Триггер шмидта: Инвертирующий триггер Шмитта SN74HC14N / Купить в Москве и СПБ с доставкой по России / Амперка

Содержание

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 на транзисторах

Триггерная система относится к тем электронным устройствам, которые способны в течение длительного времени поочередно пребывать в двух устойчивых состояниях. Эти состояния могут чередоваться в результате воздействия на них сигналов извне. Точно такими же свойствами обладает триггер Шмитта на транзисторах. Для распознавания того или иного состояния устройства, используется значение напряжения, образующееся на его выходе.

Сведения о триггерах

Все триггеры действуют, фактически, как импульсные устройства. Они состоят из активных элементов, в том числе ламп и транзисторов, функционирующих в ключевом режиме. Перемена каждого состояния продолжается в течение очень короткого времени.

Все данные устройства отличаются особым свойством, заключающимся в способности запоминать двоичную информацию. На этом принципе и основано функционирование этих приборов. Сама память триггера заключается в возможности сохранять каждое состояние, после того, как прекратит свое действие переключающий сигнал. Если одно состояние принять за единицу, а другое – за ноль, то по факту получается запоминание одного числового разряда, из которого состоит двоичный код.

Изготовление триггеров осуществляется с использованием, в основном, полупроводниковых приборов. Как правило, это различные виды полевых и биполярных транзисторов. Ранее, для этих приборов применялись электронные лампы и электромагнитные реле. В современной электронике триггеры используются в логических схемах различных видов вычислительной техники и являются основными компонентами процессоров, счетчиков и прочих аналогичных систем.

Особенности триггера Шмитта

Триггер Шмитта является компонентом электронных устройств. С его помощью постоянно изменяющийся сигнал на входе, преобразуется на выходе в серийные прямоугольные импульсы. В его состав входят два инвертора с положительно-обратной связью. Триггер Шмитта на транзисторах отличается от других систем единственным входом и выходом, а также отсутствием свойств памяти.

Таким образом, выходной электрический сигнал операционного усилителя поступает к прямому входу. Устанавливается определенный уровень, обеспечивающий переключение схемы. Электрический ток к операционному усилителю подводится от двухполярного блока питания на 5 В.

При образовании на выходе усилителя положительного потенциала напряжения, на прямом входе оно составляет один вольт. Когда оба потенциала одинаковы, наблюдается стабильное состояние всей схемы. Если же значение входного сигнала превысит значение 1 вольта, полярность напряжения на входе усилителя изменится на отрицательный потенциал. В результате, напряжение на его входе изменится, и будет составлять один вольт. Таким образом, когда изменяется входное напряжение, на выходе происходит переход из одного состояния в другое.

Триггер шмитта на оу с однополярным питанием

Портал о науке и технике Статьи Новости Видео Обзоры. Забыли пароль? Воспользуйтесь строкой поиска, чтобы найти нужный материал. Главная Схемотехника Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ. Как работает компаратор на операционном усилителе ОУ.


Поиск данных по Вашему запросу:

Триггер шмитта на оу с однополярным питанием

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Что такое триггер Шмитта?

Операционные усилители


Каждое звено предназначается для осуществления одной из частных операций, присущих данному узлу. В схеме звена может содержаться одна или несколько микросхем, благодаря которым такие звенья относят к активным и называют функциональными элементами. Наряду с функциональными элементами в схемах реле защиты применяют также звенья, не содержащие интегральных микросхем.

В отличие от функциональных элементов такие звенья называют пассивными. Отдельные типовые схемы усилителей на реальных ОУ: а — усилитель-ограничитель; б — сумматор на базе инвертирующего усилителя; б — дифференциальный усилитель Остановимся на типовых схемах функциональных элементов, используемых в серийных реле защиты. Большинство из них заимствовано из схем, используемых в измерительной технике и промышленной автоматике.

К числу наиболее часто применяемых функциональных элементов следует в первую очередь отнести схемы усилителей, содержащих ОУ. Среди них можно указать уже известные из предыдущего параграфа схемы неинвертирующего и инвертирующего усилителей, изображенные на рис. Широко применяют также повторители напряжения, показанные на рис.

Наряду с ними довольно часто в реле защиты применяют усилители с ограничением уровня выходного напряжения, называемые сокращенно усилителями-ограничителями. Ограничения достигают за счет включения параллельно сопротивлению обратной связи двух встречно включенных стабилитронов рис.

Здесь UcT — напряжение пробоя стабилитрона, а 0,7 В — падение напряжения на стабилитроне в прямом, диодном направлении. Часто используют схемы сумматоров напряжения на ОУ. Один из вариантов схемы сумматора с тремя входами, выполненный на основе инвертирующего усилителя, показан на рис.

На инвертирующий вход подаются складываемые напряжения через индивидуальные резисторы Rl —R3. Выходное напряжение будет пропорционально сумме входных напряжений. Сумматоры обладают малым собственным потреблением и позволяют поднять значение суммы напряжений до желаемого уровня. Они успешно используются в схемах формирователей сигналов, фильтров симметричных составляющих и для сравнения мгновенных или средних значений подаваемых напряжений.

К числу типовых относится также схема дифференциального усилителя, показанная на рис. Таким образом, данная схема обеспечивает усиление разности входных напряжений. Дифференциальный усилитель применяется также в качестве основы для получения схем различных сумматоров-вычитателей. Рассмотрим еще несколько схем применения серийных ОУ. Компараторы представляют собой схемы, обеспечивающие сравнение двух входных напряжений.

Напряжение на выходе компаратора скачкообразно изменяется, когда одна из сравниваемых величин становится больше другой. В реле защиты широко используются компараторы, в которых одной входной величиной является опорное напряжение заданного значения, а другой — напряжение, пропорциональное измеряемому напряжению или току, которое поступает от соответствующих датчиков.

Компараторы используются также в качестве нуль-индикаторов. В них один из входов компаратора заземляется и скачкообразное изменение выходного напряжения происходит при переходе измеряемого сигнала через нулевое значение.

Одна из типовых схем компаратора показана на рис. На вход 1 подается измеряемый сигнал, а на вход 2 — опорное напряжение. Пока измеряемое напряжение меньше опорного, на выходе ОУ держится максимальное выходное напряжение, совпадающее по знаку с опорным. Как только измеряемое напряжение станет больше опорного примерно на величину, равную свойственному данному ОУ напряжению суммирующей точки, выходное напряжение немедленно изменит свой знак на противоположный, сохранив максимальное значение.

Компаратор на реальных ОУ: а — однопороговый для однополярных сигналов; б — однопороговый для разнополярных сигналов; в — двухпороговый компаратор; г — инвертирующий триггер Шмитта; д — передаточная характеристика триггера Шмитта Если нужно ограничить выходное напряжение определенным уровнем, то в цепи обратной связи устанавливают два стабилитрона, включенных встречно. Другая типовая схема компаратора, называемого еще суммирующим, показана на рис. Компаратор применяется для сравнения разнополярных напряжений, подаваемых на его входы, при этом входные напряжения могут быть весьма большими.

Изменение знака выходного напряжения происходит при переходе напряжения, приходящего на инвертирующий вход, через нулевое значение. Описанные компараторы получили наименование однопороговых. Схема двухпорогового компаратора показана на рис. Потенциалы узлов моста, примыкающих к инвертирующему входу и выходу ОУ, одинаковы, при этом сопротивление в цепи отрицательной обратной связи настолько мало, что коэффициент усиления схемы близок к нулю.

Выходное напряжение держится на уровне прямого падения напряжения на диодах VD1-VD4. При появлении входного сигнала по диодам VD1- VD4 начинают протекать дополнительные токи. Это приведет к резкому возрастанию сопротивления обратной связи и соответственно к появлению максимального значения ивых.

При отрицательном входном напряжении схема работает аналогично, только знак выходного напряжения будет противоположным. Подбором сопротивлений —R3 можно регулировать уровень порогового напряжения. Рассмотренная схема обладает повышенной помехоустойчивостью. Триггер Шмитта представляет собой компаратор с одним заземленным входом, заданным опорным напряжением и положительной обратной связью. Благодаря ей изменение знака выходного напряжения и обратный переход в начальное состояние происходит при разных уровнях входного напряжения.

Рассмотрим, как работает одна из распространенных схем — инвертирующий триггер Шмитта со смещенной характеристикой, изображенный на рис. На рис. Она имеет четко выраженный «релейный» характер. Поэтому такие триггеры часто используют в исполнительной части реле. Применяют их также для преобразования синусоидальных напряжений в прямоугольные, особенно при искаженной форме кривой напряжения.

Существуют и другие схемы исполнения триггеров Шмитта, на которых мы останавливаться не будем, чтобы не повторяться. Выпрямители на операционных усилителях применяют в тех случаях, когда нужно обеспечить выпрямление с точным сохранением формы кривой выпрямленного сигнала. В качестве примера рассмотрим одну из часто встречающихся схем.

Двухполупериодный выпрямитель, воспроизводящий с большой точностью каждый из двух полупериодов выпрямленного напряжения переменного тока, показан на рис. Благодаря тому, что диоды VD1 и VD2 включены в цепь обратной связи операционного усилителя А1, падение напряжения на них не сказывается на форме выходного напряжения, что позволяет без искажений выпрямлять напряжения, измеряемые единицами милливольт.

Все сопротивления, установленные в схеме, имеют одинаковые значения. При поступлении на схему положительной полуволны выпрямляемого напряжения на выходе появляется напряжение отрицательного знака того же значения, так как при этом открывается диод VD1, и обратная связь осуществляется через резистор R2. Поступая во второй каскад на операционном усилителе А2, у которого неинвертирующий вход находится под потенциалом суммирующей точки А1, близким к нулю, зто напряжение инвертируется.

На выходе схемы получается напряжение, совпадающее по знаку и по значению со входным. Когда на схему приходит отрицательная полуволна измеряемого напряжения, режим обратной связи первого каскада изменяется.

Диод VD1 закрывается, открывается диод VD2, и обратная свзяь проходит параллельно через R3 и сумму сопротивлений R2 и R4, объединенных в суммирующей точке А2. Режим второго каскада становится другим. Его инвертирующий вход оказывается связанным с суммирующей точкой А1, имеющей потенциал, близкий к нулю, через резисторы R2 и R4. На неинвертирующий вход А2 приходит положительное напряжение с выхода А1.

Таким образом, схема обеспечивает выпрямление входных сигналов без искажения как положительных, так и отрицательных полуволн. Интеграторы, выполненные на ОУ, часто применяются в схемах реле защиты. Они используются при осуществлении различных фильтров, а также в элементах, реагирующих на среднее значение поступающего сигнала.

Интегрирование в геометрическом понятии представляет собой измерение площади, заключенной между двумя перпендикулярами, опущенными в начале и конце отрезка сложной кривой, и ограниченной самой кривой и ее проекцией на ось х. Операция интегрирования записывается в виде где а и b — координаты начала и конца проекции отрезка кривой на ось х.

Полной электрической аналогией процесса интегрирования является суммирование мгновенных значений переменного напряжения в заданном интервале времени. Простейший интегратор на операционном усилителе изображен на рис. Полагая, что схема интегратора выполнена на идеальном ОУ, мы можем принять, что напряжение в суммирующей точке UD- 0.

Так как неинвертирующий вход заземлен, то и потенциал инвертирующего входа можно считать равным нулю. Интегратор на ОУ: а — схема интегратора на идеальном ОУ; б — характеристики интегратора при входном сигнале постоянного значения; в — характеристики интегратора при входном периодическом сигнале прямоугольной формы; г — схема интегратора на реальном ОУ.

При выполнении интегратора на серийных ОУ схема рис. Это вызвано тем, что у реального усилителя может наблюдаться некоторый сдвиг выходного напряжения и имеются токи смещения, под действием которых может происходить заряд емкости при отсутствии входного сигнала.

Дифференциатор на ОУ: а — принципиальная схема; б — характеристики дифференциатора при входном сигнале треугольной формы; б — характеристики дифференциатора при входном сигнале прямоугольной формы Ключ К нужен для разряда емкости перед повторным включением интегратора. Кроме того, должны применяться добротные конденсаторы с очень малыми токами утечки.

Дифференциаторы — это схемы, напряжение на выходе которых пропорционально скорости изменения входного напряжения. Для этой цели они и используются в схемах реле защиты. Применительно к идеальным ОУ дифференциатор может быть представлен схемой, показанной на рис.

Эту схему применяют сравнительно редко из-за низкой помехоустойчивости, трудно поддающейся устранению. Активные фильтры довольно часто используются в реле защиты. Они представляют собой функциональные элементы, в которых в качестве частотно-избирательных звеньев используют резисторно-конденсаторные ЛС-цепочки, а в качестве активного звена — операционный усилитель.

Благодаря наличию ОУ такие фильтры называют активными. В отличие от них фильтры, содержащие только резисторы, конденсаторы и индуктивности, называют пассивными. По сравнению с последними активные фильтры имеют меньшие габариты и потребление, особенно при работе на частотах ниже 0,5 МГц.

Из других достоинств активных фильтров следует отметить, что они просты в изготовлении и При настройке, не содержат нелинейных элементов в виде индуктивностей, обеспечивают при необходимости усиление выходного сигнала и хорошее согласование с входными и выходными цепями.

Они имеют небольшие размеры и массу. К недостаткам активных фильтров можно отнести необходимость источника питания и ограничение диапазона рабочих частот несколькими мегагерцами. В применении к реле защиты эти недостатки существенного значения не имеют. На каждой из показанных характеристик фильтров могут быть выделены три определенные полосы частот: полоса пропускания а, где выходное напряжение имеет наибольшее значение, полоса запирания или подавления е, где выходное напряжение доходит до минимума, и промежуточная или переходная полоса б.

Последняя — это интервал частот, в пределах которого значение выходного напряжения изменяется от максимального до минимального. Чем уже переходная полоса, тем ближе характеристика фильтра к идеальной. Для ФНЧ первой границей полосы пропускания считается частота, при которой выходное напряжение фильтра становится ниже 0, его наибольшего значения в полосе пропускания.

Частотой запирания, иногда называемой частотой подавления или частотой ослабления и являющейся второй границей переходной полосы, считается частота flt при которой значение выходного напряжения спадает ниже 0,3 максимального. Амплитудно-частотные характеристики активных фильтров Кроме амплитудно-частотных характеристик для анализа работы фильтров строят также фазо-частотные характеристики ФЧХ , представляющие собой зависимость угла между векторами входного и выходного напряжений от частоты.

Это позволяет получать данные об изменении напряжений непосредственно в децибелах.


Расчет триггера Шмитта на ОУ

Триггера Шмитта является очень полезным элементом при проектировании проектировать схем различных устройств. Триггера Шмитта используется во многих областях электроники и связи. Довольно часто используется в цифровых схемах для сопряжения аналогового сигнала. Триггер срабатывает при определенном напряжении на его входе, выдавая сигнал логического уровня в зависимости от уровня напряжения на входе. Например, для восстановления цифрового сигнала в зашумленных линиях связи, в системах цифро-аналогового преобразования и так далее. Для построения триггера Шмитта используют компаратор на обычном операционном усилителе ОУ или же применяют специальную микросхему компаратора, и это встречается чаще. Необходимо обратить внимание, что при использовании ОУ в триггере Шмитта, если входной сигнал является медленно нарастающим или имеет шумы, то существует вероятность того, что выход будет многократно переключаться, вследствие неполного закрытия-открытия выходного транзистора ОУ.

инвертирующий триггер Шмитта, реализованный на ОУ и резисторах,. Операционный усилитель охвачен положительной обратной связью.

Операционный усилитель для чайников

Приветствую вас дорогие друзья! А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают. Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:. Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом. Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его. Из-за этого свойства операционники практически никогда не используют без обратной связи ОС.

ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГОВОГО КОМПАРАТОРА И ТРИГГЕРА ШМИТТА

ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет полученной схемы. В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных. История [ ] Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций отсюда его название , путём использования как аналоговой величины. Однако идеальный ОУ является многофункциональным схемотехническим решением, он имеет множество применений помимо математических операций.

Приветствую гостей и постояльцев моего блога, добавим немного аналога в цифровые будни, в этот раз поведаю о такой занятной вещи, как триггер шмитта. Для тех, кто не знает, что такое операционный усилитель, транзистор и электрон — этот пост будет абсолютно бесполезен, но таких, к счастью, меньшинство.

Primary Menu

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. 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.

Триггер Шмитта на операционном усилителе (ОУ)

Каждое звено предназначается для осуществления одной из частных операций, присущих данному узлу. В схеме звена может содержаться одна или несколько микросхем, благодаря которым такие звенья относят к активным и называют функциональными элементами. Наряду с функциональными элементами в схемах реле защиты применяют также звенья, не содержащие интегральных микросхем. В отличие от функциональных элементов такие звенья называют пассивными. Отдельные типовые схемы усилителей на реальных ОУ: а — усилитель-ограничитель; б — сумматор на базе инвертирующего усилителя; б — дифференциальный усилитель Остановимся на типовых схемах функциональных элементов, используемых в серийных реле защиты. Большинство из них заимствовано из схем, используемых в измерительной технике и промышленной автоматике. К числу наиболее часто применяемых функциональных элементов следует в первую очередь отнести схемы усилителей, содержащих ОУ. Среди них можно указать уже известные из предыдущего параграфа схемы неинвертирующего и инвертирующего усилителей, изображенные на рис.

Ghostgkd › Блог › Немного аналога [Расчет триггера шмитта на ОУ] ТОЛЬКО для однополярного напряжения питания ОУ 5В и опорного напряжения 5В. с иными напряжениями или двуполярным питанием — буду очень рад.

Аналоговый компаратор

Триггер шмитта на оу с однополярным питанием

Операционный усилитель — это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. Своё начало операционные усилители ведут от аналоговых компьютеров, где они применялись во многих линейных, нелинейных и частото-зависимых схемах. Параметры схем с операционными усилителями определяются только внешними компонентами, а так же небольшой температурной зависимостью или разбросом параметров при их производстве, что делает операционные усилители очень популярными элементами при конструировании электронных схем.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Триггер Шмитта и петля гистерезиса. Объяснение работы.

Изучение схем, основных параметров и характеристик аналоговых компараторов и триггеров Шмидта на операционных усилителях. Кроме функций сравнения, компаратор осуществляет формирование выходных сигналов в виде двух дискретных уровней, один из которых соответствует логической 1, а другой — логическому 0. В нее входит ОУ с цепями питания и коррекции. Схема не содержит обратных связей.

Делая радиоуправляемое реле натолкнулся на такую проблему. Так как фильтр был выполнен на ОУ, то логично было задействовать оставшийся в корпусе еще один блок усилителя.

Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ

Аналоговый компаратор. Аналоговый компаратор — это устройство, предназначенное для сравнения двух сигналов. Простейшая схема компаратора может быть построена на операционном усилителе без обратной связи. В инженерных расчетах коэффициент усиления идеального операционного усилителя G обычно принимается равным бесконечности. Мы возьмем реальный операционный усилитель — LM

Схемы и расчет триггера Шмитта. Гистерезис, пороги срабатывания, входное сопротивление. Оглавление :: Поиск Техника безопасности :: Помощь.


НОУ ИНТУИТ | Лекция | Более сложные логические элементы

Аннотация: В лекции рассказывается о принципах работы, характеристиках и типовых схемах включения логических элементов, выполняющих сравнительно сложные функции – элементов Исключающее ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ, триггеров Шмитта, а также приводятся схемотехнические решения, позволяющие реализовать на их основе часто встречающиеся функции.

Элементы Исключающее ИЛИ

Элементы Исключающее ИЛИ (по-английски — Exclusive-OR) также можно было бы отнести к простейшим элементам, но функция, выполняемая ими, несколько сложнее, чем в случае элемента И или элемента ИЛИ. Все входы элементов Исключающее ИЛИ равноправны, однако ни один из входов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал в уровень единицы или нуля.

Таблица 4.1. Таблица истинности двухвходовых элементов исключающего ИЛИ
Вход 1 Вход 2 Выход
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Рис. 4.1. Обозначения элементов Исключающее ИЛИ: зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Под функцией Исключающее ИЛИ понимается следующее: единица на выходе появляется тогда, когда только на одном входе присутствует единица. Если единиц на входах две или больше, или если на всех входах нули, то на выходе будет нуль. Таблица истинности двухвходового элемента Исключающее ИЛИ приведена в табл. 4.1. Обозначения, принятые в отечественных и зарубежных схемах, показаны на рис. 4.1. Надпись на отечественном обозначении элемента Исключающее ИЛИ «=1» как раз и обозначает, что выделяется ситуация, когда на входах одна и только одна единица.

Элементов Исключающее ИЛИ в стандартных сериях немного. Отечественные серии предлагают микросхемы ЛП5 (четыре двухвходовых элемента с выходом 2С), ЛЛ3 и ЛП12, отличающиеся от ЛП5 выходом ОК. Слишком уж специфическая функция реализуется этими элементами.

С точки зрения математики, элемент Исключающее ИЛИ выполняет операцию так называемого суммирования по модулю 2. Поэтому эти элементы также называются сумматорами по модулю два. Как уже отмечалось в предыдущей лекции, обозначается суммирование по модулю 2 знаком плюса, заключенного в кружок.

Основное применение элементов Исключающее ИЛИ, прямо следующее из таблицы истинности, состоит в сравнении двух входных сигналов. В случае, когда на входы приходят две единицы или два нуля (сигналы совпадают), на выходе формируется нуль (см. табл. 4.1). Обычно при таком применении на один вход элемента подается постоянный уровень, с которым сравнивается изменяющийся во времени сигнал, приходящий на другой вход. Но значительно чаще для сравнения сигналов и кодов применяются специальные микросхемы компараторов кодов, которые будут рассмотрены в следующей лекции.

В качестве сумматора по модулю 2 элемент Исключающее ИЛИ используется также в параллельных и последовательных делителях по модулю 2, служащих для вычисления циклических контрольных сумм. Но подробно эти схемы будут рассмотрены в лекциях 14,15.

Важное применение элементов Исключающее ИЛИ — это управляемый инвертор (рис. 4.2). В этом случае один из входов элемента используется в качестве управляющего, а на другой вход элемента поступает информационный сигнал. Если на управляющем входе единица, то входной сигнал инвертируется, если же нуль — не инвертируется. Чаще всего управляющий сигнал задается постоянным уровнем, определяя режим работы элемента, а информационный сигнал является импульсным. То есть элемент Исключающее ИЛИ может изменять полярность входного сигнала или фронта, а может и не изменять в зависимости от управляющего сигнала.


Рис. 4.2. Элемент Исключающее ИЛИ как управляемый инвертор

В случае, когда имеется два сигнала одинаковой полярности (положительные или отрицательные), и при этом их одновременный приход исключается, элемент Исключающее ИЛИ может быть использован для смешивания этих сигналов (рис. 4.3). При любой полярности входных сигналов выходные сигналы элемента будут положительными. При положительных входных сигналах элемент Исключающее ИЛИ будет работать как элемент 2ИЛИ, а при отрицательных он будет заменять элемент 2И-НЕ. Такие замены могут быть полезны в тех случаях, когда в схеме остаются неиспользованными некоторые элементы Исключающее ИЛИ. Правда, при этом надо учитывать, что задержка распространения сигнала в элементе Исключающее ИЛИ обычно несколько больше (примерно в 1,5 раза), чем задержка в простейших элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.


Рис. 4.3. Применение элемента Исключающее ИЛИ для смешивания двух неодновременных сигналов
Рис. 4.4. Выделение фронтов входного сигнала с помощью элемента Исключающее ИЛИ

Еще одно важнейшее применение элемента Исключающее ИЛИ — формирование коротких импульсов по любому фронту входного сигнала (рис. 4.4). В данном случае не важно, положительный фронт входного сигнала или отрицательный, на выходе все равно формируется положительный импульс. Входной сигнал задерживается с помощью конденсатора или цепочки элементов, а затем исходный сигнал и его задержанная копия поступают на входы элемента Исключающее ИЛИ. В обеих схемах в качестве элементов задержки используются также двувходовые элементы Исключающее ИЛИ в неинвертирующем включении (на неиспользуемый вход подается нуль). В результате такого преобразования можно говорить об удвоении частоты входного сигнала, так как выходные импульсы следуют вдвое чаще, чем входные.

Данную особенность элементов Исключающее ИЛИ надо учитывать в том случае, когда на оба входа элемента поступают изменяющиеся одновременно сигналы. При этом на выходе элемента возможно появление коротких паразитных импульсов по любому из фронтов входных сигналов. Исключить их влияние на дальнейшую схему можно, например, с помощью синхронизации, подобной рассмотренной в предыдущем разделе.

Про Ардуино и не только: Устранение дребезга контактов. Часть 1


В предыдущей статье мы познакомились с энкодерами вращения и попробовали подключить инкрементный энкодер к Ардуино. При этом для определения факта вращения наша программа постоянно опрашивала выводы энкодера. Использовать прерывания для работы с энкодером мы не могли, поскольку его сигнал искажен высокочастотными помехами, вызванными дребезгом контактов. Поэтому сегодня мы попробуем устранить эти помехи и для этого нам потребуется познакомиться с еще одним устройством: триггером Шмитта.

Что такое триггер Шмитта

Триггер Шмитта — это электронный двухпозиционный переключающий элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности (петлю гистерезиса). Это означает, что у данного элемента 2 порога переключения: при возрастании сигнала на входе от 0 до напряжения питания порог срабатывания будет одним (Uср), а при уменьшении от напряжения питания до 0 — другим (Uотп — отпускания). Причем Uср > Uотп. Таким образом для триггера Шмитта принципиально направление изменения сигнала. Изображение ниже иллюстрирует зависимость сигнала на выходе инвертирующего триггера Шмитта от уровня сигнала на входе.
Передаточная характеристика триггера Шмитта. Петля гистерезиса

Получившаяся на графике петля — это и есть петля гистерезиса (запаздывания), т.е. при изменении входного сигнала к исходному уровню выходной сигнал как бы запаздывает переключаться. Это свойство позволяет использовать триггеры Шмитта в фильтрах дребезга и для восстановления цифрового сигнала, искажённого в линиях связи. Давайте сравним реакцию на искаженный входной сигнал инвертирующего триггера Шмитта и обычного инвертора.
Сравнение сигналов на выходе обычного инвертора и инвертирующего триггера Шмитта (нижние два графика соответственно) при подаче на вход искаженного сигнала
При возрастании сигнала на входе инвертора до порога переключения Uпор на его выходе устанавливается низкий уровень. При повторном прохождении искаженным сигналом данного порога меняется и сигнал на выходе инвертора, что приводит к неверной интерпретации сигнала. Триггер Шмитта в данном случае изменит свое состояние при прохождении сигналом уровня Uср и дальнейшие колебания в зоне неоднозначности (между Uср и Uотп) не повлияют на его выход. Следующее переключение произойдет при снижении уровня сигнала на входе триггера до Uотп. Наличие гистерезиса у триггера Шмитта позволяет отсеять помехи, амплитуда которых меньше разности Uср и Uотп. Конкретные значения порогов переключения зависят от подаваемого на триггер напряжения, их можно найти в документации к соответствующей микросхеме.

Фильтр дребезга из триггера Шмитта

Итак, наша задача — очистить сигналы энкодера от помех, вызванных дребезгом контактов. Дребезг — это многократные неконтролируемые замыкания и размыкания контактов в электромеханических коммутационных устройствах за счет упругости материалов и деталей контактной системы — некоторое время контакты «подпрыгивают» при соударениях, размыкая и замыкая электрическую цепь. В зависимости от размеров, массы, материала и конструкции контактной системы время дребезга (время от первого соприкосновения контактов до затухания механических колебаний и установления стабильного контактирования) составляет от сотен микросекунд у миниатюрных герконов до сотен миллисекунд у мощных контакторов. В нашем же случае дребезг может наблюдаться на протяжении всего времени контактирования при движении скользящего контакта в энкодере. Однако длительность возникающих ложных импульсов будет чрезмерно мала, а значит для их подавления можно использовать фильтр нижних частот. Очистив сигнал от высокачастотных помех, останется выпрямить его пологие фронты, здесь-то и пригодится триггера Шмитта.

Таким образом простой фильтр дребезга может быть собран из триггера Шмитта, и RC-цепочки. Причем резистор подходящего номинала уже присутствует в модуле энкодера (подтягивающий резистор на 10 кОм). Остается добавить конденсатор между выводом энкодера и землей. Емкость конденсатора определяется временем дребезга контактов: чем дольше дребезг, тем больше должна быть емкость. Я подобрал подходящую емкость опытным путем: конденсатор 104 позволил устранить большую часть шумов, но временами небольшие всплески все же проскакивали. После добавления второго конденсатора скачки на вход триггера Шмитта уже не проходили, т.е. мне хватило емкости 0.2 мкФ. Можно было бы использовать конденсатор с кодом 224 на 0.22 мкФ, у меня таких не нашлось. Касаемо используемого триггера: в стандартные серии цифровых микросхем входят триггеры Шмитта, представляющие собой инверторы (ТЛ2 — 6 инверторов), элементы 2И-НЕ (ТЛ3 — 4 элемента) и элементы 4И-НЕ (ТЛ1 — 2 элемента). Поэтому в схеме используется инвертирующий триггер Шмитта (я использую микросхему SN74HC14N, аналог отечественной К561ТЛ2).

В приведенной схеме фильтра сигнал на входе триггера будет нарастать постепенно, пока заряжается конденсатор. Но при замыкании контакта конденсатор будет быстро разряжаться через него. Если требуется обеспечить плавность затухания сигнала, то в схему добавляется второй резистор между кнопкой и конденсатором. В моем случае это не требуется.

Для проверки работы фильтра я подготовил стенд из мотора с редуктором и энкодера, т.к. планирую сравнить разные способы устранения дребезга. Стенд поможет сравнить их при одинаковых условиях. Итак, ниже представлен результат использования RC-цепочки с триггером Шмитта для  подавления дребезга энкодера. Напоминаю, что энкодер имеет 2 сигнальных вывода, поэтому на осциллограммах показаны 2 сигнала, для каждого используется свой фильтр дребезга.

Искаженный дребезгом сигнал на выводах энкодера
Сигнал, сглаженный RC-цепочкой

Триггер Шмитта

26 декабря 2021 — Admin

В электронике есть целое семейство схем, объединённых названием триггер. Это слово переводится как «спусковой крючок», и обозначает устройство, способное находится в двух устойчивых состояниях. И менять эти состояния под действием внешних сигналов. Данную статью мы посвятим одному представителю данного класса, триггеру Шмитта.

Назван он в честь изобретателя, Отто Герберта Шмитта, который  сконструировал это устройство на электровакуумных триодах в 1934 году. С тех пор придумано множество вариантов реализации данной схемы, а сама она широко применяется во всевозможных электронных устройствах.

Краткое содержание статьи:

Принцип работы

У классического триггера Шмитта один вход и один выход. И, как и положено триггеру, два состояния: на выходе 0 (низкий потенциал) или 1 (высокий потенциал).

На вход может поступать аналоговый сигнал сложной формы. При достижении определённого порога на входе триггер переключается из одного состояния в другое.

Но главная его особенность — наличие гистерезиса, то есть порог переключения зависит от текущего состояния самого триггера.

Допустим, наш триггер изначально в состоянии 0, и мы начинаем плавно поднимать напряжение на входе. При достижении порога U1 триггер переключится в состояние 1. И теперь, чтобы вернуть его в состояние 0, уже недостаточно опустить входное напряжение ниже U1, переключение произойдёт только при значительно меньшем напряжении U0. Для большей наглядности посмотрите вот эти графики:

График входного и выходного сигналов триггера Шмитта

Ну, а если нарисовать график зависимости выходного сигнала от входного, то получится как раз такая симпатичная петелька гистерезиса . Если вы увидите такое обозначение на схеме, скорее всего, где-то там скрывается триггер Шмитта.

Схема триггера Шмитта на транзисторах

Давайте перейдём к практике и соберём вот такую простенькую схему, чтобы поэкспериментировать с триггером Шмитта (картинки можно кликать для увеличения).

Схема триггера Шмитта на транзисторах

Rвх здесь у нас имитирует входной сигнал: вращая ручку резистора, можно подавать на вход разные напряжения. Ну а чтобы наглядно увидеть работу триггера, в коллекторную цепь второго транзистора включён светодиод, который горит, если транзистор открыт.

В исходном состоянии (на входе нет сигнала) транзистор Т1 закрыт. При этом на базе Т2 оказывается почти половина напряжения питания — через делитель R2-R4-R5. T2 открыт, светодиод горит, а на выходе низкий потенциал.

Триггер в состоянии «ноль»

Если мы начнём поднимать напряжение на входе, в какой-то момент оно окажется достаточным, чтобы открылся T1. Тем самым он фактически зашунтирует R4-R5, потенциал на базе T2 резко упадёт и он закроется. Светодиод погаснет, а на коллекторе появится высокий уровень (1).

Триггер в состоянии «единица»

Откуда же в этой схеме берётся гистерезис? Всё дело в резисторе R3, который осуществляет положительную обратную связь. Какой бы из транзисторов ни был открыт, его ток течёт через R3. Но, для этой схемы очень важно, что коллекторная нагрузка Т2 меньше нагрузки T1. То есть суммарное сопротивление R6 и светодиода меньше, чем R2. А, значит, когда открыт Т2, через R3 течёт больший ток, чем когда открыт T1. Соответственно, и падение напряжение на R3 больше, когда триггер в состоянии 0.

Это напряжение приложено плюсом к эмиттеру T1, оно мешает ему открываться, т. к. уменьшает разницу потенциалов между базой и эмиттером. Вот и получается, что для перекидывания триггера из 0 в 1 нужно приложить большее напряжение к базе T1. А обратное переключение происходит при более низком входном напряжении, т. к. в этот момент плюс на эмиттере поменьше. Фактические напряжения, которые я измерил в работающей схеме, отмечены на рисунках выше. Вот и получаются пороги переключения U0 и U1 соответственно, 1.78 и 1.94 В.

Схема собрана на макетной плате

Ну и конечно, параметры триггера (пороги срабатывания) можно менять, подбирая номиналы резисторов.

Улучшения схемы

Иногда в подобных схемах ставят ещё конденсатор параллельно R4. Это так называемый ускоряющий конденсатор.

Вариант схемы с ускоряющим конденсатором

Когда триггер в стабильном состоянии, на конденсаторе постоянное напряжение и он не оказывает влияние на токи. Но, в момент переключения, когда происходит резкий скачок напряжений, в первый момент конденсатор имеет близкое к нулевому сопротивление и тем самым обеспечивает резкое изменение тока базы Т2, который затем плавно «устаканивается» до стабильного значения. Тем самым ускоряется переключение транзистора Т2. Это может иметь значение, если планируется работа схемы на высоких частотах, где время переходных процессов в транзисторе может начать играть заметную роль.

Также можно встретить дополнительный буферный транзистор между T2 и T1, включённый по схеме эмиттерного повторителя. Он нужен, чтобы снизить влияние T1 и T2 друг на друга, а также получить большую чувствительность схемы.

Добавляем в схему буферный каскад

Реализация триггера Шмитта на операционном усилителе

Два примера схемы на операционном усилителе:

Триггер Шмитта на операционном усилителе: с двухполярным питанием (слева) и однополярным (справа)

На рисунке приведены два варианта: с двухполярным и с однополярным источником питания. В первом случае порог срабатывания одинаковый по модулю, но с разным знаком. Во втором случае пороги зависят от соотношения резисторов. Но, в обеих схемах часть выходного сигнала попадает на вход через резистор положительной обратной связи Rос, тем самым смещая порог срабатывания.

Обратите внимание, что однополярный вариант схемы получился инвертирующим: когда на входе высокий сигнал, на выходе низкий, и наоборот. Дело в том, что мы подаём входной сигнал на инвертирующий вход, поэтому «шиворот на выворот».

Кстати, в данную схему можно добавить ограничитель выходного напряжения. Это стабилитрон, через который осуществляется отрицательная обратная связь. Включается он таким вот образом:

Триггер Шмитта с ограничителем выходного напряжения

Это решение полезно, если необходимо согласовать высокие напряжения предыдущего каскада и низкие следующиего. Например, на входе может быть до 15 вольт от автомобильной электроники, а на выходе ТТЛ микросхема, притающаяся от 5 Вольт.

Триггер Шмитта на логических элементах

Далее приведена схема на логических элементах, принцип работы тот же самый: положительная обратная связь с выхода на вход, так что потенциал на выходе влияет на порог для входа.

Схема триггера Шмитта на логических элементах

Прецизионный триггер с задаваемыми порогами

Чуть более сложная схема, позволяющая регулировать верхний и нижний порог независимо, и даже при необходимости менять их прямо во время работы устройства. Что характерно, здесь нет положительной обратной связи.

Триггер Шмитта без ПОС

На схеме мы видим два отдельных компаратора, которые управляют работой асинхронного RS-триггера. Для работы схемы необходимо на входы U0 и U1 подать соответствующие пороговые напряжения.

Тогда весь диапазон входного сигнала можно поделить на три части.

  • Когда Uвх < U0, компаратор К2 выдаёт 1, которая попадает на R-вход триггера и переключает его в нулевое состояние.
  • Когда U0 < Uвх < U1, на выходе обоих компараторов нули, и триггер хранит предыдущее состояние, каким бы оно ни было.
  • Наконец, когда Uвх > U1, единица появляется на выходе только первого компаратора, и перекидывает RS-триггер в состояние «1».

Применение триггера Шмитта

Триггер Шмитта используется там, где нужно хаотично меняющийся аналоговый сигнал преобразовать в приемлемые для машинной логики для нули и единицы. Например, восстановить искаженный шумами цифровой сигнал.

Классический пример — устранение дребезга контактов. Рассмотрим его подробнее, как весьма часто встречающийся в электронной практике.

Когда нажимается обычная кнопка, в сам момент переключения контакт может много раз за доли секунды возникать и снова разрываться, пока состояние выключателя не стабилизируется. Происходит это в силу чисто механических причин и может привести к непредсказуемым результатам: схема, которая «считывает» сигнал с кнопки, воспримет это как множество быстрых включений/выключений.

Иногда дребезг контактов устраняют программно. Но, если это невозможно, на помощь может прийти вот такая простенькая схемка.

Схема устранения дребезга контактов с помощью триггера Шмитта

Конденсатор сгладит пульсации, а триггер Шмитта превратит всё в аккуратный прямоугольный импульс с крутым фронтом.

Поделиться в соцсетях:

Что такое триггер Шмитта и его применение?

Большинство устройств имеют заданное значение, которое является одинаковым для нарастающего сигнала, так же, как и для сигнала с ошибкой. Для сигналов, которые имеют быстрое время нарастания, это не проблема, но для сигналов, которые имеют очень медленное время нарастания или являются шумными, это может привести к тому, что выходной сигнал устройства будет колебаться взад и вперед от выключения к включению и назад из-за сигнал зависает прямо на заданной точке.

Таким образом, триггер Шмитта — это устройство (или входная часть устройства), которое имеет отдельные пороговые значения для сигнала нарастания и сигнала сбоя. Очевидно, что порог для первого выше.

На этой диаграмме показаны две полосы. Верхняя представляет высокую уставку, а нижняя полоса представляет низкую уставку. Они показаны в виде полос, поскольку в спецификации будет допуск. Разница между нижней частью верхней полосы и верхней частью нижней полосы — это гистерезис устройства.

Как упоминалось ранее, триггеры Шмидта могут использоваться как для медленно меняющихся сигналов, так и для шумных. Вот несколько примеров мест, где можно использовать триггеры Шмитта:

Есть много способов купить или построить триггеры Шмидта. Существует много логических ИС, которые включают триггеры Шмитта на своих входах, такие как 74HCT132 , но он имеет фиксированные пороги. Вы также можете построить один с использованием дискретных транзисторов, но проще всего просто использовать операционный усилитель, так как только дополнительные компоненты Необходимо добавить гистерезис резисторов:

В отличие от многих схем триггеров Шмитта, которые можно найти в Интернете, в этой модели используется операционный усилитель с одним источником питания. Пороги напряжения и устанавливаются с помощью комбинации резисторов делителя напряжения и резистора обратной связи :ВвысокаяВвысокаяВнизкийВнизкийр1/р2р1/р2рFBрFB

р1 FBзнак равно(р1×рFB)( R 1 +рFB)р1FBзнак равно(р1×рFB)(р1+рFB)

Ввысокаязнак равно( V×р2)(р2+р1 FB)Ввысокаязнак равно(В×р2)(р2+р1FB)

р2 FBзнак равно(р2×рFB)(р2+рFB)р2FBзнак равно(р2×рFB)(р2+рFB)

Внизкийзнак равно( V×р2 FB)(р1+р2 FB)Внизкийзнак равно(В×р2FB)(р1+р2FB)

Есть хороший калькулятор триггера Шмитта, который позволяет легко определить нужные вам значения резисторов.

Что такое триггер Шмитта | Как это работает

В этом уроке мы узнаем, что такое триггер Шмитта и как он работает. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменную статью ниже.

Триггер Шмитта представляет собой тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта. Это полезно, потому что позволяет избежать ошибок, когда у нас есть шумные входные сигналы, из которых мы хотим получить прямоугольные сигналы.

Так, например, если у нас есть такой зашумленный входной сигнал, который должен иметь 2 импульса, устройство, имеющее только одну уставку или пороговое значение, может получить неверный ввод и может зарегистрировать более двух импульсов, как показано на эта иллюстрация.И если мы используем триггер Шмитта для одного и того же входного сигнала, мы получим правильный ввод двух импульсов из-за двух разных порогов. Такова основная функция триггера Шмитта — преобразовывать зашумленные прямоугольные сигналы, синусоидальные волны или входные сигналы с медленными фронтами в чистые прямоугольные сигналы.

Существует много логических ИС со встроенными триггерами Шмитта на своих входах, но также он может быть построен с использованием транзисторов или проще с использованием операционного усилителя или компаратора, просто добавив к нему несколько резисторов и положительную обратную связь.

Здесь у нас есть операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к земле или нулевому напряжению, а неинвертирующий вход подключен к входу напряжения, V IN . Так что на самом деле это компаратор, который сравнивает неинвертирующий вход с инвертирующим входом или, в данном случае, входное напряжение V IN с 0 В. Таким образом, когда значение V IN ниже 0 вольт, выход компаратора будет будет отрицательным V CC , и если входное напряжение выше 0 вольт, выход будет положительным V CC .

Теперь, если мы добавим положительную обратную связь, подключив выходное напряжение к неинвертирующему входу с резистором между ними и еще один резистор между V IN и неинвертирующим входом, мы получим триггер Шмитта. Теперь выход переключится с V CC – на V CC +, когда напряжение в узле A превысит 0 вольт.

Это означает, что теперь, регулируя значения резисторов, мы можем установить, при каком значении входа V IN произойдет переключение, используя следующие уравнения.Мы получаем эти уравнения со следующими соотношениями. Ток i по этой линии равен V IN – V A , деленное на R 1 , а также V A – V OUT , деленное на R 2 . Итак, если мы заменим V A на ноль, так как нам нужно это значение для переключения, мы получим это окончательное уравнение. Например, если на выходе -12 вольт, а на входе V IN отрицательный и повышается, переключение с -12 В на +12 В произойдет при 6 вольтах в соответствии с уравнением и значениями резисторов и наоборот, когда на входе V IN высокий уровень и при его снижении переключение с +12 В на – 12 В произойдет при -6 вольт.

Чтобы получить два разных несимметричных порога, мы можем использовать эту схему инвертирующего триггера Шмитта с одним питанием. Здесь напряжение V REF совпадает с напряжением V CC операционного усилителя. Теперь, поскольку вход V IN подключен к инвертирующему входу ОУ, когда его значения достигнут верхнего порога, выход отключится до 0 вольт, а затем, когда его значения упадут до нижнего порога, выход переключится на 5 вольт.

Вот пример того, как мы можем рассчитать пороги. V REF и V CC будут на 5 вольт, а три резистора будут на те же 10 кОм. Итак, что нам нужно рассчитать сейчас, так это напряжение в узле А. В первом случае, когда на выходе 0 В, наша схема будет выглядеть так: простой делитель напряжения и значение V A будет равно 1,66 В. Это означает, что вход V IN должен опуститься ниже этого значения. чтобы выход включался на 5 вольт.Теперь при этих 5 вольтах на выходе схема будет выглядеть так. Значение V A будет 3,33 В. Это означает, что вход V IN должен подняться выше этого значения, чтобы выход отключился до 0 вольт.

Мы также можем построить триггер Шмитта, используя транзисторы. Вы можете узнать, как работает транзисторный триггер Шмитта, в моем следующем уроке. Нажмите здесь, чтобы посетить его.

Связанное руководство: 555 Timer IC – Принцип работы, блок-схема, принципиальная схема

Основы триггера Шмитта | Как работает триггер Шмитта?

В этом руководстве мы узнаем о триггере Шмитта, некоторых основных реализациях с использованием транзисторов, операционных усилителей, о том, как работает триггер Шмитта, а также о нескольких важных приложениях.В предыдущем уроке мы видели, как таймер 555 можно настроить как триггер Шмитта.

Введение

При работе операционного усилителя в режиме разомкнутого контура, где обратная связь не используется, например, в базовой схеме компаратора, очень большой коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутым контуром вызовет наименьший шум во входном напряжении. для включения компаратора.

Если компаратор используется в качестве детектора перехода через нуль, то такое ложное срабатывание может вызвать массу проблем.Это может дать неправильную индикацию пересечения нуля из-за пересечения нуля шумом, а не фактическим пересечением нуля входными сигналами.

Чтобы избежать такого ненужного переключения между высоким и низким состояниями выхода, используется специальная схема, называемая триггером Шмитта, которая включает положительную обратную связь.

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта

был изобретен Отто Шмиттом в начале 1930-х годов. Это электронная схема, добавляющая гистерезис к порогу перехода вход-выход с помощью положительной обратной связи.Гистерезис здесь означает, что он обеспечивает два различных пороговых уровня напряжения для нарастающего и спадающего фронта.

По сути, триггер Шмитта является бистабильным мультивибратором, и его выходной сигнал остается в любом из стабильных состояний неопределенное время. Чтобы выходной сигнал изменился из одного стабильного состояния в другое, входной сигнал должен измениться (или запуститься) соответствующим образом.

Эта бистабильная работа триггера Шмитта требует усилителя с положительной обратной связью (или регенеративной обратной связью) с усилением контура больше единицы.Следовательно, триггер Шмитта также известен как регенеративный компаратор.

Например, если у нас есть зашумленный входной сигнал, как показано выше, два порога схемы триггера Шмитта будут правильно определять импульсы. Следовательно, основной функцией триггера Шмитта является преобразование зашумленных прямоугольных, синусоидальных, треугольных или любых периодических сигналов в чистые прямоугольные импульсы с резкими передними и задними фронтами.

Триггер Шмитта на транзисторах

Как уже упоминалось ранее, триггер Шмитта представляет собой бистабильную схему, состояние выхода которой контролируется входным сигналом.Следовательно, его можно использовать в качестве схемы обнаружения уровня. На следующей схеме показана простая конструкция триггера Шмитта на основе транзистора.

Несмотря на то, что эта схема выглядит как типичная схема бистабильного мультивибратора, на самом деле она отличается, поскольку в этой схеме отсутствует связь между коллектором Q 2 и входом Q 1 . Излучатели Q 1 и Q 2 соединены друг с другом и заземлены через R E . Кроме того, R E действует как цепь обратной связи.

Работа схемы

Когда V IN равно нулю, Q 1 отключается, а Q 2 находится в состоянии насыщения. В результате выходное напряжение V O НИЗКОЕ. Если V CE(SAT) принимается равным 0, то напряжение на R E определяется как:

 (V CC * R E ) / (R E + R C2 )

Это напряжение также является напряжением эмиттера Q 1 . Итак, чтобы Q 1 проводил, входное напряжение V IN должно быть больше суммы напряжения эмиттера и 0.7 В т. е.

 V IN = [(V CC * R E ) / (R E + R C2 )] + 0,7

Когда V IN превышает это напряжение, Q 1 начинает проводить ток, а Q 2 отключается из-за регенеративного действия. В результате выход V O становится ВЫСОКИМ. Теперь напряжение на R E меняется на новое значение и определяется как:

 (V CC * R E ) / (R E + R C1 )

Транзистор Q 1 будет проводить до тех пор, пока входное напряжение V IN больше или равно следующему:

 V IN = [(V CC * R E ) / (R E + R C1 )] + 0.7

Если V IN падает ниже этого значения, то Q 1 выходит из состояния насыщения, а остальная часть схемы работает за счет рекуперативного действия Q 1 , уходящего на отсечку, и Q 2 на насыщение.

Выходные состояния ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ зависят от уровней входного напряжения, определяемых уравнениями:

 [(V CC * R E ) / (R E + R C1 )] + 0,7

 [(V CC * R E ) / (R E + R C2 )] + 0.7

Передаточные характеристики триггера Шмитта имеют гистерезис и зависят от нижней точки срабатывания (нижнее пороговое напряжение) и верхней точки срабатывания (верхнее пороговое напряжение), заданных V LT и V UT .

 V LT = [(V CC * R E ) / (R E + R C1 )] + 0,7

 V UT = [(V CC * R E ) / (R E + R C2 )] + 0,7

Изменяя значения R C1 и R C2 , можно контролировать величину гистерезиса, а значение R E можно использовать для увеличения верхнего порогового напряжения.

Схема триггера Шмитта на основе операционного усилителя

Поскольку схема триггера Шмитта по сути является усилителем с положительной обратной связью, эту схему можно реализовать с помощью операционных усилителей или просто операционных усилителей. В зависимости от того, где применяется вход, схемы на основе операционных усилителей можно разделить на инвертирующие и неинвертирующие триггеры Шмитта.

Инвертирующая схема триггера Шмитта

Как следует из названия, в инвертирующем триггере Шмитта вход подается на инвертирующий вывод операционного усилителя.В этом режиме выходной сигнал имеет противоположную полярность. Этот выход подается на неинвертирующую клемму для обеспечения положительной обратной связи.

Когда V IN немного больше, чем V REF , выход становится -V SAT , а если V IN немного меньше, чем -V REF (более отрицательное значение, чем -V REF ), тогда вывод становится V SAT . Следовательно, выходное напряжение V O равно V SAT или -V SAT , а входным напряжением, при котором происходят эти изменения состояния, можно управлять с помощью R 1 и R 2 .

Значения V REF и -V REF можно сформулировать следующим образом:

 V REF = (V O * R 2 ) / (R 1 + R 2 )

Бут В О = В САТ . Следовательно,

 V REF = (V SAT * R 2 ) / (R 1 + R 2 )

 -V REF = (V O * R 2 ) / (R 1 + R 2 )

Бут В О = -В СБ .Следовательно,

 -V REF = (-V SAT * R 2 ) / (R 1 + R 2 )

Опорные напряжения V REF и -V REF называются верхним пороговым напряжением V UT и нижним пороговым напряжением V LT . На следующем изображении показан график зависимости выходного напряжения от входного напряжения. Он также известен как передаточная характеристика триггера Шмитта.

Для чисто синусоидального входного сигнала выходной сигнал схемы инвертирующего триггера Шмитта показан на следующем рисунке.

Неинвертирующий триггер Шмитта

При переходе к неинвертирующему триггеру Шмитта вход в этом случае применяется к неинвертирующему входу операционного усилителя. Выходное напряжение подается обратно на неинвертирующую клемму через резистор R 1 .

Предположим, что изначально выходное напряжение равно V SAT . Пока V IN не станет меньше, чем V LT , выходной сигнал остается на этом уровне насыщения.Как только входное напряжение пересекает нижний пороговый уровень напряжения, выходное состояние изменяется на -V SAT .

Выход остается в этом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не превысит верхний порог.

На следующем рисунке показаны передаточные характеристики схемы неинвертирующего триггера Шмитта.

Если на вход подается чистый синусоидальный сигнал, то выходной сигнал выглядит примерно так.

Приложения

  • Одним из важных применений триггера Шмитта является преобразование синусоидальных волн в прямоугольные.
  • Их можно использовать для устранения дребезга в компараторах (явление, при котором возникают множественные переходы на выходе из-за колебания входного сигнала через пороговую область).
  • Они также могут работать как простые контроллеры ВКЛ/ВЫКЛ (например, реле температуры).

Заключение

Простое руководство по триггеру Шмитта. Вы узнали, что такое триггер Шмитта, его базовую схему с использованием транзисторов, триггеры Шмитта на основе операционных усилителей (как инвертирующие, так и неинвертирующие), а также несколько важных приложений триггеров Шмитта.

Операционный усилитель с триггером Шмитта » Electronics Notes

Триггер Шмитта — это широко используемая схема, используемая с компаратором для обеспечения помехоустойчивости и снижения вероятности множественных переключений, вызванных шумом на входе.


Учебное пособие по операционному усилителю включает:
Введение Сводка по цепям Инвертирующий усилитель Суммирующий усилитель Неинвертирующий усилитель Усилитель с переменным усилением Активный фильтр верхних частот Активный фильтр низких частот Полосовой фильтр Режекторный фильтр компаратор триггер Шмитта Мультивибратор Бистабильный Интегратор Дифференциатор Генератор моста Вина Генератор фазового сдвига


Триггер Шмитта представляет собой схему компаратора, которая имеет гистерезис или различные уровни переключения входа для изменения выхода между двумя состояниями.

Компаратор имеет дифференциальный усилитель в своей основе, и действие компаратора означает, что аналоговый вход эффективно преобразуется в цифровой выход в зависимости от напряжения на входе.

Благодаря использованию гистерезиса влияние шума на входе, который может вызвать несколько переключений на выходе, когда входное напряжение приближается к напряжению переключения, значительно снижается.

Суть триггера Шмитта заключается в дифференциальном усилителе: в этой роли часто используются операционные усилители, но гораздо лучше использовать в этой роли специальную микросхему компаратора.

Что такое гистерезис

Гистерезис встречается во многих случаях в науке, но в случае триггера Шмитта гистерезис означает, что схема срабатывает при разных напряжениях для переключения выхода из одного состояния в другое.

Чтобы объяснить это более подробно, возьмем пример, когда опорное напряжение составляет, скажем, 5 вольт. При повышении напряжения, в зависимости от схемы, например, 5,5 вольт. Тогда для переключения в другую сторону входное напряжение должно упасть, например, до 4.5 вольт.

Таким образом, существует разница в 1 вольт между переключением в любом направлении, и это обеспечивает значительную помехозащищенность.

Концепция гистерезиса, используемая в схеме триггера Шмитта

. Проблема неиспользования гистерезиса с компаратором заключается в том, что если входной сигнал нарастает медленно, то шум на форме волны вызовет многократное переключение состояния выхода компаратора. Эта проблема решается с помощью гистерезиса, если только уровни шума не очень высоки.Схема триггера Шмитта идеально подходит для многих приложений, позволяющих решить эту проблему. К счастью, в большинстве случаев прямой компаратор можно преобразовать в триггер Шмитта путем добавления одного электронного компонента

.

Несколько переключений выхода из-за шума могут вызвать множество проблем со следующими цифровыми цепями, и в очень многих случаях инженеры-разработчики электронных схем тратят много часов на отладку схем с этим типом проблем, поскольку их может быть трудно отследить. иногда.

Основы триггера Шмитта

Схема триггера Шмитта широко используется уже много лет. Его изобрел американский ученый Отто Шмитт. Триггер Шмитта переключается при разных напряжениях в зависимости от того, движется ли он от низкого к высокому или от высокого к низкому, используя так называемый гистерезис.

В связи с тем, что триггер Шмитта имеет гистерезис, символ цепи для одной из этих цепей включает в себя символ гистерезиса. Соответственно, все триггеры Шмитта используют этот символ.

Схема триггера Шмитта Символ

Схема триггера Шмитта

Стандартная схема компаратора обычно может быть преобразована в триггер Шмитта на этапе электронного проектирования путем введения положительной обратной связи путем добавления дополнительного электронного компонента. В схеме ниже это обеспечивается добавлением резистора R3.

Схема триггера Шмитта на операционном усилителе

Действие нового резистора R3 заключается в том, чтобы придать схеме различные пороги переключения в зависимости от выходного состояния компаратора или операционного усилителя.Когда на выходе компаратора высокий уровень, это напряжение возвращается на неинвертирующий вход операционного усилителя компаратора. В результате порог переключения становится выше. Когда выход переключается в обратном направлении, порог переключения снижается. Это дает схеме то, что называется гистерезисом.

Тот факт, что в схеме применяется положительная обратная связь, обеспечивает более высокий коэффициент усиления и, следовательно, более быстрое переключение. Это особенно полезно, когда входной сигнал может быть медленным.Однако в схеме триггера Шмитта можно применить ускоряющий конденсатор, чтобы еще больше увеличить скорость переключения.

Поместив конденсатор на резистор положительной обратной связи R3, коэффициент усиления можно увеличить во время переключения, что сделает переключение еще быстрее. Этот конденсатор, известный как ускоряющий конденсатор, может иметь емкость от 10 до 100 пФ в зависимости от схемы.

Рассчитать резисторы, необходимые в схеме триггера Шмитта, довольно просто. Центральное напряжение, относительно которого должна переключаться цепь, определяется цепочкой делителя потенциала, состоящей из резисторов R1 и R2.Это должно быть выбрано в первую очередь. Затем можно рассчитать резистор обратной связи R3. Это обеспечит уровень гистерезиса, равный выходному размаху схемы, уменьшенному делителем потенциала, образованным в результате R3 и параллельного соединения резисторов R1 и R2.

Применение триггера Шмитта

Триггер Шмитта используется во множестве приложений, где необходимо определить уровень. Даже если используется только небольшой гистерезис, это уменьшает количество переходов, которые могут произойти вокруг точки переключения.

Таким образом, триггеры Шмитта применяются во многих различных областях проектирования электронных схем.

  • Цифро-аналоговое преобразование:   Триггер Шмитта фактически представляет собой однобитовый аналого-цифровой преобразователь. Когда сигнал достигает заданного уровня, он переключается из одного состояния в другое. Затем его можно использовать для управления другими цифровыми схемами.
  • Обнаружение уровня:   Схема триггера Шмитта обеспечивает обнаружение уровня.При выполнении этого приложения необходимо учитывать напряжение гистерезиса при проектировании электронной схемы, чтобы схема включала требуемое напряжение.
  • Прием линии:   При работе с линией данных, которая может вызвать шум в логический элемент, необходимо убедиться, что уровень логического выхода изменяется только при изменении данных, а не в результате паразитного шума, который может были подобраны. Использование триггера Шмитта в широком смысле позволяет размаху шума достигать уровня гистерезиса до того, как может произойти ложное срабатывание.

Меры предосторожности спускового крючка Шмитта

При использовании операционного усилителя в качестве компаратора необходимо соблюдать осторожность. Сама микросхема операционного усилителя оптимизирована для работы в замкнутом контуре с отрицательной обратной связью. В результате производители операционных усилителей не гарантируют использование своих операционных усилителей в схемах без обратной связи или с положительной обратной связью, как в случае триггера Шмитта.

Одна из проблем заключается в том, что при использовании операционного усилителя вместо компаратора скорость переключения будет не такой высокой, а также маловероятно, что он так сильно ударит по рельсам.

Обычно компараторы разрабатываются для условий разомкнутой цепи или даже для использования с положительной обратной связью в случае триггера Шмитта. Они также имеют конфигурацию схемы с открытым коллектором, которая предназначена для жесткого переключения на шины напряжения, как это требуется для логических схем. По этой и многим другим причинам компараторы обеспечат гораздо лучшие характеристики переключения, чем операционные усилители.

Другие проблемы, которые могут возникнуть в некоторых случаях, заключаются в том, что, когда операционный усилитель жестко загоняется в рельсы, он потребляет больше энергии, чем обычно.Дополнительная проблема, которая может возникнуть, связана с фиксацией, когда операционный усилитель будет фиксироваться на шине напряжения и оставаться там, не переключаясь независимо от входных уровней.

Триггер Шмитта используется во множестве различных электронных схем, где необходимо обнаруживать аналоговые сигналы и преобразовывать их в цифровой формат. Схема существует уже много лет и обеспечивает очень полезную функцию во многих современных электронных схемах.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем .. .

Триггер Шмитта: что это такое и как он работает? (схемы включены)

Что такое триггер Шмитта?

A Триггер Шмитта представляет собой компараторную схему с гистерезисом, реализованную путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход компаратора или дифференциального усилителя. Триггер Шмитта использует два входа с разным уровнем порогового напряжения, чтобы избежать шума во входном сигнале. Действие этого двойного порога известно как гистерезис.

Триггер Шмитта был изобретен американским ученым Отто Х. Шмиттом в 1934 году.

Нормальный компаратор содержит только один пороговый сигнал. И он сравнивает пороговый сигнал с входным сигналом. Но если входной сигнал имеет шум, это может повлиять на выходной сигнал.

Эффект шума на выходе

На приведенном выше рисунке из-за шума в точках A и B входной сигнал (V1) пересекает уровень опорного сигнала (V2). В этот период V1 меньше, чем V2, и выход низкий.

Следовательно, на выход компаратора влияет шум во входном сигнале. И компаратор не защищен от шума.

«Триггер» в названии «Триггер Шмитта» происходит от того факта, что выход сохраняет свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы «запустить» изменение.

Как работает триггер Шмитта?

Триггер Шмитта дает правильные результаты, даже если входной сигнал зашумлен. Он использует два пороговых напряжения; одно — верхнее пороговое напряжение (ВУТ), а второе — нижнее пороговое напряжение (ВЛТ).

Выход триггера Шмитта остается низким до тех пор, пока входной сигнал не пересечет ВУТ. Как только входной сигнал пересекает этот предел VUT, выходной сигнал триггера Шмитта остается высоким до тех пор, пока входной сигнал не станет ниже уровня VLT.

Давайте разберемся с работой триггера Шмитта на примере. Здесь мы предполагаем, что начальный вход равен нулю.

Шумовой эффект с триггером Шмитта

Здесь мы предположили, что начальный входной сигнал равен нулю, и он постепенно увеличивается, как показано на рисунке выше.

Выходной сигнал триггера Шмитта остается низким до точки А. В точке А входной сигнал пересекает уровень верхнего порога (ВУТ) и формирует высокий выходной сигнал.

Выходной сигнал остается высоким до точки B. В точке B входной сигнал пересекает нижний порог. И это делает выходной сигнал низким.

И снова, в точке C, когда входной сигнал пересекает верхний порог, выход высокий.

В этом состоянии мы видим, что входной сигнал зашумлен.Но шум не влияет на выходной сигнал.

Схема триггера Шмитта

Схема триггера Шмитта использует положительную обратную связь. Поэтому эта схема также известна как схема регенеративного компаратора. Схема триггера Шмитта может быть разработана с помощью операционного усилителя и транзистора. И это классифицируется как;

  • Триггер Шмитта на основе операционного усилителя
  • Триггер Шмитта на основе транзистора

Триггер Шмитта на основе операционного усилителя

Схема триггера Шмитта может быть разработана с использованием операционного усилителя двумя способами.Если входной сигнал подключен к точке инвертирования операционного усилителя, это называется инвертирующим триггером Шмитта. И если входной сигнал подключен к неинвертирующей точке операционного усилителя, он называется неинвертирующим триггером Шмитта.

Инвертирующий триггер Шмитта

В этом типе триггера Шмитта вход подается на инвертирующий вывод операционного усилителя. И положительная обратная связь от выхода к входу. Принципиальная схема инвертирующего триггера Шмитта показана на рисунке ниже.

Инвертирующий триггер Шмитта

Теперь давайте разберемся, как работает эта схема. В точке A напряжение равно V, а приложенное напряжение (входное напряжение) равно Vin.

Если приложенное напряжение Vin больше, чем V, выход схемы будет низким. И если приложенное напряжение Vin меньше V, выход схемы будет высоким.

, рассчитать уравнение В.

Применение текущего закона KIRCHOFF (KCL),

Теперь давайте предположим, что вывод триггера Schmitt высока.В этом состоянии

   

Итак, из приведенного выше уравнения;

   

Когда входной сигнал больше, чем V 1 , выходной сигнал триггера Шмитта станет низким. Следовательно, V 1 является верхним пороговым напряжением (V UT ).

   

Выход будет оставаться низким до тех пор, пока входной сигнал не станет меньше V. когда выход триггера Шмитта низкий, в этом состоянии

   

   

чем V 2 .Следовательно, V 2 известен как более низкое пороговое напряжение (V LT ).

   

Неинвертирующий триггер Шмитта

В неинвертирующем триггере Шмитта входной сигнал подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя. Положительная обратная связь применяется от выхода к входу. Инвертирующая клемма операционного усилителя подключена к клемме заземления. Принципиальная схема неинвертирующего триггера Шмитта показана на рисунке ниже.

Неинвертирующий триггер Шмитта

В этой схеме выход триггера Шмитта будет высоким, когда напряжение V больше нуля.И выход будет низким, когда напряжение V меньше нуля.

   

   

Теперь найдем уравнение напряжения V. Для этого применим KCL в этом узле.

   

   

   

   

Теперь предположим, что выход операционного усилителя низкий. Следовательно, выходное напряжение триггера Шмитта равно V L . А напряжение V равно V 1 .

В этом состоянии

   

Из приведенного выше уравнения

   

Когда напряжение V 1 больше нуля, на выходе будет высокий уровень.В этом состоянии

   

   

Когда приведенное выше условие выполнено, на выходе будет высокий уровень. следовательно, это уравнение дает значение верхнего порогового напряжения (V UT ).

   

Теперь предположим, что на выходе триггера Шмитта высокий уровень. А напряжение V равно V 2 .

   

Из уравнения напряжения V,

   

Выход триггера Шмитта станет низким, когда напряжение V 2 меньше нуля.В этом состоянии

   

   

Приведенное выше уравнение дает значение нижнего порогового напряжения (V LT ).

   

Триггер Шмитта на основе транзистора

Схема триггера Шмитта может быть реализована с помощью двух транзисторов. Принципиальная схема триггера Шмитта на основе транзистора приведена на схеме ниже.

Триггер Шмитта на основе транзистора

В in = входное напряжение
В ref = опорное напряжение = 5 В

Предположим, что при запуске входное напряжение Vin равно нулю.Входное напряжение подается на базу транзистора T 1 . Следовательно, в этом состоянии транзистор T 1 работает в области отсечки и остается непроводящим.

В a и В b являются напряжением узла. Опорное напряжение дается 5В. Таким образом, мы можем вычислить значение V a и V b по правилу делителя напряжения.

Напряжение В b подается на базу транзистора T 2 . А это 1,98В.Следовательно, транзистор T 2 является проводящим. И из-за этого выход триггера Шмитта низкий. Падение на эмиттере составляет около 0,7 В. Итак, напряжение на базе транзистора равно 1,28В.

Эмиттер транзистора Т 2 соединен с эмиттером транзистора Т 1 . Следовательно, оба транзистора работают на одном уровне при напряжении 1,28 В.

Означает, что транзистор T 1 сработает при входном напряжении на 0,7В выше 1,28В или больше 1.98В (1,28В + 0,7В).

Теперь увеличим входное напряжение более чем на 1,98В, и транзистор T 1 начнет проводить. Это вызывает падение напряжения на базе транзистора T 2 и отключает транзистор T 2 . И за счет этого выход триггера Шмитта высокий.

Входное напряжение начинает уменьшаться. Транзистор T 1 отключится, когда входное напряжение будет на 0,7 В меньше 1,98 В и равно 1,28 В. В этом состоянии транзистор T 2 получает достаточное напряжение от опорного напряжения, и он включится.Это делает выходной сигнал триггера Шмитта низким.

Таким образом, в этом состоянии у нас есть два порога: нижний порог при 1,28 В и верхний порог при 1,98 В.

Генератор триггера Шмитта

Триггер Шмитта можно использовать в качестве генератора, подключив одну интегральную схему RC. Принципиальная схема триггерного генератора Шмитта показана на рисунке ниже.

Генератор триггера Шмитта

Выходной сигнал схемы представляет собой непрерывную прямоугольную волну.А частота сигнала зависит от значения R, C и пороговой точки триггера Шмитта.

   

Где k — константа, которая находится в диапазоне от 0,2 до 1.

КМОП-триггер Шмитта

Простая схема инвертора сигналов дает выходной сигнал, противоположный входному сигналу. Например, если входной сигнал высокий, выходной сигнал будет низким для простой схемы инвертора. Но если входной сигнал имеет всплески (шум), выходной сигнал будет реагировать на изменение всплеска.Чего мы не хотим. Поэтому используется триггер Шмитта CMOS.

Осциллограмма простой схемы инвертора сигналов

В первой осциллограмме входной сигнал не содержит шума. Итак, выход идеальный. Но на втором рисунке входной сигнал имеет некоторый шум. Выход также реагирует на этот шум. Чтобы этого избежать, используется КМОП-триггер Шмитта.

На приведенной ниже принципиальной схеме показана конструкция КМОП-триггера Шмитта. КМОП-триггер Шмитта состоит из 6 транзисторов, включая транзисторы PMOS и NMOS.

КМОП-триггер Шмитта

Во-первых, нам нужно знать, что такое PMOS и NMOS-транзистор? Символ транзисторов PMOS и NMOS показан на рисунке ниже.

Транзисторы PMOS и NMOS

Транзистор NMOS проводит ток, когда VG больше, чем VS или VD. И транзистор PMOS проводит, когда VG меньше, чем VS или VD. В КМОП-триггере Шмитта один транзистор PMOS и один транзистор NMOS добавлены в простую схему инвертора.

В первом случае входное напряжение высокое. В этом состоянии транзистор P N открыт, а транзистор N N выключен.И это создает путь к земле для узла-А. Следовательно, выход триггера Шмитта CMOS будет равен нулю.

Во втором случае входное напряжение высокое. В этом состоянии транзистор N N включен, а транзистор P N выключен. Это создаст путь к напряжению V DD (High) для узла-B. Следовательно, выход триггера Шмитта CMOS будет высоким.

Применение триггера Шмитта

Применение триггера Шмитта описано ниже.

  • Триггер Шмитта используется для преобразования синусоиды и треугольной волны в прямоугольную.
  • Наиболее важное применение триггеров Шмитта для устранения шумов в цифровой схеме.
  • Также используется как генератор функций.
  • Используется для реализации осциллятора.
  • Триггеры Шмитта с RC-цепочкой используются для устранения дребезга переключателей.

Гистерезис триггера Шмитта обеспечивает бесшумное переключение и вывод

Ключевые выводы

  • Триггер Шмитта может использоваться в качестве компаратора, если он не имеет гистерезиса, для создания чистых цифровых импульсов.

  • Триггер Шмитта может иметь гистерезис для обеспечения помехозащищенности, что делает его по сути компаратором с дополнительным гистерезисом.

  • Для высокоскоростного или высокочастотного триггера Шмитта можно создавать симуляции, используя подходящие модели операционного усилителя и инструменты проектирования схем.

Триггеры Шмитта существуют дольше, чем живут некоторые инженеры, и они долгое время были основным компонентом для отслеживания переключения между двумя состояниями напряжения, как компаратор.В наши дни триггеры Шмитта интегрируются в конструкции интегральных схем или могут использоваться в схемах среднего напряжения в качестве простого аналогового компаратора. Имея широкий ассортимент операционных усилителей, доступных на рынке, легко создать схему триггера Шмитта для целого ряда аналоговых приложений.

Как и компараторы, триггеры Шмитта могут иметь гистерезис для обеспечения некоторой нечувствительности к шуму. Для обеспечения помехоустойчивости во время переключения окно гистерезиса триггера Шмитта должно быть тщательно спроектировано, чтобы учесть любые шумы входного сигнала триггера.Вот как спроектировать окно гистерезиса в схеме триггера Шмитта и почему вы можете захотеть использовать триггер Шмитта вместо схемы компаратора в вашей аналоговой системе.

Зачем использовать триггер Шмитта вместо компаратора?

Триггер Шмитта тесно связан со схемой компаратора. Триггеры Шмитта и компараторы в основном представляют собой одни и те же схемы; любой компаратор становится триггером Шмитта, когда в схему добавляется некоторая положительная обратная связь, которая затем добавляет гистерезис. Другими словами, все триггеры Шмитта являются компараторами, просто они настроены на переключение при разных переходных напряжениях благодаря добавлению гистерезиса.

Компараторы с гистерезисом иногда отличаются от триггеров Шмитта как совершенно разные схемы, но по существу они представляют собой схемы того же типа и выполняют очень похожие функции. Все компараторы имеют некоторый встроенный гистерезис, в то время как триггеры Шмитта имеют дополнительный гистерезис благодаря контуру положительной обратной связи в цепи. В таблице ниже представлено краткое сравнение схем триггера Шмитта и компаратора с точки зрения их выходных характеристик и гистерезисных характеристик.

 

Триггер Шмитта

Компаратор

Окно гистерезиса

Зависит от положительных отзывов

Встроенный (обычно ~10 мВ)

Выходное напряжение

Рельсовые значения

Рельсовые значения

Пороговые напряжения

Может быть асимметричным

Симметрично вокруг Vref

Размер окна гистерезиса является важнейшим параметром, определяющим помехозащищенность схем триггера Шмитта; это будет обсуждаться более подробно ниже.Чтобы увидеть, как возникают эти характеристики, полезно разобрать общую топологию для триггеров Шмитта, которые часто реализуются с использованием операционных усилителей.

Гистерезис триггера Шмитта с операционным усилителем

Триггеры Шмитта будут иметь некоторые дополнительные компоненты по сравнению с типичной схемой компаратора на основе операционного усилителя без гистерезиса. Уровень помехоустойчивости, который может быть достигнут с помощью схемы триггера Шмитта, обеспечивается добавлением некоторого гистерезиса через петлю положительной обратной связи.Пример метода добавления гистерезиса и управления уровнями порогового напряжения показан на принципиальной схеме ниже. На этой схеме показана инвертирующая схема триггера Шмитта с положительной обратной связью, подаваемой на неинвертирующий вход.

Схема триггера Шмитта с гистерезисом.

На этой принципиальной схеме выходное напряжение зависит от пороговых значений напряжения V hi и V lo . Выходное напряжение можно рассчитать, просто используя значения трех резисторов в цепи обратной связи.Эти резисторы образуют делитель напряжения, который одновременно устанавливает верхнее и нижнее пороговые напряжения за счет изменения опорного напряжения на неинвертирующем входе. Уравнения для верхнего и нижнего пороговых напряжений показаны ниже.

Делители напряжения в контуре обратной связи задают гистерезис триггера Шмитта.

В приведенных выше схемах делителя напряжения напряжение на неинвертирующем входе является пороговым; это эквивалентно опорному напряжению в схеме компаратора.Как только выходное напряжение переключается, пороговое напряжение на неинвертирующем входе также переключает состояния. Это должно объяснить, почему верхнее и нижнее пороговые напряжения зависят от выходного сигнала схемы триггера Шмитта.

Подводя итог, можно сказать, что когда входное напряжение превышает V hi , выходное напряжение переключается с V + на V _ . Точно так же, когда входное напряжение падает ниже V до , выходное напряжение переключается с V _ на V + .Для неинвертирующего триггера Шмитта переключение с высокого уровня на низкий происходит в обратном направлении. Это свойство гистерезиса полностью устанавливается путем выбора резисторов на приведенных выше принципиальных схемах. Для неинвертирующей схемы триггера Шмитта вход просто подключается к неинвертирующей входной цепи на операционном усилителе.

Форма выходного сигнала

Форма выходного сигнала в приведенной выше схеме показана ниже. На этой осциллограмме мы можем видеть сравнение случаев с гистерезисом и без него.В случае сигнала без гистерезиса шум на входе вызовет скачки выходного напряжения между значениями напряжения на шине. Вот почему мы добавляем некоторый гистерезис в схему компаратора, чтобы создать триггер Шмитта. Смещая порог переключения ниже значения переднего фронта (и наоборот для заднего фронта), небольшой шум на входе не повлияет на выходное напряжение.

Выход триггера Шмитта без гистерезиса (слева) и с гистерезисом (справа).

Уровень шума на входном сигнале, который может выдержать триггер Шмитта, примерно такой же, как окно гистерезиса. Уровень шума RMS обычно является подходящей метрикой для сравнения при рассмотрении шума во временной области. Если вам нужно сравнить окно гистерезиса триггера Шмитта с ожидаемым уровнем шума в цепи, вам понадобится правильный набор инструментов для проектирования схем и моделирования.

Моделирование гистерезиса триггера Шмитта

Основными инструментами для моделирования поведения триггера Шмитта являются анализ постоянного тока (для проектирования контуров обратной связи) и анализ переходных процессов (для изучения форм выходных сигналов).При построении этих схем из операционных усилителей или транзисторов вам потребуется использовать стандартные модели для этих подсхем, чтобы получить точное поведение от развертки постоянного тока и моделирования во временной области.

Расчет гистерезиса триггера Шмитта на основе операционного усилителя может быть затруднен без лучшего программного обеспечения для проектирования и анализа печатных плат. Когда вам нужно спроектировать и проанализировать ваши схемы триггера Шмитта, функции внешнего проектирования от Cadence интегрируются с мощным симулятором PSpice, чтобы создать идеальную систему для проектирования и оценки схем.Это приложение и другие инструменты проектирования от Cadence предоставляют вам доступ к полному набору функций проектирования и оптимизации.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

 

Триггер Шмитта – обзор

1.4.4.2 Неинвертирующий триггер

В неинвертирующем триггере Шмитта (рис. 1.35) входной сигнал подается на неинвертирующий вход.

Рисунок 1.35. Неинвертирующий триггер Шмитта ОУ

Инвертирующий вход может быть подключен к земле или опорному напряжению, например механизм манипулирования порогами переключения триггера Шмитта вне резисторов R 1 и R 2 .

При исследовании схемы, показанной на рис. 1.35, можно отметить, что это положительная реакция. Будем считать, что напряжение v e изначально положительно. Очевидно, можно рассматривать отрицательное входное напряжение.

Это предположение сделано только в образовательных целях для понимания работы изучаемой сборки:

ve>0vS=+Vsat

Выражение, определяющее напряжение, прикладываемое к неинвертирующему входному уровню, имеет вид:

ve+=R1vS+R2veR1+R2=R1Vsat+R2veR1+R2

Это положительное напряжение, что подтверждает предположение, сделанное вначале.

Определяющее выражение входного напряжения в соответствии с выходным напряжением и напряжением, которое находится на неинвертирующем входном уровне, определяется как: e + остается положительным, выходное напряжение остается в состоянии высокого насыщения.Как только напряжение V e + становится отрицательным, выходное напряжение переходит в состояние низкого насыщения. Эволюция V e + связана с напряжением v e , подаваемым на вход:

ve+>0⇒R1Vsat+R2veR1+R2>0

В результате для напряжения, подаваемого на вход, получаем:

ve>-R1VsatR2=V1

Следовательно, чтобы состояние высокого насыщения присутствовало на выходе, необходимо, чтобы напряжение v e , подаваемое на вход, было больше, чем напряжение V 1 .

Напряжение В 1 — порог переключения из высокого состояния в низкое.

Известно, что напряжение v e , подаваемое на вход, является переменным напряжением. Переход из высокого состояния в низкое происходит, когда напряжение V e + становится отрицательным:

Ve+<0vS=−VsatVe+=−R1Vsat+R2veR1+R2Ve+<0⇒−R1Vsat+R2veR1+R2<0

Выражение, которое позволит вывести порог переключения, получается следующим образом:

ve

V 2 порог переключения выхода из низкого состояния в высокое состояние.

Сигналы, задействованные на уровне триггера Шмитта, схематично представлены на рис. 1.36. Эти сигналы были получены экспериментально, и значения используемых для этого составляющих составляют R 1 = 2 кОм; R 2 = 10 кОм. Это даст две точки переключения:

Рисунок 1.36. Сигналы, задействованные на уровне неинвертирующего триггера Шмитта. Цветную версию этого рисунка см. на сайте www.iste.co.uk/haraoubia/nonlinear2.zip. Фигура 1.37) позволяет дать размах петли гистерезиса неинвертирующего триггера Шмитта. Представление v S = f(v e ) позволяет вывести интересный объем информации. Триггер Шмитта имеет две точки переключения. Эти два пороговых значения указывают на ширину петли гистерезиса.

Рисунок 1.37. Представление эволюции выходного напряжения v S в соответствии с напряжением v e , подаваемым на вход

заморожены до постоянного значения, примерно равного напряжению насыщения V sat .

Эволюция выходного напряжения в соответствии с входным напряжением (см. рис. 1.37) позволяет представить гистерезисный цикл неинвертирующего триггера Шмитта.

Неинвертирующий триггер Шмитта имеет два симметричных порога переключения: верхний порог (V 2 ) и нижний порог (V 1 ):

В большинстве случаев операционные усилители имеют падение напряжения.Это объясняет, почему высокое или низкое напряжение насыщения не имеет амплитуды, равной напряжению питания. Напряжение насыщения обычно меньше напряжения питания. Однако есть некоторые операционные усилители, которые не имеют падения напряжения или имеют незначительное падение напряжения; это операционные усилители «Rail-to-Rail».

Пороги переключения определяются значениями высокого и низкого напряжения насыщения операционных усилителей, а также номиналами резисторов, обеспечивающих положительную реакцию.Чрезвычайно важно, чтобы сигнал, подаваемый на формируемый вход, имел достаточную амплитуду, чтобы на выходе происходило переключение с высокого уровня на низкий уровень и наоборот. в противном случае триггер Шмитта не сможет выполнять ту функцию, для которой он был разработан.

555 Триггер Шмитта | 555 схем таймера

ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Одна батарея 9 В
  • Зажим для батареи (№ по каталогу Radio Shack 270-325)
  • Мини-зажимы-крючки (припаяны к зажиму аккумулятора, каталог Radio Shack № 270-372)
  • Один потенциометр, 10 кОм, 15-оборотный (каталог Radio Shack № 271-343)
  • Одна микросхема таймера 555 (№ по каталогу Radio Shack 276-1723)
  • Один красный светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-041 или аналогичный)
  • Один зеленый светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-022 или аналогичный)
  • Два резистора по 1 кОм
  • Один DVM (цифровой вольтметр) или VOM (вольтомметр)

 

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

 

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

 

 

Триггеры Шмитта имеют соглашение, чтобы показать ворота, которые также являются триггерами Шмитта.

 

 

Та же схема, перерисованная с учетом этого соглашения, выглядит примерно так:  

 

 

РИСУНОК  

 

 

ИНСТРУКЦИИ

Таймер 555, вероятно, является одним из наиболее универсальных чипов «черного ящика». Его 3-резисторный делитель напряжения, 2 компаратора и встроенный триггер установки-сброса подключены для формирования триггера Шмитта в этой конструкции.

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 индикаторы не перевернутся, затем измерьте напряжение.

Сравните это напряжение с напряжением питания. Отрегулируйте потенциометр в другую сторону, пока светодиод снова не загорится, и измерьте напряжение.

Насколько близко вы подошли к отметкам 1/3 и 2/3?

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

Триггеры Шмитта

— это принципиальная схема, имеющая несколько применений. Одним из них является обработка сигналов, они могут извлекать цифровые данные из некоторых чрезвычайно шумных сред.

В следующих проектах будут показаны и другие большие применения, такие как чрезвычайно простой RC-генератор.

 

ТЕОРИЯ ДЕЙСТВИЯ

Определяющей характеристикой любого триггера Шмитта является его гистерезис. В данном случае это 1/3 и 2/3 напряжения питания, определяемого встроенным резисторным делителем напряжения на 555.

Встроенные компараторы C1 и C2 сравнивают входное напряжение с опорными значениями, обеспечиваемыми делителем напряжения, и используют сравнение для срабатывания встроенного триггера, который управляет выходным драйвером, что является еще одной приятной особенностью 555.

Модель 555 может отводить ток до 200 мА с любой стороны шины питания, выходной драйвер создает путь с очень низкой проводимостью по обеим сторонам соединений источника питания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.