггера Шмитта основана на идее положительной обратной связи и на том факте, что любую активную схему или устройство можно заставить действовать как триггер Шмитта, применив положительную обратную связь, так что петлевое усиление больше единицы.

Выходное напряжение активного устройства ослабляется на определенную величину и применяется в качестве положительной обратной связи ко входу, которая эффективно добавляет входной сигнал к ослабленному выходному напряжению.Это создает действие гистерезиса с верхним и нижним пороговыми значениями входного напряжения.

Большинство стандартных буферов, инверторов и компараторов используют только одно пороговое значение. Выход меняет состояние, как только форма входного сигнала пересекает этот порог в любом направлении.

Как работает триггер Шмитта

Шумный входной сигнал или сигнал с медленной формой волны будут появляться на выходе в виде серии шумовых импульсов.

Триггер Шмитта очищает это состояние — после того, как выход меняет состояние, когда его вход пересекает пороговое значение, само пороговое значение также изменяется, поэтому теперь входное напряжение должно двигаться дальше в противоположном направлении, чтобы снова изменить состояние.

Помехи или помехи на входе не появятся на выходе, если их амплитуда не окажется больше разницы между двумя пороговыми значениями.

Любой аналоговый сигнал, такой как синусоидальные сигналы или аудиосигналы, можно преобразовать в серию импульсов включения-выключения с быстрыми переходами с четкими фронтами. Существует три метода реализации положительной обратной связи для формирования схемы триггера Шмитта.

Как работает обратная связь в триггере Шмитта

В первой конфигурации обратная связь добавляется непосредственно к входному напряжению, поэтому напряжение должно сместиться на большую величину в противоположном направлении, чтобы вызвать другое изменение выходного сигнала.

Это обычно называется параллельной положительной обратной связью.

Во второй конфигурации обратная связь вычитается из порогового напряжения, что имеет тот же эффект, что и добавление обратной связи к входному напряжению.

Это образует последовательную цепь положительной обратной связи, которую иногда называют схемой динамического порога. Схема резистор-делитель обычно устанавливает пороговое напряжение, которое является частью входного каскада.

Первые две схемы можно легко реализовать с помощью одного операционного усилителя или двух транзисторов и нескольких резисторов.Третий метод немного сложнее и отличается тем, что не имеет обратной связи ни с какой частью этапа ввода.

В этом методе используются два отдельных компаратора для двух пороговых предельных значений и триггер в качестве 1-битного элемента памяти. К компараторам не применяется положительная обратная связь, поскольку они содержатся в элементе памяти. Каждый из этих трех методов более подробно объясняется в следующих параграфах.

Все триггеры Шмитта являются активными устройствами, которые полагаются на положительную обратную связь для достижения своего гистерезисного действия.Выходной сигнал переходит в «высокий», когда входной сигнал поднимается выше определенного предустановленного верхнего порогового значения, и переходит в «низкий», когда входной сигнал опускается ниже нижнего порогового значения.

Выход сохраняет свое предыдущее значение (низкое или высокое), когда вход находится между двумя пороговыми пределами.

Этот тип схемы часто используется для очистки зашумленных сигналов и преобразования аналоговой формы волны в цифровую (единицы и нули) с четкими и быстрыми переходами фронтов.

Типы обратной связи в схемах триггера Шмитта

Существует три метода, обычно используемых при реализации положительной обратной связи для формирования схемы триггера Шмитта.Эти методы — параллельная обратная связь, последовательная обратная связь и внутренняя обратная связь, которые обсуждаются ниже.

Методы параллельной и последовательной обратной связи фактически представляют собой двойные версии одного и того же типа цепи обратной связи. Параллельная обратная связь Схема параллельной обратной связи иногда называется модифицированной схемой входного напряжения.

В этой схеме обратная связь добавляется непосредственно к входному напряжению и не влияет на пороговое напряжение. Поскольку обратная связь добавляется к входу, когда выход меняет состояние, входное напряжение должно сместиться на большую величину в противоположном направлении, чтобы вызвать дальнейшее изменение выхода.

Если на выходе низкий уровень, а входной сигнал увеличивается до точки, в которой он пересекает пороговое напряжение, и выходной сигнал изменяется на высокий.

Часть этого выхода подается непосредственно на вход через контур обратной связи, который «помогает» выходному напряжению оставаться в новом состоянии.

Это эффективно увеличивает входное напряжение, что имеет тот же эффект, что и понижение порогового напряжения.

Само пороговое напряжение не изменяется, но теперь вход должен двигаться дальше в нисходящем направлении, чтобы перевести выход в низкое состояние.Как только выходной сигнал становится низким, этот же процесс повторяется, чтобы вернуться в высокое состояние.

В этой схеме не обязательно использовать дифференциальный усилитель, так как любой несимметричный неинвертирующий усилитель будет работать.

И входной сигнал, и выходная обратная связь подаются на неинвертирующий вход усилителя через резисторы, и эти два резистора образуют взвешенный параллельный сумматор. Если есть инвертирующий вход, он устанавливается на постоянное опорное напряжение.

Примерами параллельных цепей обратной связи являются схема триггера Шмитта с коллекторной связью или схема неинвертирующего операционного усилителя, как показано:

Последовательная обратная связь

Схема динамического порога (последовательная обратная связь) работает в в основном так же, как и параллельная цепь обратной связи, за исключением того, что обратная связь с выхода напрямую изменяет пороговое напряжение, а не входное напряжение.

Обратная связь вычитается из порогового напряжения, что имеет тот же эффект, что и добавление обратной связи к входному напряжению. Как только вход пересекает границу порогового напряжения, пороговое напряжение изменяется на противоположное значение.

Теперь вход должен измениться в большей степени в противоположном направлении, чтобы снова изменить состояние выхода. Выход изолирован от входного напряжения и влияет только на пороговое напряжение.

Следовательно, входное сопротивление для этой последовательной схемы можно сделать намного выше, чем для параллельной.Эта схема обычно основана на дифференциальном усилителе, где вход подключен к инвертирующему входу, а выход подключен к неинвертирующему входу через резистивный делитель напряжения.

Делитель напряжения устанавливает пороговые значения, а контур действует как сумматор последовательного напряжения. Примерами этого типа являются классический транзисторный триггер Шмитта с эмиттерной связью и схема инвертирующего операционного усилителя, как показано здесь:

Внутренняя обратная связь

В этой конфигурации триггер Шмитта создается с использованием двух отдельных компараторов ( без гистерезиса) для двух пороговых значений.

Выходы этих компараторов подключены к входам установки и сброса триггера RS. Положительная обратная связь содержится в триггере, поэтому обратная связь с компараторами отсутствует. Выход триггера RS переключается на высокий уровень, когда входной сигнал превышает верхний порог, и переключается на низкий уровень, когда входной сигнал опускается ниже нижнего порога.

Когда вход находится между верхним и нижним порогами, выход сохраняет свое предыдущее состояние. Примером устройства, использующего эту технику, является 74HC14 производства NXP Semiconductors и Texas Instruments.

Эта часть состоит из компаратора верхнего порога и компаратора нижнего порога, которые используются для установки и сброса триггера RS. Триггер Шмитта 74HC14 — одно из самых популярных устройств для сопряжения реальных сигналов с цифровой электроникой.

Два пороговых значения в этом устройстве установлены на фиксированное соотношение Vcc. Это сводит к минимуму количество деталей и сохраняет схему простой, но иногда пороговые уровни необходимо изменять для различных типов условий входного сигнала.

Например, диапазон входного сигнала может быть меньше фиксированного диапазона напряжения гистерезиса. Пороговые уровни могут быть изменены в 74HC14, подключив резистор отрицательной обратной связи между выходом и входом и еще один резистор, соединяющий входной сигнал со входом.

Это эффективно снижает фиксированные 30% положительной обратной связи до некоторого более низкого значения, например 15%. Для этого важно использовать резисторы большого номинала (мегаомный диапазон), чтобы поддерживать высокое входное сопротивление.

Преимущества триггера Шмитта

Триггеры Шмитта служат цели в любой системе высокоскоростной передачи данных с той или иной формой цифровой обработки сигналов. Фактически, они служат двойной цели: устранять шум и помехи в линиях передачи данных, сохраняя при этом высокую скорость потока данных, и преобразовывать случайную аналоговую форму волны в цифровую форму сигнала включения-выключения с быстрыми и четкими переходами по краям.

Это дает преимущество перед фильтрами, которые могут отфильтровывать шум, но значительно замедляют скорость передачи данных из-за их ограниченной полосы пропускания.Кроме того, стандартные фильтры не могут обеспечить хороший, чистый цифровой выход с быстрыми переходами краев, когда применяется медленная форма входного сигнала.

Эти два преимущества триггеров Шмитта объясняются более подробно следующим образом: Шумные входные сигналы Влияние шума и помех является серьезной проблемой в цифровых системах, поскольку используются более длинные и длинные кабели и требуются все более и более высокие скорости передачи данных.

Некоторые из наиболее распространенных способов снижения шума включают использование экранированных кабелей, использование скрученных проводов, согласование импедансов и уменьшение выходных сопротивлений.

Эти методы могут быть эффективными для снижения шума, но на входной линии все равно останется некоторый шум, который может вызвать нежелательные сигналы в цепи.

Большинство стандартных буферов, инверторов и компараторов, используемых в цифровых схемах, имеют только одно пороговое значение на входе. Таким образом, выход меняет состояние, как только входной сигнал пересекает этот порог в любом направлении.

Если сигнал случайного шума пересекает эту пороговую точку на входе несколько раз, он будет виден на выходе как серия импульсов.Кроме того, на выходе может появиться форма волны с медленными переходами по краям в виде серии колеблющихся шумовых импульсов.

Иногда для уменьшения этого дополнительного шума используется фильтр, например, в сети RC. Но каждый раз, когда такой фильтр используется на пути данных, он значительно снижает максимальную скорость передачи данных. Фильтры блокируют шум, но они также блокируют высокочастотные цифровые сигналы.

Триггер Шмитта Фильтры

Триггер Шмитта очищает это вверх. После того, как выход меняет свое состояние, когда его вход пересекает порог, сам порог также изменяется, поэтому вход должен двигаться дальше в противоположном направлении, чтобы вызвать другое изменение выхода.

Из-за этого эффекта гистерезиса использование триггеров Шмитта, вероятно, является наиболее эффективным способом уменьшения шума и помех в цифровой схеме. Проблемы с шумом и помехами обычно можно решить, если не устранить, добавив гистерезис на входной линии в виде триггера Шмитта.

До тех пор, пока амплитуда шума или помех на входе меньше ширины гистерезисного промежутка триггера Шмитта, на выходе не будет влияния шума.

Даже если амплитуда немного больше, это не должно влиять на выход, если входной сигнал не центрируется на зазоре гистерезиса. Пороговые уровни, возможно, придется отрегулировать для достижения максимального устранения шума.

Это можно легко сделать, изменив номиналы резистора в цепи положительной обратной связи или используя потенциометр.

Основное преимущество триггера Шмитта по сравнению с фильтрами заключается в том, что он не снижает скорость передачи данных, а в некоторых случаях фактически ускоряет ее за счет преобразования медленных сигналов в быстрые (более быстрые переходы краев).Практически любая цифровая ИС, представленная сегодня на рынке, использует ту или иную форму триггерного действия Шмитта (гистерезис) на своих цифровых входах.

К ним относятся микроконтроллеры, микросхемы памяти, логические элементы и т. Д. Хотя эти цифровые ИС могут иметь гистерезис на своих входах, многие из них также имеют ограничения на время нарастания и спада на входе, отображаемые в их спецификациях, и это необходимо учитывать. Идеальный триггер Шмитта не имеет ограничений по времени нарастания или спада на входе.

Медленные входные сигналы иногда гистерезисный промежуток слишком мал, или есть только одно пороговое значение (устройство триггера не Шмитта), при котором выходной сигнал становится высоким, если входной сигнал превышает пороговое значение, и выходной сигнал становится низким, если входной сигнал падает ниже него.

В подобных случаях существует граничная область вокруг порогового значения, и медленный входной сигнал может легко вызвать колебания или избыточный ток, протекающий по цепи, что может даже повредить устройство. Эти медленные входные сигналы могут иногда возникать даже в быстрые цифровые схемы в условиях включения питания или других условиях, когда фильтр (например, RC-сеть) используется для подачи сигналов на входы.

Проблемы этого типа часто возникают в схемах устранения дребезга ручных переключателей, длинных кабелей или проводов, а также в сильно нагруженных схемах.

Например, если сигнал медленного нарастания (интегратор) применяется к буферу и он пересекает единственную пороговую точку на входе, выход изменит свое состояние (например, с низкого на высокое). Это инициирующее действие может привести к тому, что из источника питания будет на мгновение потребляться дополнительный ток, а также немного снизится уровень мощности VCC.

Этого изменения может быть достаточно, чтобы выход снова изменил свое состояние с высокого на низкое, поскольку буфер определяет, что вход снова пересек пороговое значение (несмотря на то, что вход остается прежним).Это может повториться снова в обратном направлении, так что на выходе появится серия осциллирующих импульсов.

Использование триггера Шмитта в этом случае не только устранит колебания, но также преобразует медленные переходы фронтов в чистую серию импульсов ВКЛ-ВЫКЛ с почти вертикальными переходами фронтов. Выход триггера Шмитта можно затем использовать в качестве входа для следующего устройства в соответствии с его характеристиками времени нарастания и спада.

(Хотя колебания могут быть устранены с помощью триггера Шмитта, при переходе все еще может протекать избыточный ток, который, возможно, потребуется исправить другим способом.)

Триггер Шмитта также используется в тех случаях, когда аналоговый вход, такой как синусоидальный сигнал, звуковой сигнал или пилообразный сигнал, необходимо преобразовать в прямоугольный сигнал или какой-либо другой тип цифрового сигнала ВКЛ-ВЫКЛ с быстрым фронтом. переходы.

Триггер Шмитта

: что это такое и что это такое для

В этом уроке я покажу вам, что такое триггер Шмитта и для чего он нужен.

Триггер Шмитта — это тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два пороговых уровня: высокий и низкий.Это позволит нам уменьшить ошибки, вызванные зашумленными сигналами, приводящими к прямоугольной волне. Кроме того, его также можно использовать для преобразования других типов сигналов, таких как треугольные и синусоидальные, в прямоугольные волны.

Например, если у нас очень зашумленный входной сигнал, возможно, что если наша схема имеет единственный порог, она не будет правильно интерпретировать сигнал.

Это в цифровой схеме может привести к множеству проблем из-за ошибочных импульсов, поэтому для его исправления можно использовать триггер Шмитта.

Как видно, наличие двойного порога устраняет ошибочные импульсы, вызванные шумом, оставляя прямоугольную волну.

Типы триггеров Шмитта

Существует множество логических микросхем со встроенными триггерами Шмитта, но в случае, если нам нужно создать их самостоятельно, мы можем сделать это с помощью операционных усилителей или транзисторов.

A la izquierda dos tipos de Schmitt Triggers hechos con ampificadores operacionales, y a la derecha uno creado con dos transistores NPN

В этом посте мы сосредоточимся на тех, которые основаны на операционных усилителях, а в другом случае я расскажу о тех, которые основаны на транзисторах.

Триггер Шмитта без обратного симулятора

Триггер Шмитта на операционном усилителе основан на схеме компаратора:

Эта схема имеет инвертирующий вход , подключенный к заземлению или 0 В, а неинвертирующий вход подключен к сигнальному входу . Как видно из названия, он сравнивает входной сигнал, и если он на выше , чем 0v , он подключает Vcc + к выходу, а если он ниже , он подключает Vcc-.

Если мы добавим положительной обратной связи к этой схеме через резистор и добавим еще один резистор между Vin и входом инвертора, тогда он станет триггером Шмитта.

Операционная схема продолжит функционировать как компаратор и будет подключать Vcc +, когда неинвертирующий вход превышает инвертирующий вход, и Vcc-, когда он ниже. Разница в том, что мы создали делитель напряжения на неинвертирующем входе, который позволит нам расширить диапазон изменения.

Как это работает

То, что я не видел объяснения в том месте, где я читал о триггерах Шмитта, и что, с моей точки зрения, важно, является объяснение операции.

До сих пор мы видели, что OP Amp работает как компаратор, и что мы должны быть выше или ниже опорного напряжения на входе инвертора, чтобы переключаться между состояниями. В дополнение к этому мы можем видеть, что напряжение инвертирующего входа является продуктом делителя напряжения между выходом и входом.

Вот почему, когда OP Amp имеет Vcc-, подключенный к выходу, для изменения состояния нам придется увеличивать напряжение Vin до тех пор, пока неинвертирующий вход не превысит напряжение инвертора. Как только это произойдет, Vout станет Vcc +, и поэтому для изменения состояния нам придется снизить входное напряжение, чтобы добиться противоположного, когда неинвертирующий вход упадет ниже напряжения, которое имеет инвертирующий вход. Таким образом достигается запас изменений, который является желаемым эффектом.

Объяснение формулы

Вы можете спросить, почему я объясняю формулу, прежде чем использовать ее. Это больше, чем что-либо еще, потому что я хочу, чтобы вы увидели, как завершается формула.

Для этого предположим, что у нас есть симметричное напряжение Vcc, равное ± 12 В, и что мы хотим, чтобы триггер Шмитта изменил состояние на ± 6 В. Учитывая, что у нас на инвертирующем входе напряжение 0В, на ум приходят эти два делителя напряжения.

Как видите, оба симметричны, поэтому расчет можно выполнить только один раз.Для этого нам сначала нужно изменить одно из сопротивлений на известное значение, чтобы рассчитать другое.

Мы собираемся поставить сопротивление R1 равным 2 кОм, и для расчета R2 нам нужно знать ток, который проходит через него. Он будет таким же, как и тот, который проходит через R1, поэтому учетная запись проста.

Это размышление приведет нас к окончательной формуле.

Формула

Формула, как мы объясняли в предыдущем разделе, предполагает, что ток, протекающий через R1, такой же, как ток, протекающий через R2:

Имея это в виду, нам легко получить значение R2.Для этого мы очищаем формулу имеющимися данными, которые мы запомнили:

Выходное напряжение ± 12 В
Напряжение изменения состояния ± 6 В
Резисторы R1 и 2K

Как видите, это простое правило трех, которое приводит к тому, что R2 должен быть резистором 4K. Конечно, это в идеальном мире, но, учитывая, что операционный усилитель потребляет, коммутируемое напряжение не будет точно ± 6 В.

Должен ли быть симметричный шрифт?

Нет, вы можете сместить опорное напряжение на входе инвертора, чтобы также сместить диапазон напряжений.Расчеты Мне не удалось найти на момент написания этой статьи, поэтому я могу добавить их в будущем, когда найду и проверю.

Триггер Шмитта несимметричный инвертор

Для достижения двух несимметричных пороговых значений у нас есть инвертирующая схема триггера Шмитта, питаемая от одного источника. В этой схеме Vin подключен к инвертирующему входу, что приведет к инвертированию выходной волны: 0 В на высоких пиках и 5 В на низких пиках. Кроме того, Vref напрямую подключается к Vcc усилителя OP.

В этом случае расчет несколько более сложен, и для расчета порогов нам нужно будет вычислить результат делителей напряжения, полученных в результате комбинации сопротивлений:

Как видите, для расчета двух состояний мы должны рассчитать падение напряжения для двух типов конфигураций сопротивления. Эти типы конфигураций: параллельная и с делителем напряжения.

Для тех, кто не понимает, откуда берутся эти две конфигурации, я оставляю вам это изображение, чтобы вы лучше понимали эти два состояния.

Принимая во внимание вышесказанное, можно сказать, что расчет A будет производиться по следующим формулам:

, которые представляют собой комбинацию эквивалентного сопротивления параллельных резисторов и делителя напряжения. Чтобы упростить его, мы разделим два вычисления, сначала вычислив эквивалентное сопротивление тех, которые выполняются параллельно. Это даст нам следующие формулы:

Предполагая, что мы используем напряжение, указанное в формулах выше для резисторов 5 В и 10 кОм для простоты, результат будет следующим:

Это дает нам в результате, что указанная выше схема с входом 5 В и резисторами 10 кОм каждая будет иметь низкий порог 1.66v и высокий порог 3.33v.

Банкноты

Все расчеты, приведенные выше, выполняются с усилителем OP, установленным на Rail to Rail. В случае использования любого другого типа операций необходимо будет выполнить соответствующие расчеты, которые я, возможно, внесу в будущую запись.

Для получения дополнительной информации вы можете взглянуть на статью в Википеде о триггере Шмитта.

Привет!

Нравится:

Нравится Загрузка …

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

статей о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN

RF Беспроводные статьи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

Основы и типы замирания : В этой статье описаны мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптическая технология

Волоконно-оптический компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебное пособие по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

Поставщики и производители радиочастотных беспроводных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггерные коды labview

* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Датчики различных типов

Поделиться страницей

Перевести страницу

8.2: 555 Триггер Шмитта — рабочая сила LibreTexts

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

Одна батарея 9 В
Зажим для аккумулятора (каталожный номер Radio Shack 270-325)
Зажимы для мини-крючков (припаяны к зажиму для аккумулятора, каталог Radio Shack № 270-372)
Один потенциометр, 10 кОм, 15 витков (каталог Radio Shack No 271-343)
Одна микросхема таймера 555 (каталожный номер Radio Shack 276-1723)
Один красный светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-041 или аналог)
Один зеленый светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-022 или аналог)
Два резистора 1 кОм
Один DVM (цифровой вольтметр) или VOM (вольт-омметр)

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 3, глава 8: «Положительная обратная связь»

Уроки электрических цепей , том 4, глава 3: «Уровни напряжения логических сигналов»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Узнайте, как работает триггер Шмитта
Как использовать таймер 555 в качестве триггера Шмитта

СХЕМА

Триггеры Шмитта имеют условное обозначение, чтобы показывать вентиль, который также является триггером Шмитта, как показано ниже.

Та же самая схема, перерисованная для отражения этого соглашения, выглядит примерно так:

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИЯ

Таймер 555, вероятно, является одним из наиболее универсальных чипов «черного ящика». Его 3 резистивных делителя напряжения, 2 компаратора и встроенный триггер установки-сброса объединены в схему триггера Шмитта. Интересно отметить, что конфигурация даже не близка к конфигурации операционного усилителя, показанной в другом месте, но конечный результат идентичен.

Попробуйте отрегулировать потенциометр до тех пор, пока не начнут мигать индикаторы, затем измерьте напряжение. Сравните это напряжение с напряжением источника питания. Отрегулируйте потенциометр в другую сторону, пока светодиод снова не перевернется, и измерьте напряжение. Насколько близко вы подошли к оценкам 1/3 и 2/3?

Попробуйте заменить 9-вольтовую батарею на 6-вольтовую или две 6-вольтовые батареи и посмотрите, насколько близки пороговые значения к отметкам 1/3 и 2/3.

Триггеры Шмитта — это принципиальная схема, имеющая несколько применений.Один из них — обработка сигналов, они могут извлекать цифровые данные из очень шумных сред. В следующих проектах будут показаны другие варианты использования, такие как чрезвычайно простой RC-генератор.

ТЕОРИЯ РАБОТЫ

Определяющей характеристикой любого триггера Шмитта является его гистерезис. В данном случае это 1/3 и 2/3 напряжения источника питания, определяемого встроенным резисторным делителем напряжения на 555. Встроенные компараторы C1 и C2 сравнивают входное напряжение с эталонами, предоставленными делитель напряжения и используйте сравнение для отключения встроенного триггера, который управляет выходным драйвером, еще одна приятная особенность 555.555 может выдавать до 200 мА с каждой стороны шины питания, выходной драйвер создает путь очень низкой проводимости по обе стороны от разъемов источника питания. Схема «закорачивает» каждую сторону цепи светодиода, оставляя гореть другую сторону.

Резисторы 5 кОм не очень точны. Интересно отметить, что изготовление ИС, как правило, не позволяет использовать прецизионные резисторы, но резисторы по сравнению друг с другом имеют очень близкие значения, что имеет решающее значение для работы схемы.

Схема операционного усилителя триггера Шмитта Работа, расчет и использование

(Последнее обновление: 12 сентября 2021 г.)

Триггер Шмитта:

Триггер Шмитта на самом деле представляет собой схему компаратора, но к триггеру Шмитта добавлено кое-что еще, что отличает его от всех компараторов. Он также известен как регенеративный компаратор. В компараторе есть входной сигнал и пороговое значение. Триггер Шмитта также известен как 1-битный квантователь, поскольку он преобразует аналоговый сигнал в цифровой.Входной сигнал будет сравниваться с пороговым значением, и сравнение даст нам либо высокое, либо низкое значение, как мы получим прямоугольную волну, которая является основной работой любого компаратора. То же самое происходит со схемами операционного усилителя, в триггере Шмитта у нас нет одного порогового значения. У нас есть два пороговых значения в триггере Шмитта, и эти два пороговых значения помогут нам понять, когда и как конкретно происходит переход от высокого к низкому и от низкого к высокому. Существует определенный верхний и нижний порог и, соответственно, верхнее и нижнее пороговые значения.Для того, чтобы произошел переход, сигнал должен быть ровно на уровне dap или выше. Таким образом, основным преимуществом триггера Шмитта является то, что он имеет два пороговых значения, при которых входной сигнал не будет сравниваться с одним порогом, поэтому входной сигнал не будет просто сравниваться с одним порогом для получения прямоугольной волны, а квадратный переход будет зависеть от является ли ввод больше или меньше входного значения. Как и в триггере Шмитта, у нас есть два пороговых значения: верхнее пороговое значение (VUT) и нижнее пороговое значение (VLT).Таким образом, это предотвратит ненужные переходы, создаваемые шумами. Мы знаем, что будет не только входной сигнал, но также будет шум или шумовой сигнал, поступающий на входной сигнал. За счет чего будет создан ненужный переход. Триггер Шмитта может работать как защелка или триггер (бистабильный мультивибратор). Можно взаимно преобразовать защелку и триггер Шмитта друг в друга.

Расчет значений: Триггер Шмитта

имеет инвертирующий усилитель, в котором есть инвертирующие и неинвертирующие клеммы.Вход подключается к инвертированному выводу, а к неинвертирующему выводу подключена положительная обратная связь, и к нему поступает опорный сигнал. Обычно это опорное напряжение должно поддерживаться на уровне 5 В или до VCC операционного усилителя.

Но если мы внимательно исследуем пороговое значение или напряжение, поступающее на неинвертирующий вывод, на самом деле не 5 В, а это напряжение в конкретной точке, которая принимается за точку A. Напряжение узла в точке A передается на неинвертирующий терминал, так что напряжение снимается компаратором или операционным усилителем для сравнения.Напряжение в точке будет считаться пороговым напряжением для сравнения, а не значением, указанным в справке. Значение этого напряжения будет зависеть от того, есть ли обратная связь, подключенная к выходу, которая является положительной обратной связью. Напряжение в точке «А» будет зависеть от выходного напряжения и значений сопротивлений. На самом деле происходит деление напряжения, и результат этого деления напряжения — это напряжение, поступающее в узел «А», и это напряжение берется триггером Шмитта для сравнения.На выходе триггера Шмитта будет 0 В или 5 В. 5 В представляют высокое напряжение, а 0 В — низкое напряжение. Напряжение, поступающее на узел A, будет изменяться, и, следовательно, мы получим два значения для напряжения на узле A, когда выходное напряжение равно 0 В, и от выходного напряжения, равного 5 В. Таким образом, эти два напряжения называются верхним пороговым напряжением и нижним пороговым напряжением. Триггер Шмитта реализует гистерезис. Гистерезис — это в основном зависимость состояния системы от ее истории, что означает вывод истории.Прошлые выходы, которые подключены через обратную связь к входной клемме. Проще говоря, можно сказать, что для триггера Шмитта пороговое напряжение или вход зависит от истории или прошлых выходов, и эта зависимость реализуется с помощью положительной обратной связи.
Если мы подаем аналоговый сигнал на вход триггера Шмитта, мы получим прямоугольную или цифровую форму волны. Предположим, у нас есть аналоговый сигнал, в котором пунктирные линии представляют верхний порог и нижний порог.Когда сигнал проходит через верхний порог, выходное напряжение внезапно падает до нуля, что означает, что выходной сигнал будет переходить с высокого на низкий. Когда сигнал пересекает нижнее пороговое значение, выходное значение будет переходить от низкого к высокому. У нас будет два выходных значения: 5 В или 0 В.
Теперь вычислим пороговое значение, рассмотрим, что мы даем 5V в качестве опорного напряжения на входе. Учтите, что генерируемое выходное напряжение равно нулю вольт. Когда выходное напряжение равно 0 В, тогда сопротивление R ₂ и R ₃ подключено к земле, а R ₁ подключено к опорному напряжению.На самом деле это схема деления напряжения.

Теперь, применив правило деления напряжения, когда Vout = 0. Это будет нижнее пороговое значение.
VA = (R2 || R3 / R1 + R2 || R3) * Vref
Когда напряжение будет 5 В, так что для того случая, когда R ₂ будет подключен к 5 В и R ₁ также будет подключен к 5V и R ₃ будут соединены с землей. Это даст нам верхнее пороговое значение напряжения.

В зависимости от значения выходного напряжения мы получим два разных пороговых значения.

Почему мы используем триггер Шмитта?

У нас есть два входа и один выход в компараторе, если мы поместим потенциометр на отрицательный вывод компаратора, мы можем изменить пороговое значение для сигнала, поскольку выход будет проходить слишком высоко или слишком низко, мы можем снизить или увеличить этот порог с помощью помощь потенциометра. Предположим, что мы установили порог 3V с помощью потенциометра.

Теперь на положительном входе у нас есть сигнал, который колеблется, и мы хотим его прочитать, поэтому мы хотим, чтобы каждое колебание превращалось в прямоугольную волну.Каждый раз, когда на входе выше 3 В. У нас будет высокий импульс на выходе. Когда у нас на входе шум, давайте рассмотрим тот же сигнал, но с некоторым шумом. После того, как сигнал проходит через 3 В, у нас есть небольшой шум и небольшая пульсация, которая опускается ниже 3 В, что приведет к короткому низкому импульсу на выходе, который будет ошибкой, поскольку мы этого не хотим, поэтому мы используем триггер Шмитта.

Потому что он имеет два пороговых значения: одно для нарастающего фронта, другое для спадающего фронта.Пусть мы увидим тот же сигнал, но при двух пороговых значениях. Когда входной сигнал превысит 3 В, выход будет высоким, если вы хотите, чтобы сигнал был высоким, просто инвертируйте сигнал дважды. Таким образом, вход имеет пульсацию и немного ниже 3 В, но, поскольку он не прошел ниже второго порогового значения, выход не изменится. Таким образом, мы получим сигнал, который, как мы хотим, является основной функцией триггера Шмитта, чтобы преобразовать зашумленный сигнал в хороший квадратный сигнал, который может быть прочитан микроконтроллером или другими цифровыми компонентами.

Триггер Шмитта рабочий:

Теперь давайте рассмотрим триггер Шмитта, в котором мы используем положительную обратную связь. Когда это был разомкнутый контур, это был компаратор, в котором выходной сигнал будет либо положительным, либо отрицательным Vsat. В этой схеме коэффициент усиления разомкнутого контура равен бесконечности, а также R _{в значении} в бесконечности.

В _f Представляет напряжение обратной связи

В _в = Входное напряжение

В _I = инвертирующее напряжение

В _NI = неинвертирующее напряжение

A _OL = усиление разомкнутого контура

В _выход = A _OL * (V _NI — V _I)

Поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура равен бесконечности, уравнение будет иметь следующий вид:

В _выход = ͚ * (V _NI — V _I)

Когда значение на неинвертирующем терминале является максимальным, тогда инвертирующее значение терминала

В _NI> В _I

Тогда выходное значение будет положительным Vsat.

Если значение на неинвертирующей клемме минимально, то инвертирующая клемма

В _NI> В _I

Тогда выходное значение будет отрицательным Vsat.

Для определения напряжения обратной связи применим закон KCL:

V _f — V _из / R ₁ + (V _f — V _ref / R ₂) + 0 = 0

V _f / R ₁ — V _out / R ₁ + V _f / R ₂ — V _ref / R ₂ = 0

Теперь, переставив уравнения, мы получаем:

Напряжение обратной связи равно неинвертирующему напряжению.

Значения сопротивления постоянны и не изменяются; также постоянным будет опорное напряжение, равное постоянному напряжению. Таким образом, будет изменяться только выходное напряжение:

Это называется нижним пороговым напряжением.

V _LT = ((-V _sat × R ₂) + (R ₁ × V _ref)) / ((R ₁ + R ₂))
Будет два типа напряжения на неинвертирующем выводе: верхнее пороговое напряжение и нижнее пороговое напряжение.
Условие для триггера Шмитта:
Существует условие для триггера Шмитта, которое должно быть выполнено для разработки триггера Шмитта.
| R ₁ × V _ref | > | R ₂ × V _сб. |
Это означает, что верхнее пороговое напряжение и нижнее пороговое напряжение оба числа будут положительными.
Второе условие — напряжение насыщения будет больше опорного напряжения.
| V _сб. | > | V _исх. |

Дело 1:

Когда опорное напряжение положительное, напряжение обратной связи будет:

Предположим, что входное напряжение равно V _IN = 5sin⁡ωt, поэтому V _M = 5V, и мы считаем, что верхнее пороговое напряжение равно 3V, а нижнее пороговое напряжение равно 1V.Если V _(выход) = + V _Sat, то V _f = V _UT
V _(out) = -V _Sat, то V _f = V _LT = 1V
Schmitt триггер с использованием таймера 555:
В этой схеме мы подключим некоторые внешние компоненты к таймеру 555, чтобы он работал как Шмитт, в котором мы генерируем прямоугольную волну из синусоидальной волны.

Первый вывод таймера 555 подключен к земле. Соедините 2-й и 6-й контакты вместе.Второй контакт называется контактом триггера, а контакт 6 называется пороговым контактом и соединен с R2 с землей. Номер пина будет использоваться для сброса. Если мы хотим выполнить сброс, мы дадим отрицательный импульс, а если не хотим, чтобы таймер сбрасывался, подключите 4-й контакт к Vcc. Контакт номер 5 — это управляющий контакт, он контролирует ширину выходного импульса и заземлен через конденсатор для уменьшения шума. Штифт номер 7 является штифтом разряда и с ним ничего не связано. Контакт номер 8 — это контакт питания, который подключен к Vcc.Штырьки 6 и 7 соединены с конденсатором, и через этот конденсатор подается синусоидальный сигнал, который позволяет использовать переменный ток и блокировать постоянный ток. Значения R1 и R2 должны быть одинаковыми.
Конденсатор является конденсатором связи, поэтому при анализе переменного тока конденсатор будет иметь короткое замыкание. Таким образом, напряжение и ток будут подключены напрямую. Для анализа постоянного тока это будет разомкнутая цепь. Таким образом, когда конденсатор разомкнут, поэтому напряжение на выводах 2 и 6 будет равно:
В ₂ = В ₆ = В _куб.см/2
Всякий раз, когда мы подаем синусоидальный сигнал, конденсатор ведет себя короткое замыкание, которое будет Подключите синусоидальный сигнал или сигнал переменного тока к клеммам 2 и 6.Таким образом, напряжение станет:
V ₂ = V ₆ = V _куб.см/2 + V _i
Когда V ₂ и V ₆ больше, чем 2/3 V _куб.см . Когда V ₂ больше, чем 2/3 V_cc, тогда это будет + V _sat и станет логической 1. Когда V ₆ больше, чем 2/3 V _cc, тогда это будет — V _sat, и он станет логическим 0. Таким образом мы получим прямоугольную волну.

Применение триггера Шмитта:

Триггерные устройства Schmitt находят применение в:

Формирование сигнала означает, что он преобразует зашумленный сигнал в прямоугольную волну без каких-либо шумов.
Триггер Шмитта используется в генераторе в качестве конфигурации с обратной связью с обратной связью с обратной связью
Триггер Шмитта может использоваться для переключения источников питания и функциональных генераторов.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Что такое триггер Шмитта? Как это работает? Где это используется? ~ Советы по собеседованию EEE

Триггер Шмитта: Триггер Шмитта — это электронная схема с положительной обратной связью, которая удерживает выходной уровень до тех пор, пока входной сигнал на компаратор не превысит пороговое значение.Он преобразует синусоидальный или любой аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Он демонстрирует гистерезис, благодаря которому переход выходного сигнала от высокого к низкому и от низкого к высокому будет происходить при разных порогах.

Изобретение: . Триггер Шмитта был изобретен американским ученым Отто Х. Шмиттом в 1934 году. К тому времени Отто Шмитт был студентом. В 1937 году он опубликовал свое изобретение в докторской диссертации. Он дал название «термоэмиссионный триггер».

Типы триггеров Шмитта:

Два разных типа триггера Шмитта:

Неинвертирующий тип , в котором вход и выход одновременно имеют высокий / низкий уровень (без фазового сдвига).
Инвертирующий тип , в котором фазовый сдвиг 180 ° между входом и выходом.

Символов:

Триггер Шмитта состоит из двух основных символов. Символ представляет собой треугольник с входом и выходом, как и тот, который используется для неинвертирующих буферов. Внутри находится символ гистерезиса. В зависимости от типа триггера Шмитта, инвертирующего или неинвертирующего (стандартный), знак кривой гистерезиса различается.

Рисунок 1: Логические символы триггера Шимитта.

Операции триггера Шимитта:

Триггер Шмитта — это тип компаратора с двумя разными уровнями порогового напряжения. Когда входное напряжение превышает верхний пороговый уровень, выход компаратора переключается на ВЫСОКИЙ (если это стандартный ST) или НИЗКИЙ (если это инвертирующий ST). Выход будет оставаться в этом состоянии, пока входное напряжение выше второго порогового уровня, нижнего порогового уровня.Когда входное напряжение опускается ниже этого уровня, выход триггера Шмитта переключается.

ВЫСОКОЕ и НИЗКОЕ выходные напряжения фактически являются ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ и ОТРИЦАТЕЛЬНЫМИ напряжениями источника питания компаратора. Компаратор должен иметь положительный и отрицательный источник питания (например, + и -), чтобы нормально работать как триггер Шмитта. На следующем рисунке показано, как триггер Шмитта будет реагировать на входное напряжение переменного тока:

Рисунок 2: Основные операции триггера Шимитта.

Оранжевая линия — это вход переменного тока. Горизонтальная КРАСНАЯ линия указывает на высокий пороговый уровень, а СИНЯЯ горизонтальная линия указывает на низкий пороговый уровень. Зеленая линия — это выходной сигнал триггера Шмитта. Когда уровень входного напряжения превышает верхний пороговый уровень, выход ST становится высоким. Когда уровень входного напряжения опускается ниже нижнего порогового уровня, выход ST становится низким. Это основная операция триггера Шмитта.

Рис. 3. Самая простая схема триггера Шмитта реализована с помощью компаратора с положительной обратной связью.

Приложения триггера Шимитта:

Комментарии

Триггер Шмитта VS простой инвертор

Триггер Шмитта — это специальный логический элемент, настроенный для работы с аналоговыми входными сигналами. Основной целью триггеров Шмитта было восстановление формы цифровых сигналов.Из-за эффекта линии передачи цифровая форма преобразуется из квадрата в трапецию, треугольник или более сложный сигнал. Конечно, во время передачи сигналы становятся зашумленными и искаженными.

Триггер Шмитта

представляет собой схему компаратора, но положительная обратная связь приводит к гистерезису и эффекту памяти.

По сравнению с простыми логическими элементами триггеры Шмитта имеют два пороговых уровня. Между этими пороговыми значениями U1 и U2 состояние выхода не изменяет так называемый гистерезис.Такой эффект стабилизирует выходной сигнал от быстрого срабатывания по шуму. Сильфон — это две характеристики по сравнению с простым логическим инвертором и инвертором с триггером Шмитта:

Мы видим, что характеристики триггера Шмитта более сложные — порог выходного сигнала зависит от направления нарастания / падения входного напряжения. Когда входной сигнал возрастает в сторону Ucc, пороговое значение будет U ₂. Когда входное напряжение падает до нуля, порог становится U ₁.

Давайте посмотрим, как это будет выглядеть с реальным зашумленным сигналом.

Из-за гистерезиса любой шум с амплитудой ниже U ₂ -U ₁ удаляется. И еще один факт, что фронт сигнала становится квадратным.

Стандартные цифровые микросхемы имеют триггеры Шмитта с теми же логическими функциями, что и инверторы TTL, 2NAND. Для ИС TTL пороги составляют 0,9 В (U ₁) и 1,7 В (U ₂).

Одно из самых распространенных применений триггеров Шмитта — формирование сигнала сброса.Для некоторых микросхем может потребоваться отложенный сигнал сброса, поэтому одним из простейших решений является использование схемы с триггером Шмитта:

Формирователь сигнала сброса состоит из RC-цепи и триггера Шмитта. При подаче напряжения Vcc конденсатор начинает заряжаться, и входное напряжение триггера возрастает до порогового значения U1. Чем больше емкость конденсатора и чем больше сопротивление резистора, тем больше длина сигнала сброса.