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

Триггер шмитта принцип работы

Триггер Шмитта имеет свое отличие от других видов триггеров тем, что он имеет единственный вход и один выход и не имеет свойства памяти. Триггер Шмитта состоит из двух инверторов, имеющих положительно-обратную связь ПОС , в результате чего состояние выхода триггера может меняться лавинообразно. В данной схеме доля выходного электрического сигнала ОУ поступает на прямой вход и устанавливает уровень, при котором схема будет переключаться. ОУ подключен к двухполярному блоку питания на 5 вольт. Сопротивления R1 и R2 имеют значения 25 кОм и 10 кОм.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ
• Триггер схема на транзисторах
• Как работает схема триггера на транзисторах
• 4. 24. Триггер Шмитта
• 4. Схема, принцип действия и характеристики триггера Шмитта
• Аналоговый компаратор
• Тригер Шмитта на транзисторах
• Триггер Шмитта принцип действия
• Принцип работы триггера Шмитта на ОУ
• Триггер Шмитта на транзисторах

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ТРИГГЕР НА ОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ И УПРАВЛЕНИЕ ОДНОЙ КНОПКОЙ

Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ

Широкое применение в импульсной технике получил триггер на транзисторах. Чаще всего он используется в качестве счётчика и элемента памяти. Кроме того, в различных приборах логическое устройство заменило собой электромеханическое реле. На основе эпитаксиальных транзисторных триггеров создаются микросхемы, без которых невозможна работа любого современного цифрового прибора.

Триггер по своей схемотехнике очень похож на простейшее электронное устройство — мультивибратор. Но в отличие от него, он имеет два устойчивых положения.

Эти состояния обеспечиваются изменениями входного сигнала при достижении им определённого значения. Переход из одного положения в другое называют перебросом.

В результате на выходе логического элемента возникает скачок напряжения, форма которого зависит от скорости процессов, проходящих в радиоприборах. Наибольшее применение получил триггер, работающий на транзисторах. Связанно это со способностью последних работать в ключевом режиме. Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор, имеющий три вывода. Эти электроды называются:. В грубом приближении транзистор представляет собой два диода, объединённых электрической связью.

Состоит он из двух p-n переходов. Название биполярный элемент получил из-за того, что одновременно в нём используются два типа носителей заряда. В триггерных схемах транзистор работает в режиме ключа, суть которого заключается в управлении силой тока коллектора путём изменения значения на базе. При этом коллекторный ток по своей величине превышает базовый. При таком включении важны лишь токи, а напряжения особой роли не играют.

Поэтому при возникновении определённого тока на базе транзистор открывается и пропускает через себя сигнал. Сигнал на коллекторе полупроводникового прибора будет обратным по входному знаку, то есть инвертированным. А значит, когда на базовом выходе будет присутствовать разность потенциалов, на коллекторном она будет равна нулю, и наоборот. Эта способность транзисторов и используется в триггерах, схема которых построена на двух ключах с перекрёстными обратными связями.

Когда используются транзисторные ключи с одинаковой обвязкой, то триггер считается симметричным, в другом же случае — несимметричным. Устойчивые состояния выхода триггера обеспечиваются двумя транзисторными ключами, охваченными положительной обратной связью ПОС.

Такие положения соответствуют состоянию, когда один из транзисторов открыт и находится в режиме насыщения, а второй ключ закрыт. При этом на коллекторе закрытого элемента присутствует разность потенциалов, равная его значению на входе — логическая единица, а на выводе открытого ключа напряжение отсутствует — логический ноль. Биполярные компоненты при таком включении относительно друг друга всегда будут находиться в противоположном состоянии из-за обратной связи. Через неё один из транзисторов закрытый с высоким уровнем напряжения на своём коллекторном выводе обязательно будет поддерживать другой в открытом состоянии.

Если предположить, что после подачи питания на устройство оба транзистора VT1 и VT2 окажутся открытыми, то через время из-за отличия характеристик радиоэлементов, стоящих в их плечах, возникнет перекос в коллекторных токах. А это благодаря ПОС приведёт к закрытию одного из ключей. То есть обратная связь спровоцирует лавинообразный процесс перехода одного транзистора в режим насыщения, а другого в режим отсечки.

Делители, собранные на резисторах R1, R4 и R2, R3, подбираются так, чтобы их коэффициент передачи был меньше единицы. Причём для поддержания уровня сигнала они шунтируются ёмкостью, ускоряющей скорость прохождения лавинообразных процессов и повышающей надёжность состояния.

Таким образом, принцип работы триггера заключается в прохождении следующих процессов. Если на схему подаётся напряжение Ek и Eb, то биполярный ключ VT1 начинает работать в режиме насыщения, а VT2 — отсечки.

Импульс, пришедший на базу VT1, приводит к уменьшению величины тока, протекающего через коллектор и увеличению напряжения на переходе коллектор-эмиттер U1ke. Напряжение через С1 и R4 прикладывается к базе VT2.

Это приводит к увеличению коллекторного тока на втором ключе и уменьшению напряжения на переходе U2ke, передаваемого через C2 и R3 на базу VT1. Итогом этих процессов станет запирание VT1 и отпирание VT2.

Такое состояние останется неизменным, пока на базу VT2 не придёт отрицательный уровень сигнала. Результатом этого будут обратные электрические процессы, и VT1 закроется, а VT2 откроется. Простейшего вида прибор имеет два выхода, находящихся по отношению друг к другу в инверсном состоянии. Важные параметры устройства связаны с синхронизацией тактированием выходов, зависящей от времени предустановки и выдержки.

Первый параметр характеризуется интервалом времени, в течение которого поступает разрешающий фронт синхросигнала, а второй определяется временем нахождения устойчивого состояния в неизменном положении. Ряд других характеристик триггера связывают с сигналом, проходящим через него. К ним относится:. Для работы устройства на вход необходимо подать внешний сигнал, называемый установочным.

Форма напряжения, приводящая к появлению логической единицы на выходе триггера, обозначается латинской буквой S установка , а появлению ноля — R сброс.

Состояние устройства определяется по прямому входу.

Одновременная подача R и S приведёт к неопределённому неустойчивому состоянию.

Такой принцип используется для построения элемента памяти. Поэтому все триггеры классифицируются по способу записи информации на асинхронные и синхронные. Первые разделяются по способу управления, а вторые по виду переключения и могут быть одно- или двухступенчатыми. Устройства, зависящие от уровня сигнала, называются триггерами статического управления, а от фронта — динамического. Наиболее распространёнными видами триггеров являются D и RS схемы.

При этом триггерные устройства разделяются также по числу устойчивых состояний двоичные, троичные, четверичные и т. Одной из простейших в цифровой электронике является схема RS-триггера на транзисторах.

Внешним воздействием на вход прибора можно установить его выход в нужное устойчивое состояние. Схема устройства представляет собой каскады, выполненные на транзисторах. Вход каждого из них подключается к выходу противоположного. Два состояния определяются присутствием на выходе напряжения, а переход между ними происходит с помощью управляющих сигналов.

Работает схема следующим образом. Если в начальный момент времени VT2 будет закрыт, тогда через сопротивление R3 и коллектор будет течь ток, поддерживающий VT1 в режиме насыщения.

Одновременно первый транзистор начнёт шунтировать базу VT2 и резистор R4. Для инверсии сигнала необходимо на вход R или S подать импульс. Особенностью работы устройства является способность удерживать установленное состояние между импульсами R и S, что и используется для создания на нём элементов памяти. На схемах RS-триггер обозначается в виде прямоугольника с подписанными входами S и R, а также возможными состояниями выхода. Прямой подписывается символом Q, а инверсный — Q.

Информация может поступать на входы непрерывным потоком или только при появлении синхроимпульса. В первом случае устройство называют асинхронным, а во втором — синхронным трактируемым. Она наглядно показывает всевозможные комбинации, которые могут возникнуть на выходе прибора.

Такая таблица составляется отдельно для триггера с прямыми входами и инверсными. В первом случае действующий сигнал равен единице, а во втором — нулю. Управление логическими элементами в приборе такого типа осуществляется с помощью входов, которые разделяются на информационные и вспомогательные. Первый фиксирует приходящий импульс и в зависимости от формы переводит триггер в устойчивое то или иное состояние. Вспомогательный вход предназначен для синхронной работы.

Английская буква D в названии обозначает, что устройство является триггером задержки delay. Эта задержка выражается в том, что приходящий импульс подаётся на вход не сразу, а через один такт. Определяет её частота импульсов синхронизации. На схемах D-триггер на транзисторах обозначается также в виде прямоугольника, но входы триггера подписываются как D и C.

Состояние устройства определяется по форме импульса, в частности срезу, приходящему на вход C, и импульсом синхронизации, поступающим на D. Но если на C будут приходить синхроимпульсы, а сигнал на входе D не будет изменяться, то выход останется без изменений. Использование RS и D триггеров достаточно распространено из-за простоты, универсальности и удобства построения на них логических схем.

Эти элементы являются важными составляющими для создания цифровых микросхем, используются в качестве регистров сдвига и хранения. Содержание 1 Устройство триггера 1. Оценок: 3. Принцип работы реле тока и виды устройств. Схема и описание процесса конденсаторной сварки своими руками.

Назначение и функция устройства защитного отключения УЗО. Индуктивность катушки, её назначение, характеристики, формулы. Виды и применение греющего электрического кабеля. Принцип работы тиристора, назначение и схема подключения. Виды, устройство и принцип работы ползункового реостата. Розетка с таймером: инструкция по применению и принцип работы. Инверторный преобразователь напряжения с 12 на вольт. Добавить комментарий. Нажмите, чтобы отменить ответ.

Триггер схема на транзисторах

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Триггер Шмитта — общее представление.

Триггер Шмитта. Подразделы: Простейшая схема компаратора, представленная на рис , имеет два недостатка. При медленно.

Как работает схема триггера на транзисторах

Компаратор изменяет уровень выходного напряжения, когда уровни непрерывно изменяющихся входных сигналов становятся равными. На рисунке Выходное напряжение. Благодаря высокому коэффициенту усиления К компаратор переключается при очень малой разности входных напряжений. Если требуется сравнить по значению достаточно большие входные напряжения разных знаков, применяют схему рисунок Компаратор срабатывает при равенстве нулю потенциала точки а. При этом. Компаратор, уровни включения и выключения которого не совпадают, называют триггером Шмитта пороговым элементом.

4.24. Триггер Шмитта

При V1 закрыт. В исходном состоянии V2 открыт. R2 в цепи базы рассчитывается из условия обеспечения необходимой степени насыщения транзистора V2. В результате V1 будет надежно закрыт падением напряжения на.

Триггер Шмидтта представляет собой логическую схему, которая использует гистерезис для применения положительной обратной связи к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя. Это позволяет выходному сигналу сохранять свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение в самом триггере.

4. Схема, принцип действия и характеристики триггера Шмитта

Фазовая траектория статическая характеристика триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Схемотехнически электронный триггер Шмитта представляет из себя объединение двух устройств: двухпорогового компаратора и явно или неявно присутствующего RS-триггера. Эта же положительная обратная связь организует из того же одного компаратора и неявный RS-триггер. Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления двухуровневого цифрового сигнала, искажённого в линиях связи помехами и искажениями, в фильтрах дребезга контактов , в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования , в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения , в релаксационных автогенераторах. Триггер Шмитта выделяется в семействе электронных триггеров: он имеет один аналоговый вход и один выход с двумя выходными уровнями.

Аналоговый компаратор

Ещё одной бистабильной ячейкой может быть служить несимметричный триггер или триггер Шмитта. В основном он применяется для преобразования синусоидальных, пилообразных линейно-изменяющихся и других колебаний в колебания напряжения прямоугольной формы. Принципиальная схема типового триггера Шмитта представлена на рис. При подключении схемы к источнику постоянного напряжения U ип она самопроизвольно принимает исходное — нулевое состояние: транзистор VT 1 — закрыт и VT 2 — открыт подобно начальному состоянию одновибратора. При этом в схеме протекают четыре постоянных тока I дел1 , I дел2 , I Б2 и I К2 , которые создают на соответствующих резисторах прямо пропорциональные им падения напряжения закон Ома. В результате их действия к базам транзисторов приложены следующие напряжения разности потенциалов :. Это состояние устойчиво, так как нет внутренних причин для его изменения.

Триггер Шмитта при подаче входного напряжения Принцип работы мультивибратора весьма наглядно можно иллюстрировать с.

Тригер Шмитта на транзисторах

В идеальном случае передаточная характеристика триггера Шмитта имеет вид изображённый на рисунке выше. После этого напряжение на входе может изменяться в некоторых пределах, но на выходе останется постоянным и равным рабочему напряжению Е1. Чтобы вернуть триггер Шмитта в исходное состояние, необходимо, чтобы напряжение на входе уменьшилось до некоторого уровня, называемого порогом отпускания триггера. Величины напряжений пороговых уровней срабатывания и отпускания триггера полностью определяются элементами электронной схемы данного типа триггера.

Триггер Шмитта принцип действия

Регенерация цифрового сигнала Триггер Шмитта Микросхемы соединяются между собой печатными проводниками или плоскими кабелями. При распространении цифрового сигнала по этим проводникам он неизбежно искажается. В основном это выражается в затягивании фронтов и поэтому на приёмном конце его приходится восстанавливать. Кроме того, часто приходится подавать на вход цифрового устройства обычные аналоговые сигналы например, с выхода приёмника. Как видно из приведённого рисунка, сигнал на входе микросхемы может принимать любые значения, в том числе и запрещённые для цифровых микросхем.

Делая радиоуправляемое реле натолкнулся на такую проблему.

Принцип работы триггера Шмитта на ОУ

Компьютерные сети Системное программное обеспечение Информационные технологии Программирование. Все о программировании Обучение Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации Главная Тексты статей Добавить статьи Контакты Принцип работы триггера Шмитта Дата добавления: ; просмотров: ; Нарушение авторских прав. Работа триггера заключается в следующем. Благодаря делителю R 1 , R 2 , высокое коллекторное напряжение U к1 создает базовый ток i б2 , достаточный для насыщения транзистора VT 2. Выходной транзистор VT 2 выйдет из насыщения и снизит ток, проте-кающий через R E. Значение U x2 называеться порогом отпускания. Разность между порогом срабатывания и порогом отпускания определяет ширину гистерезиса схемы.

Триггер Шмитта на транзисторах

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.

Триггер Шмитта

Три́ггер Шми́тта — двухпозиционный релейный (переключающий) элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности — петлю гистерезиса.

Петля гистерезиса идеального триггера Шмитта с равными по модулю порогами переключения−T,T{\displaystyle -T,\ T}

и равными по модулю выходными сигналами−M,M{\displaystyle -M,\ M}

. При входном сигнале, находящемся между порогами переключения, выходной сигнал триггера Шмитта определяется предысторией.

В узком смысле триггер Шмитта — электронное устройство, в более широком смысле — любой переключающий элемент с гистерезисом, реализованный на любых физических принципах — электромеханические устройства, пневматические, чисто механические.

Фазовая траектория (статическая характеристика) триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики при входном сигнале, величина которого находится между порогами переключения, позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры, обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности (состояние хранения записанной информации) определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.

Схемотехнически электронный триггер Шмитта представляет собой объединение двух устройств: двухпорогового компаратора и явно или неявно присутствующего RS-триггера.

В реализации, называемой «прецизионный триггер Шмитта» или, иногда, называемый более длинно — «прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером», двухпороговый компаратор и RS-триггер присутствуют явно, причём двухпороговый компаратор выполнен в виде двух однопороговых компараторов с разными порогами^.

В иной реализации, называемой «Триггер Шмитта с обратной связью» или «Компаратор с гистерезисом», двухпороговый компаратор схемно образуется из однопорогового компаратора с переключаемой посредством положительной обратной связи порогом, причём в одном состоянии компаратора формируется уровень верхнего порога переключения, а в другом — уровень нижнего порога переключения. Эта же положительная обратная связь организует из того же одного компаратора и неявный RS-триггер.

Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления двухуровневого цифрового сигнала, искажённого в линиях связи помехами и искажениями, в фильтрах дребезга контактов, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения, в релаксационных автогенераторах. Триггер Шмитта выделяется в семействе электронных триггеров: он имеет один аналоговый вход и один выход с двумя выходными уровнями.

Существуют электромеханические и механические устройства с гистерезисом, по сути являющиеся функциональными аналогами триггера Шмитта, образуемым механически перемещаемыми деталями. Например, обычное электромеханическое реле является неэлектронным функциональным аналогом триггера Шмитта. Такие триггеры применяются в регуляторах температуры холодильников различных электронагревательных приборов (утюгов, масляных обогревателей, в стабилизаторах давления компрессоров и т. п.), в автоматическом оружии.

• 1История
• 2Варианты реализации триггера
  • 2.1Прецизионный триггер Шмитта
  • 2.2Триггер Шмитта с обратной связью
• 3Варианты исполнения триггеров Шмитта
  • 3.1Прецизионный триггер Шмитта
  • 3.2Программная реализация триггера Шмитта
  • 3.3Триггер Шмитта с обратной связью на аналоговый вход
    • 3. 3.1На аналоговых элементах
    • 3.3.2На цифровых логических элементах
• 4Применение триггера Шмитта
  • 4.1Для восстановления искажённого при передаче двухуровневого сигнала
  • 4.2В фильтрах дребезга электромеханических ключей
  • 4.3В ключевых стабилизаторах напряжения на триггере Шмитта
  • 4.4Электромагнитное реле, используемое как триггер Шмитта в разных регуляторах
    • 4.4.1В автомобильных ключевых стабилизаторах напряжения генератора
    • 4.4.2В различных терморегуляторах
      • 4.4.2.1В терморегуляторах холодильников
      • 4.4.2.2Другие применения в качестве терморегуляторов
• 5См. также
• 6Литература
• 7Ссылки

Электронный триггер Шмитта, реализованный на электровакуумных триодах, изобрёл американский биофизик и инженер Отто Герберт Шмитт в 1934 году, будучи в то время студентом-практикантом. В 1937 году Шмитт описал его в своей докторской диссертации под названием «термионный триггер», написанной им по результатам изучения распространения нервных импульсов в нервной системе кальмаров^.

Прецизионный триггер Шмитта

Триггер Шмитта представляет собой RS-триггер, управляемый одним входным аналоговым сигналом, с двумя разными напряжениями переключения в два различных состояния. Прецизионным его называют потому, что пороги переключения задаются независимо и точность этих порогов зависит только от точности порогов переключения входных одновходовых компараторов. Обычно состояния выходного сигнала триггера обозначаются символами «0» и «1», причём, напряжение переключения в «1» выше напряжения переключения в «0». При входном напряжении находящемся между напряжениями переключения триггер Шмитта находится в состоянии хранения ранее записанной в него информации и его выходной сигнал определяется предысторией изменения входного сигнала.

Триггеры Шмитта с RS-триггером не имеют обратной связи с выхода на аналоговый вход. Они состоят из двухпорогового компаратора, в котором сравниваются два раздельно устанавливаемых напряжения порогов переключения с входным сигналом. Переключение триггера в состояние «0» и в состояние «1» происходит от выходных сигналов однопороговых компараторов, которые подаются на асинхронные входы установки и сброса S и R RS-триггера^.

Триггер Шмитта с обратной связью

Триггер Шмитта на компараторе с положительной обратной связью.
A{\displaystyle A} — однопороговый компаратор с ограниченными на уровнеU+,U−{\displaystyle U_{+},\ U_{-}} выходными напряжениями в двух разных состояниях;
B{\displaystyle B} — делитель напряжения в петле положительной обратной связи.

В вариантах триггера с обратной связью, обратная связь используется и для переключения напряжения порога сравнения в обычном компараторе, который имеет порог переключения равным нулю, превращая его одновременно в двухпороговый компаратор с разными порогами и в RS-триггер на одном и том же однопороговом компараторе. При высоком напряженииU+{\displaystyle U_{+}} (состояние логической «1») на выходе компаратора, обратная связь снижает напряжение порога переключения по входу Input, так как суммируется входным сумматором с входным сигналом, для того, чтобы напряжение на входе компаратора, равное выходному напряжению сумматора, стало равным нулю, входное напряжение должно стать отрицательным и равным по модулю выходному напряжению компаратора, находящегося в состоянии логической «1». Соответственно, при низком напряжении на выходе компаратораU−{\displaystyle U_{-}} (состояние логического «0») на выходе компаратора обратная связь увеличивает напряжение порога переключения.

В такой структуре затруднены раздельная и независимая установка порогов срабатывания^{. Кроме того, при входном напряжении, значение которого лежит между порогами переключения, то есть в зоне неоднозначности, принудительная установка триггера в заданное состояние требует применения дополнительных компонентов.}

Прецизионный триггер Шмитта

Триггер Шмитта с асинхронным RS-триггером и двумя однопороговыми компараторами

Прецизионный триггер Шмитта, иногда более длинно называемый «прецизионным триггером Шмитта с RS-триггером», состоит из двухпорогового компаратора, выполненного на двух обычных компараторах с двухуровневым выходом (двоичным выходом), который делит весь диапазон входных напряжений на три части — первый — ниже нижнего порога, второй — между порогами и третий — выше верхнего порога, и RS-триггера, переключение которого происходит при выходе входного напряжения из второго диапазона — между нижним и верхним порогами переключения^.

Существует ряд микросхем разных изготовителей, содержащих в себе два аналоговых однопороговых компаратора и логические вентили для организации внешними перемычками между выводами в микросхеме встроенного RS-триггера, например, микросхема NE521^.

Другая популярная микросхема, интегральный таймер 555, также выпускаемый очень многими изготовителями микросхем (отечественные аналоги микросхемы — КР1006ВИ1, КР1008ВИ1), содержит в себе все элементы прецизионного триггера Шмитта. Так, при объединении входов микросхемы «THRES» и «TRIG» будет выполнять функцию инвертирующего триггера Шмитта. Недостаток этой микросхемы в случае применения её в качестве триггера Шмитта — невозможность произвольного задания порогов переключения, которые жестко определяются внутренним резистивным делителем напряжения и составляют приблизительно треть от напряжения питания микросхемы для нижнего порога переключения и 2/3 для верхнего порога переключения.

Прецизионный триггер Шмитта удобен для построения схем двухпозиционных ключевых стабилизаторов напряжения, температуры, уровня жидкости, оборотов двигателей, реле-регуляторов и др.

Электромеханическим аналогом прецизионного триггера Шмитта с ключевым исполнительным элементом является электромеханическое реле.

Другими электромеханическими или механическими аналогами прецизионного триггера Шмитта являются переключатели с тремя положениями рычага управления и с двумя выходными состояниями, в которых рычаг управления в состоянии хранения записанной в RS-триггер информации находится в среднем положении, а переключение происходит только при отклонении рычага управления от среднего положения. Например, джойстик в некоторых мобильных телефонах.

Программная реализация триггера Шмитта

В «программном прецизионном триггере Шмитта» двумя однопороговыми компараторами являются два оператора ЕСЛИ-ТО, а состояние RS-триггера хранит некоторая переменная, например, нулевой разряд (бит) целой переменной, или некоторая булевая переменная, принимающая значения «ЛОЖЬ» и «ИСТИНА».

При логических элементах с одинаковыми временами задержки любой аппаратный триггер Шмитта имеет значительно большее быстродействие (t_{задержки} ≈ 3dt, где dt — время задержки в одном логическом вентиле), чем программный. Кроме этого, в аппаратном триггере Шмитта процесс сравнения происходит одновременно по двум цепочкам двумя компараторами параллельно, а в программном триггере Шмитта в однопоточных процессорах две операции сравнения с двумя порогами происходят последовательно. Время исполнения кода программного триггера Шмитта несколько увеличивается, если язык программирования не поддерживает безусловный переход на метку, в этом случае с данными Вход < Нижний_порог исполняется второй оператор сравнения. Если язык программирования поддерживает безусловный переход, то в случаях при Вход < Нижний_порог обходятся проходы второго оператора ЕСЛИ, как показано в примере псевдокода.

Пример псевдокода неинвертирующего триггера Шмитта:

Триггер Шмитта с обратной связью на аналоговый вход

На аналоговых элементах

Неинвертирующий эмиттерно-связанный триггер Шмитта на дифференциальном усилителе^.

Пример реализации триггера Шмитта на двух транзисторах приведён на рисунке. В этой схеме каскад на транзисторе T1 является простейшим компаратором. Положительная обратная связь осуществляется с эмиттера второго транзистора на эмиттер первого транзистора, для сигнала обратной связи первый транзистор работает в режиме с общей базой.

В современной аналоговой схемотехнике триггеры Шмитта обычно выполняются на операционном усилителе в режиме компаратора, охваченного резистивной положительной обратной связью, двухуровневый выходной сигнал которого, по этой же обратной связи, с некоторым запаздыванием, определяемым сопротивлением резистора обратной связи и распределённой и паразитной входной ёмкостью компаратора, изменяет напряжение сравнения компаратора. В результате этого для входного напряжения компаратор становится двухпороговым, с двумя разными входными напряжениями переключения в два состояния. Благодаря положительной обратной связи в статической характеристике устройства формируется петля гистерезиса, то есть устройство приобретает свойства триггера.

В триггере Шмитта с обратной связью после переключения триггера существует интервал, на котором действует предыдущее значение напряжения сравнения до прихода сигнала переключения напряжения сравнения по цепи обратной связи. Если на этом интервале произойдёт внезапное изменение входного сигнала в противоположную сторону, то триггер переключится по предыдущему напряжению сравнения, то есть преждевременно.

На цифровых логических элементах

Основная статья: Триггер Шмитта на цифровых логических элементах

Триггер Шмитта, выполненный на логических элементах «НЕ»

Простейшая реализация триггера Шмитта на цифровых логических элементах в качестве аналоговых инвертирующих усилителей — это два последовательно включенных логических инвертора, которые в таком включении образуют аналоговый однопороговый компаратор с порогом переключения приблизительно равным половинному напряжению питания. Образованный двумя элементами компаратор охвачен резистивной обратной связью, выходной сигнал которого через обратную связь изменяет пороговое напряжение переключения для входного сигнала.

Длительность фронта и скорость нарастания выходного сигнала этого устройства не зависит от скорости нарастания входного сигнала и является величиной постоянной, зависящей от быстродействия логических вентилей.

Использование логических вентилей в качестве аналогового компаратора ухудшает точность, стабильность и воспроизводимость порогов переключения, а резистивная обратная связь совместно с паразитными и входной ёмкостями несколько уменьшает быстродействие устройства.

Для восстановления искажённого при передаче двухуровневого сигнала

Сравнение работы однопорогового компаратора и двухпорогового триггера Шмитта для восстановления искажённого в линии передачи двухуровневого двоичного сигнала.
U — входной искажённый сигнал, красной пунктирной линией показан порог переключения однопорогового компаратора, зелёными пунктирными линиями пороги переключения триггера Шмитта;
A — выходной сигнал компаратора;
B — выходной сигнал триггера Шмитта.

Принцип восстановления искажённого двухуровневого сигнала показан на рисунке. Предположим, что высокий уровень сигнала кодирует логическую «1», низкий уровень — логический «0». Допустим, неискажённое напряжение логической «1» немного превышает верхний порог триггера Шмитта, но при искажении в линии от помех верхний уровень на конце линии колеблется. Пусть в линию передаётся только логическая «1», если напряжение на выходе линии снизится от воздействия помехи ниже порога переключения компаратора, то на выходе компаратора возникнут ложные значения, отвечающие логическому «0».

На выходе же триггера Шмитта ложные логические «0» при передаваемой логической «1» появятся только в том случае, если уровень сигнала на выходе канала передачи опустится ниже нижнего порога переключения триггера Шмитта. Аналогично действует защита от помех при передаче логического «0».

Должным выбором уровней сигнала и порогов переключения при априорно известном уровне помех в канале передачи удаётся существенно снизить вероятность искажения передаваемой информации.

В фильтрах дребезга электромеханических ключей

Фильтр защиты от дребезга контактов на инвертирующем триггере Шмитта и временны́е диаграммы его работы.
TH{\displaystyle T_{H}} — Верхний порог переключения триггера.
TL{\displaystyle T_{L}} — Нижний порог переключения триггера.
TB{\displaystyle T_{B}} — Время затухания дребезга контактов кнопки.
UC{\displaystyle U_{C}} — Напряжение на конденсаторе.
Ucc{\displaystyle U_{cc}} — Напряжение питания.
SW{\displaystyle SW} — Кнопка.

При замыкании контактов у электромеханических коммутирующих устройств — переключателей, кнопок, электромагнитных реле и др. возникает дребезг контактов — многократные неконтролируемые замыкания и размыкания цепи, вызванные подпрыгиванием контактов при соударениях. Во многих случаях дребезг некритичен, например, в выключателях электропитания, но во многих цифровых устройствах дребезг недопустим, так как может вызывать многократные нежелательные переключения состояний триггеров цифрового устройства.

Для исключения вредного эффекта дребезга в таких устройствах применяют различные фильтры дребезга. Один из вариантов такого фильтра с инвертирующим триггером Шмитта и фильтром нижних частот (ФНЧ) на его входе приведен на рисунке.

При ненажатой кнопкеSW{\displaystyle SW} напряжение на конденсатореC{\displaystyle C} примерно равно напряжению питания, поэтому напряжениеUC{\displaystyle U_{C}} на входе триггера превышает его верхний порог, и, так как триггер инвертирующий, на его выходеUout{\displaystyle U_{out}} будет низкое напряжение, близкое к напряжению «земли», или состояние логического «0».

При нажатии на кнопку конденсатор очень быстро разрядится до нулевого напряжения, на входе триггера напряжение станет ниже нижнего порога переключенияTL{\displaystyle T_{L}} и на выходе триггера установится напряжения близкое к напряжению питания — состояние логической «1».

Постоянная времениT=RC{\displaystyle T=RC}RC{\displaystyle RC}-цепи выбрана заведомо больше времени успокоения дребезгаTB{\displaystyle T_{B}}, поэтому конденсатор во время дребезга, когда цепь кнопки кратковременно размыкается, не успевает зарядиться до нижнего порога переключения триггера и на выходе триггера удерживается стабильное состояние логической «1».

После отпускания кнопки конденсатор через резистор постепенно заряжается, и при достижении напряжения на нём выше верхнего порога переключения триггера выход триггера переходит в состояние логического «0».

В ключевых стабилизаторах напряжения на триггере Шмитта

В ключевых стабилизаторах напряжения с управлением ключом от триггера Шмитта используется гистерезисные свойства триггера Шмитта — при превышении выходным напряжением стабилизатора выше верхнего порога переключения триггера, триггер размыкает электронный ключ, что вызывают постепенное, за счёт конденсатора выходного фильтра снижение выходного напряжения, после достижения выходным напряжением нижнего порога переключения триггер переключается и снова замыкает ключ. Далее процесс повторяется. При этом периодическом процессе выходное напряжение колеблется между порогами переключения триггера Шмитта^.

Электромагнитное реле, используемое как триггер Шмитта в разных регуляторах

Электромеханические реле являются триггером Шмитта с ключевым исполнительным элементом.

Обычное электромагнитное реле обладает петлёй гистерезиса в координатах ток обмотки реле — его состояние так как ток срабатывания реле всегда превышает ток удержания, поэтому в диапазоне токов обмотки между током срабатывания и тока удержания имеется неоднозначность состояния реле, в этом диапазоне состояние реле зависит от предыстории.

Электромагнит реле вместе с подвижным якорем являются по сути двухпороговым компаратором, который делит весь диапазон токов обмотки реле на три поддиапазона: ток ниже тока отпускания, ток выше тока удержания, но ниже тока срабатывания — аналог состояние хранения двоичного RS-триггера, и ток выше тока срабатывания.

Контактные группы реле являются ключом, имеющим два устойчивых состояния: «контакты разомкнуты» и «контакты замкнуты».

Фактически реле содержит в себе все функциональные элементы ключевого стабилизатора (регулятора) напряжения на триггере Шмитта: RS-триггер и ключевой переключатель, поэтому оно часто применяется в различных устройствах, называемых реле-регуляторами, причем такие регуляторы пригодны для двухпозиционного регулирования величин различной физической природы, например, температуры, давления и др.

В автомобильных ключевых стабилизаторах напряжения генератора

В автомобильных генераторах постоянного тока, в ключевых стабилизаторах напряжения с триггером Шмитта, реле является и прецизионным триггером Шмитта и ключевым управляющим элементом, шунтирующим дополнительное последовательное сопротивление в обмотке возбуждения генератора, а генератор является объектом управления.

В автомобильных генераторах переменного тока, в ключевых стабилизаторах напряжения на триггере Шмитта.

В различных терморегуляторах

В терморегуляторах холодильников

В механическом регуляторе-стабилизаторе температуры давление газа внутри термодатчика сильфонного типа поступает на пневмомеханический двухпороговый компаратор с перенастраивымым порогом срабатывания.

Пневмомеханический двухпороговый компаратор делит весь диапазон входных давлений газа внутри термодатчика сильфонного типа на три поддиапазона: давление включения, давление удержания включенного состояния и давление отключения. Давление удержания является состоянием хранения записанной в механический RS-триггер информации.

Пневмомеханический двухпороговый компаратор переключает и механический RS-триггер и порог срабатывания пневмомеханического двухпорогового компаратора. Механический RS-триггер управляет электрическим выключателем, контакты которого включают и выключают электродвигатель компрессора, либо нагревательный элемент в холодильниках абсорбционного типа.

Таким образом, механический терморегулятор холодильника является электромеханическим стабилизатором температуры с механическим триггером Шмитта с переключаемым порогом срабатывания и с контактной группой работающей как ключ и работает подобно ключевому стабилизатору напряжения на триггере Шмитта.

Другие применения в качестве терморегуляторов

Также электромеханические аналоги триггера Шмитта используются в терморегуляторах электрических утюгов, духовых кухонных шкафов, электроплит и электропечей, в биметаллических реле регуляторов температуры, например, бытовых отопительных котлов, в терморегуляторах бойлеров и электрических чайников с функцией бойлера.

• Триггер
• Компаратор
• Дифференциальный усилитель
• Троичные функции
• Компаратор с гистерезисом
• Стабилизатор напряжения c триггером Шмитта

• Калабеков Б. А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы — М.: Телеком, 2000 г.
• Потёмкин И. С. Функциональные узлы цифровой автоматики — М.: Энергоатомиздат, 1988 г., c. 166—206.
• Мартынов Д. В. Методические указания к лабораторной работе 1 —РГУ НиГ, 2000 г., с. 1—15

4. Otto H. Schmitt A Thermionic Trigger. Journal of Scientific Instruments 15 (January 1938): 24-26.

6.2.3. Триггер Шмитта

Триггеры Шмитта представляют собой специфические логические элементы, специально рассчитанные на работу с входными аналоговыми сигналами. Они предназначены для преобразования входных аналоговых сигналов в выходные цифровые сигналы. Появление таких микросхем связано в первую очередь с необходимостью восстановления формы цифровых сигналов, искаженных в результате прохождения по линиям связи. Фронты таких сигналов оказываются пологими, в результате чего форма сигналов вместо прямоугольной может стать близкой к треугольной или синусоидальной. К тому же сигналы, передаваемые на большие расстояния, сильно искажаются шумами и помехами. Восстановить их форму в исходном виде, устранить влияние помех и шумов как раз и призваны триггеры Шмитта.

Триггер Шмитта относится к несимметричным триггерам и предназначен для формирования из входного непрерывно меняющегося сигнала выходного импульсного, имеющего два уровня: уровень лог. «0» и уровень лог. «1».

Передаточная характеристика не инвертирующего триггера Шмитта представлена на рис. 6.15.

Рис. 6.15. Передаточная характеристика триггера Шмитта

Как видно из рис. 6.15, триггер Шмитта имеет петлю гистерезиса, обусловленную наличием положительной обратной связи. Простейший вариант построения триггера Шмитта на ЛЭ приведен на рис. 6.16

Рис. 6.16. Схема триггера Шмитта

Резистор R1 обеспечивает положительную обратную связь. Ширина петли гистерезиса определяется отношением сопротивлений резисторов и разностью напряжений .

Поскольку триггеры Шмитта относятся к очень часто используемым элементам, разработано и выпускается ряд микросхем – триггеров Шмитта, например, К555ТЛ1, К555ТЛ2, К555ТЛ3. Условное схемное обозначение триггера Шмитта с инверсией приведено на рис. 6.17.

На рис. 6.18 в качестве примера приведена схема автоколебательного мультивибратора с использованием триггера Шмитта.

Рис. 6.17. Условное схемное обозначение триггера Шмитта

Рис. 6.18. Автоколебательный мультивибратор

Как видно из схемы, она существенно проще ранее рассмотренных. Сопротивление резистора R1 выбирается из соображений:

.

Частоту следования импульсов примерно можно определить по формуле:

.

В момент включения конденсатор С1 разряжен и на выходе мультивибратора установлен высокий уровень. После заряда С1 через резистор R1 и входным током триггера до напряжения на выходе мультивибратора устанавливается низкий уровень и конденсатор начинает разряжаться через резистор R1 до достижения напряжением на входе значения , после чего на выходе устанавливается высокий уровень и процесс повторяется. Форма сигнала на входе мультивибратора близка к треугольной размахом , причем в виду того, что величины пороговых напряжений смещены ближе к напряжению лог. «0», конденсатор разряжается примерно в полтора раза дольше, чем заряжается.

Компаратор — это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть U_вх — анализируемый сигнал и U_оп — опорный сигнал сравнения, а выходной U_вых — дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор — это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.

Неопределенность состояния выхода компаратора при нулевой разности входных сигналов нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления, либо петлю гистерезиса (рис. 6.19).

Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину |U¹_вых — U⁰_вых| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления (диаграмма 1 на рис. 6.20) при полном

отсутствии шумов во входном сигнале. Такую характеристику можно имитировать

двумя способами — или просто использовать усилитель с очень большим

коэффициентом усиления, или ввести положительную обратную связь.

Рассмотрим первый путь. Как бы велико усиление не было, при U_вх близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 6.20а. Это приведет к двум нежелательным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении U_вх выходной сигнал также будет изменяться замедленно, что плохо отразится на работе последующих

Рис. 6.19. Характеристики компараторов

Рис. 6.20. Процессы переключения компараторов

логических схем (диаграмма 2 на рис. 6.20). Еще хуже то, что при таком медленном изменении Uвх около нуля выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием помех (так называемый «джиттер», диаграмма 3). Это приведет к ложным срабатываниям в логических элементах. Для устранения этого явления обычно вводят положительную обратную связь, которая обеспечивает переходной характеристике компаратора гистерезис (рис. 6.20б), т. е. превращают его в триггер Шмитта. Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (диаграмма 4 на рис. 6.20), но существенно уменьшает или даже устраняет джиттер U_вых.

В качестве компаратора может быть использован операционный усилитель (ОУ) так, как это показано на рис. 6.21. Усилитель включен по схеме инвертирующего сумматора, однако, вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD₁ и диод VD₂.

Рис. 6.21. Операционный усилитель в качестве компаратора

Пусть R₁ = R₂. Если U_вх — U_оп > 0, то диод VD₂ открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При

U_вх — U_оп < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации U_ст. Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных микросхем (ИМС), входы которых подключены к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причем в обоих усилитель работает в линейном режиме. Многие типы ОУ не допускают сколько-нибудь существенное входное дифференциальное напряжение. Включение по схеме на рис. 6.21 обеспечивает работу ОУ в режиме компаратора практически с нулевыми дифференциальными и синфазными входными напряжениями. Недостатком данной схемы является относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью частотной коррекции, так как ОУ работает в линейном режиме со 100%-ной обратной связью. Используя для построения компаратора обычные ОУ, трудно получить время переключения менее 1 мкс, поэтому чаще используют специализированные микросхемы.

Перечислим некоторые особенности компараторов по сравнению с ОУ.

Несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них почти никогда не используют отрицательную обратную связь, так как в этом случае весьма вероятно (а при наличии внутреннего гистерезиса — гарантировано) самовозбуждение компараторов.

В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы.

Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов.

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

Основным динамическим параметром компаратора является время переключения t_п. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения U_вх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения U_вх над опорным напряжением. Время переключения компаратора t_п можно разбить на две составляющие: время задержки t_з и время нарастания до порога срабатывания логической схемы t_н. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

Триггер Шмитта

: схемы, работа и применение Триггер Шмитта

, первоначально известный как термоэлектронный триггер, существует уже несколько десятилетий. До сих пор он способствовал революционным технологическим достижениям, таким как отслеживание переключения между двумя состояниями напряжения. Это компаратор или дифференциальный усилитель с дополнительным гистерезисом для обеспечения помехоустойчивости. Но даже без гистерезиса он может действовать исключительно как компаратор, формирующий чистые цифровые импульсы.

Сегодня мы разработаем схему триггера Шмитта, а затем объясним, как она работает. Кроме того, мы выделим несколько областей, в которых можно применить схему триггера Шмитта.

1. Что такое триггер Шмитта?

Вкратце, это регенеративный компаратор. Он использует положительную обратную связь для реализации напряжения гистерезиса или изменения синусоидального входа на прямоугольный выходной сигнал. Часто выходное напряжение триггера Шмитта действует как опорное напряжение входных сигналов. Он предназначен для преобразования шума из формы аналогового входного сигнала в цифровой сигнал.

Триггер Шмитта также может быть бистабильной схемой. Бистабильная схема имеет устойчивые колебания высокого и низкого выходного напряжения, как только вход достигает желаемого порогового уровня.

2. Типы триггеров Шмитта

Несомненно, существует несколько логических интегральных схем, одним из компонентов которых является триггер Шмитта. Однако в нашем случае нас будет интересовать самодельный триггер Шмитта, который у нас будет.

Типы включают;

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

Дальнейшее объяснение вышеперечисленных типов приведено в общей схеме триггеров Шмитта.

3.Как работает триггер Шмитта?

Триггер Шмитта использует концепцию положительной обратной связи для достижения своей работы. Другими словами, он возьмет выходной образец, а затем отправит его обратно в источник ввода. Таким образом, на выходе будет усиление.

(объяснение положительного отзыва).

Усиление помогает настроить выход компаратора на свое состояние по желанию. Кроме того, он обеспечивает постоянство состояния на заданном уровне.

4. Общие схемы триггеров Шмитта

Триггер Шмитта с использованием транзисторов

Мы будем использовать два транзистора (основные компоненты) и другие основные внешние компоненты для этой схемы триггера Шмитта для создания блок-схемы.

Работа схемы

Во-первых, T1 не будет работать, когда VIN (входное напряжение) равно 0 В. С другой стороны, Vref (опорное напряжение) имеет 1,98 В, что позволяет T2 работать.

Далее, когда мы перейдем к узлу B, мы можем рассматривать схему как делитель напряжения, а затем использовать приведенные ниже формулы для расчета напряжения со значениями компонентов;

VIN = 0 В, Vref = 5 В

Va = (Ra + Rb/Ra + Rb + R1) x Vref

Vb = (Rb/Rb + R1 + Ra) x Vref

Как мы уже отмечали, 1,98 проводящее напряжение T2 низкое. Кроме того, базовое напряжение на выводе транзистора составляет 1,28 В, что выше, чем напряжение на выводе эмиттера транзистора на 0,7 В.

Таким образом, увеличение входного напряжения схемы может пересечь значение T1 и сделать ее проводящей. Впоследствии это приведет к падению базового напряжения T2. Более короткий период проводимости транзистора T2 увеличивает выходное напряжение.

Триггер Шмитта на транзисторах

Далее начнет отказывать схема входного напряжения на базовом напряжении Т1 терминала. При этом напряжение на базовой клемме превысит 0,7 В от эмиттерной клеммы транзистора, что приведет к деактивации транзистора.

Вся процедура зависит от тока эмиттера, отказывающегося от точки, в которой транзистор находит режим прямой активности. Позже возрастут как базовое напряжение на выводе T2, так и напряжение коллектора.

Однако иногда через T2 будет протекать небольшой ток, который может отключить T1 и понизить напряжение на эмиттере. При таких обстоятельствах вы снизите входное напряжение схемы примерно до 1,3 В, чтобы деактивировать T1.

Наконец, у вас будет два пороговых напряжения на 1,3 В и 1,9V. 

Схемы запуска Шмитта на основе операционных усилителей

Схемы запуска Шмитта на основе операционных усилителей состоят из двух основных частей; неинвертирующий вход и инвертирующий триггеры Шмитта.

Схема инвертирующего триггера Шмитта

Для инвертирующего входа триггера Шмитта вы примените инвертирующий вывод операционного усилителя (ОУ). Кроме того, выходной сигнал, генерируемый инвертирующим режимом, имеет противоположную полярность, и вам необходимо применить его к неинвертирующему терминалу, чтобы получить положительную обратную связь.

Схема инвертирующего триггера Шмитта

Пояснение и формула схемы инвертирующего триггера Шмитта выше;

VREF меньше, чем VIN, что приводит к выходу компаратора -VSAT. Наоборот, если -VREF немного больше, чем VIN (более отрицательное), на выходе будет VSAT. Следовательно, Vo (выходное напряжение компаратора) будет либо -VSAT, либо VSAT. Но вам придется контролировать входные напряжения схемы с помощью R2 или R1, чтобы регулировать изменения состояния схемы.

Значения -VREF и формулы VREF;

1. V _ref = (V _O * R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

2. V _O = V _SAT , поэтому

2 9000 2

_{. 3. V Ref = (V SAT * R 2 ) / (R 1 + R 2 )}

4. -V _Ref = (V _O * R ₂ ) / (Р ₁  + Р ₂ ) 

5. В _О = -v _SAT Следовательно,

6. -v _Ref = (-v _SAT * R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

Иногда, вы найдите VREF, называемое верхним пороговым напряжением (VUT), тогда как -VREF является нижним пороговым напряжением (VLT).

Схема неинвертирующего триггера Шмитта

Во втором режиме схемы триггера Шмитта на основе операционного усилителя вы подаете входное напряжение схемы на неинвертирующий вход операционного усилителя. После этого эмиттерный резистор R1 позволит выходному напряжению вернуться на неинвертирующую клеммную цепь.

Схема неинвертирующего триггера Шмитта 

Допустим, выходное напряжение вначале было на уровне VSAT. Выходное напряжение будет на том же уровне насыщения, пока VLT выше, чем VIN. Если позже входное напряжение схемы превысит нижний пороговый уровень напряжения, то состояние выхода изменится на -VSAT. Вы также можете последовательно изменять напряжение смещения, чтобы получить желаемые значения опорного напряжения.

Наконец, выход будет постоянным в состоянии -VSAT, пока входное напряжение схемы не поднимется выше верхнего порогового напряжения.

5. Применение триггеров Шмитта

Вы найдете схему триггеров Шмитта в нескольких приложениях, таких как;

• Во-первых, в цепи устранения дребезга переключателя.
• Затем можно использовать триггеры Шмитта для реализации генератора релаксации, особенно в схемах с обратной связью -ve.
• Также их можно использовать в функциональных генераторах и источниках питания.
• Кроме того, схема триггера изменяет синусоидальную волну на прямоугольную.
• Наконец, вы можете включить их в цифровые схемы в качестве преобразователя сигнала, чтобы помочь в удалении сигнальных цепей.

Обобщить

Подводя итог, сегодняшняя статья дает подробное представление о триггерах Шмитта, их работе, базовой структуре схемы, а также некоторых приложениях.

Даже при высокой эффективности триггера лучше иметь некоторые превентивные меры, такие как. Ввод операционного усилителя в рельсы. Энергопотребление будет больше, а значит, вам понадобится мощный источник. Несмотря на ограничение, вы избавитесь от шумных сигналов и уменьшите количество множественных выходных переходов.

Проблемы с настройкой схемы или зависание в проекте? Свяжитесь с нами для более подробной информации.

Триггер Шмитта и принцип его работы

---

» Перейти к дополнительным материалам

Триггер Шмитта — одна из наиболее широко используемых схем в электронной промышленности. Если вам нужно убрать зашумленный сигнал, уловить медленное нарастание напряжения в определенных точках или устранить нежелательные срабатывания в цепи повторителя линии вашего робота, то триггер Шмитта — правильный инструмент для этой работы.

Посмотрите на Рисунок 1 , и вы увидите простую схему триггера Шмитта.

Рисунок 1.

---

Преимущество схем триггера Шмитта заключается в том, что вы можете установить две точки триггера по уровню напряжения, каждую из которых можно выбрать, просто изменив несколько номиналов резисторов.

В Рисунок 1 комбинация резисторов R1, R2 и R3 устанавливает верхнюю точку срабатывания (UTP) и нижнюю точку срабатывания (LTP). Обратите внимание также на Рисунок 1 видно, что комбинация резисторов R1 и R2 образует простую схему делителя напряжения.

Предположим, что уровень входного напряжения на инвертирующей клемме (контакт 4) в Рисунок 1 равен 0 В. Это означает, что выходное напряжение (контакт 2) составляет +5 вольт. Помните, я говорил, что резисторы R1 и R2 в рис. 1 образуют цепь делителя напряжения? Что ж, с выходом +5 В, R3 (на выводе 2) «видит» 5 В и технически параллелен R1.

Если мы используем формулу делителя напряжения, мы можем рассчитать UTP, как показано:

Теперь, когда UTP установлен на 1,88 В, напряжение входного сигнала должно подняться выше этой точки, чтобы выходное напряжение компаратора колебалось до противоположного уровня (ноль вольт).

Итак, что происходит, когда входной сигнал превышает 1,88 В, а выходной сигнал становится низким? Что ж, R3 теперь видит 0 В на контакте 2, и он по существу привязан к земле. Это, в свою очередь, делает R2 параллельным с R3. Снова используем формулу схемы делителя напряжения для определения LTP:

LTP установлен на 0,94 В. Теперь любое напряжение сигнала, подаваемое на инвертирующую входную клемму (вывод 4), должно упасть ниже 0,94 В, прежде чем выход компаратора изменит свое направление (+5 В). Обратите внимание — и это важно — как уровень выходного напряжения компаратора (0 В или 5 В) определяет, какой резистор (R1 или R2) подключен параллельно R3. Это дает схеме триггера Шмитта возможность блокировать либо UTP, либо LTP, просто подключив R3 параллельно с R1 или параллельно с R2.

Это означает, что любой входной сигнал в компаратор не повлияет на выходное напряжение компаратора, пока оно не поднимется выше UTP или не упадет ниже LTP. Рисунок 2 показывает, как это работает.

Рисунок 2.

---

Опять же, предположим, что у нас есть 0 В на отрицательной входной клемме (контакт 4) и +5 В на выходной клемме (контакт 2). Теперь мы подаем медленно нарастающий сигнал (от 0 В до 5 В) на инвертирующую клемму. Как только напряжение поднимется немного выше 1,88 В, выходное напряжение компаратора станет отрицательным (0 В). Это заставляет R2 и R3 быть параллельными, и это, в свою очередь, устанавливает LTP.

Теперь выход компаратора не будет снова колебаться в высоком уровне, пока напряжение входного сигнала не станет немного ниже 0,94 В. В течение этого времени напряжение входного сигнала может колебаться вверх или вниз сколько угодно, и это все равно не повлияет на выходной сигнал компаратора.

Вы заметите в Рис. 2 «разрыв напряжения» между 1,88 В и 0,94 В. Этот узкий канал обычно называют «гистерезисным» зазором (т. е. UTP минус LTP). Он служит «зазором» или мертвой зоной для игнорирования любых входных сигналов, попадающих под его ограничения. Подбор резисторов R1, R2 и R3 определяет гистерезисный зазор.

Я установил тестовую схему (см. снова Рисунок 1 ) с использованием микросхемы LM339N и составил схему входов и выходов компаратора, чтобы показать вам, как на самом деле работают UTP и LTP. F На рис. 3 показаны результаты теста.

Рисунок 3.

---

В Рисунок 3 вы заметите, что входной сигнал (вывод 4) возрастает от 0 В до 1,2 В, затем от 1,4 В до 1,6 В, при этом выходное напряжение компаратора (контакт 2) остается высоким (4,77 В). Только когда входной сигнал достигнет 1,89.V, что выход (вывод 2) колеблется до 0 В. Теперь LTP (0,98 В) активирован (т. е. R2//R3), а выходное напряжение зафиксировано на уровне 0 В.

Как видите, диаграмма раскрывает простой факт о том, как работает схема компаратора триггера Шмитта.

Напряжение входного сигнала абсолютно не влияет на выходное напряжение компаратора — по крайней мере, до тех пор, пока сигнал не достигнет одной или другой заданной уставки (UTP или LTP).

Итак, подводя итог, следует помнить два ключевых момента о схеме триггера Шмитта:

1. UTP и LTP схемы триггера Шмитта можно определить с помощью простой схемы делителя напряжения.
2. Уровень выходного напряжения (высокий или низкий) компаратора определяет, какой резистор (R1 или R2) в настоящее время подключен параллельно R3, а это, в свою очередь, определяет, какая из двух точек срабатывания активна в любой момент времени.

Я надеюсь, что это поможет прояснить любую путаницу, которая может возникнуть у вас по поводу схемы компаратора триггера Шмитта.

Хорошо, теперь, когда вы поняли, как работает триггер Шмитта, давайте взглянем на реальное приложение. Рисунок 4 представляет собой простую схему, которую можно соединить вместе для управления моторизованной солнечной панелью с одной осью (с востока на запад), которая отслеживает движение солнца по небу.

Рисунок 4.

---

Схема будет определять количество солнечного света, падающего на два небольших (14 мм x 35 мм) солнечных элемента. Солнечный элемент (то есть датчик), получающий наибольшее количество света, отключит один из двух триггерных компараторов Шмитта (IC1). UTP и LTP на каждом триггере Шмитта требуют наличия двух разных уровней солнечного света на каждом датчике, прежде чем схема сработает. Теперь, когда сработает любой из двух компараторов, на двух входных контактах (2, 7) драйвера двигателя (IC2) будет установлено напряжение 5 В, 0 В или 0 В, 5 В.

Эти два входных контакта определяют, в каком направлении (по часовой или против часовой стрелки) будет вращаться двигатель солнечной панели (см. схему в рис. 4 ). Кроме того, каждый раз, когда оба датчика получают одинаковое количество солнечного света или тени, выходные контакты 1 и 2 триггера Шмитта подают на входные контакты L293D 5 В, 5 В или 0 В, 0 В и немедленно отключают двигатель.

Другими словами, мы не хотим, чтобы солнечная панель двигалась, когда она направлена ​​прямо на солнце (т. е. правильное выравнивание) или когда солнце не светит.

Например, предположим, что солнечная панель направлена ​​прямо вверх (12 часов дня), а солнце только встает на востоке (см. Рисунок 5 ).

Рис. 5.

---

Восточный датчик — поскольку он физически направлен точно на восток — будет получать немного больше света, чем западный датчик. Этот дисбаланс заставит микросхему драйвера двигателя повернуть солнечную панель против часовой стрелки — на восток. В конце концов, когда западный датчик поворачивается к востоку, он получает такое же количество солнечного света, что и восточный датчик. В то время L293D IC отключит двигатель.

Это хорошо и все такое, но что происходит с трассой, когда солнце играет в прятки с облаками? Двигатель просто продолжает колебаться между включением и выключением? Нет! На цепь влияет не то, как быстро появляется или исчезает солнце; дело в том, есть ли дисбаланс в количестве солнечного света, попадающего на два датчика.

Единственный раз, когда солнце может активировать двигатель, это когда солнце меняет свое положение на небе (т. е. дисбаланс солнечного света между датчиками). Тот факт, что солнце перемещается по небу на один градус дуги каждые четыре минуты (15° в час), означает, что проходит не менее четырех минут, прежде чем контур обнаружит любое изменение положения солнца.

Эта четырехминутная задержка предотвращает циклическое включение и выключение двигателя каждые несколько секунд, пока солнце играет в свою игру.

Вот и все. Практическое применение триггера Шмитта. Теперь, как вы можете использовать его в своем следующем проекте робота? SV

---

Список запчастей

ПУНКТ	КОЛ-ВО	ОПИСАНИЕ
Р1	1	Резистор 100 кОм 1/4 Вт
Р2	1	Резистор 10 кОм 1/4 Вт
Р3	1	Резистор 10 кОм 1/4 Вт
Р4	1	Резистор 4,7 кОм 1/4 Вт
Р5	1	220 кОм 1/4 Вт Резистор
Р6	1	4,7 кОм 1/4 Вт Резистор
Р7	1	Резистор 100 кОм 1/4 Вт
Р8	1	Резистор 14 кОм 1/4 Вт
Р9	1	Резистор 220 кОм 1/4 Вт
Р10	1	Резистор 14 кОм 1/4 Вт
Р11	1	Резистор 10 кОм 1/4 Вт
Р12	1	Резистор 10 кОм 1/4 Вт
Светодиод1	1	Прозрачно-красный, 640 нм
Светодиод2	1	Прозрачно-красный, 640 нм
IC1	1	LM339N Компаратор
ИК2	1	Драйвер двигателя L293D
Солнечная батарея 1	1	Солнечная батарея 14 мм x 35 мм
Солнечная батарея 2	1	Солнечная батарея 14 мм x 35 мм

---

Кстати, редактор Брайан Бержерон спросил меня: «Почему бы не подключить микроконтроллер Arduino или PIC и просто использовать программно определяемый триггер Шмитта?» Ну, конечно, это приемлемая альтернатива пайке множества компонентов.

Я люблю программировать, однако бывают случаи, когда я покупаю чип компаратора за 50 центов и добавляю четыре резистора, используя микроконтроллер, и трачу часы на создание и отладку 50 строк кода.

Как говорится: «Что бы тебе ни звонило!»

---

Гистерезис триггера Шмитта обеспечивает бесшумное переключение и вывод

Ключевые выводы

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

• Триггер Шмитта может иметь гистерезис для обеспечения помехоустойчивости, что делает его по существу 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 устанавливают 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.