Триггер шмидта как работает: Триггер шмитта принцип работы

Содержание

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.
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.


Генераторы импульсов (триггер Шмитта, на КМОП-коммутаторах)

Триггеры Шмитта, или несимметричные триггеры на биполярных транзисторах с эмиттерной связью, могут быть использованы для создания простых широкодиапазонных генераторов импульсов (рис. 7.1 — 7.4). Для преобразования триггера Шмитта в генератор достаточно соединить его вход через резистор с выходом, а между входом триггера и общей шиной или шиной питания включить конденсатор [Рл 6/98-33].

Рис. 7.1

Резистивный делитель, к средней точке которого подключен эмиттер входного транзистора, и времязадающая RC-цепь, образованная дополнительными навесными элементами, и преобразующая триггер в генератор импульсов, составляют мостовую схему. В диагональ моста включен управляющий р-п переход транзистора VT1. Изначально конденсатор С1 разряжен, транзистор VT1 закрыт, VT2 — открыт. Как только напряжение на конденсаторе в процессе его заряда превысит напряжение на средней точке резистивного делителя на доли вольта, входной транзистор VT1 открывается, a VT2 — закрывается. Резистивный делитель обесточивается, времязадающий конденсатор С1 разряжается. В результате разряда конденсатора С1 транзистор VT1 вновь закрывается и открывает транзистор VT2, после чего процесс повторяется вновь и вновь.

Частоту генератора (рис. 7.1) определяет емкость конденсатора С1. Переменный резистор R5 позволяет осуществлять более чем десятикратное изменение частоты. Светодиод HL1 предназначен для визуального контроля перестройки частоты: в начале диапазона яркость свечения максимальна, в конце — минимальна. При напряжении питания 9 В генератор вырабатывает частоту 3…30 Гц. Потребляемый ток (или ток через индикатор HL1) составляет 2…20 мА.

Рис. 7.2

Генераторы импульсов (рис. 7.2, 7.3) при напряжении питания 9 В работают в области частот 0,8…10 кГц и 0,35…2,8 кГц, соответственно. Генератор (рис. 7.2) управляется изменением соотношения резистивных плеч делителя напряжения (резисторы R4 — R6, правая половина мостовой схемы). Управление режимом работы генератора (рис. 7.3) осуществляется цепочкой резисторов R2 — R4, регулирующих зарядно-разрядные процессы в левой половине мостовой схемы. Забегая наперед важно заметить что исползуя может быть выполнена как на транзисторах так и на микросхеме, далее вы в этоу убедитесь.

Частоту периодических сигналов обычно измеряют аналоговыми или цифровыми измерительными приборами. В устройстве (рис. 7.4) использован цветодинамический способ индикации частоты генерируемых колебаний. Частоту генерации можно изменять в широких пределах переключением конденсаторов С1 — С4. Потенциометр R4 обеспечивает двадцатикратное перекрытие частоты внутри диапазона. На разноцветных светодиодах HL1 (зеленый) и HL2 (красный) выполнен индикатор частоты.

Рис. 7.3

 

Рис. 7.4

 Светодиоды установлены под общим светосуммирующим экраном. Плавное изменение частоты работы генератора вызывает перераспределение токов между светоизлучающими диодами. Соответственно, изменяется яркость свечения светодиодов и их суммарная окраска от зеленого свечения (начало диапазона) до красного (конец диапазона). Возможно применение двухцветного светодиода. Генератор перекрывает поддиапазоны частот: 0,7…14 Гц; 7…140 Гц; 70. ..1400 Гц; 0,7…14 кГц.

Для определения частоты генерации по цвету свечения используют принцип «лакмусовой бумаги»: рядом с светосумми-рующим экраном наклеивают полоску цветового спектра, в пределах которого изменяется цвет свечения индикатора. На эту полоску наносят деления, соответствующие значениям частот генерации.

К усилителям класса D относят усилители, в которых входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, а в выходном каскаде осуществляется обратное преобразование.

Для реализации такого рода усилителей используют два способа преобразования исходного аналогового сигнала в цифровой — это широтно-импульсная (ШИМ) и частотно-импульсная модуляция (ЧИМ).

В первом случае ширина синтезированных импульсных сигналов пропорциональна амплитуде входного аналогового сигнала, во втором — изменяемой величиной является частота импульсов. В любом из вариантов усилителей на его выходе (громкоговорителе) импульсный сигнал вновь преобразуется в аналоговый.

Неоспоримым достоинством усилителей класса D является высокий КПД, порой достигающий 98…99%, столь же существенным недостатком — повышенный коэффициент нелинейных искажений, обусловленный неидеальностью процессов прямого и обратного преобразований сигналов.

На рис. 7.5 приведена схема усилителя класса D [Рл 12/99-17]. Он выполнен на основе ШИМ-управляемого мультивибратора на аналоговых ключах микросхемы DA1 типа К561КТЗ [Э 22/88-66] и компаратора DA2 типа KS54CA3. Управление шириной генерируемых импульсов осуществляется за счет изменения сопротивления канала сток — исток полевого транзистора VT1. Выходной сигнал мультивибратора поступает напрямую на инвертирующий вход компаратора DA2 и на неин-вертирующий вход через диодно-резистивную цепочку VD1, R5.

Нагрузкой усилителя является громкоговоритель ВА1 с сопротивлением 8 Ом. Параллельно громкоговорителю включен конденсатор С2 для шунтирования высокочастотных составляющих. При использовании более высокоомной нагрузки величину этой емкости следует пропорционально уменьшить.

Ток, потребляемый устройством в режиме молчания, составляет 2 мА. При наличии входного сигнала амплитудой 0,5…0,7 В потребляемый устройством ток возрастает до 50 мА (нагрузка на выходе — телефонный капсюль ТК-67, ТМ-2В) и до 110 мА (нагрузка на выходе — громкоговоритель с сопротивлением 8 Ом).

Рис. 7.5

 

Рис. 7.6

Настройка усилителя сводится к достижению минимальных искажений подбором резистора R2. Неиспользуемые ключи микросхемы DA1.3, DA1.4 можно применить для второго звукового канала (стереофония).

На рис. 7.6, 7.7 приведены схемы усилителей класса D, использующие иной способ преобразования [Рл 12/99-17]. С мультивибратора DA1.1, DA1.2 снимается пилообразный сигнал регулируемой ширины. Компаратор выполнен на ключе DA1.3. Сопротивление замкнутого ключа составляет десятки, сотни Ом, что намного ниже сопротивления выключ! нного ключа. Поскольку длительность пилообразного сигнала определяется амплитудой входного сигнала, длительность пряь эугольных импульсов, сформированных в цепи нагрузки, окажемся пропорциональной амплитуде входных сигналов. Среднее зна1 ение тока в нагрузке, соразмерное длительности импульсов имп /льсных сигналов, будет в итоге соответствовать входному ана/.оговому сигналу, усиленному по мощности.

Высокочастотная составляющая тока шунтируется конденсатором С2. Уровень паразитного БЧ-сигнала в цепи нагрузки можно дополнительно ослабить за счет включения последовательно с телефонным капсюлем (громкоговорителем) дросселя индуктивностью около 10 мГн. Устройство потребляет при напряжении питания 5…9 Б с нагрузкой 7… 10 мА, а без нагрузки — 0,7 мА.

Рис. 7.7

На рис. 7.7 показан вариант схемы выходного каскада усилителя на транзисторе VT3 с низкоомной нагрузкой с управлением ключом DA1.3. КПД усилителя зависит от соотношения сопротивлений нагрузки и открытого ключа. Усилитель достаточно экономичен и потребляет от источника питания ток в режиме молчания 1,1 мА, а в режиме максимальной громкости — 22 мА.

Генератор пачек импульсов — таймер (рис. 7.8) выполнен на микросхеме DA1 типа К561КТЗ: на элементах микросхемы DA1.1 и DA1.2 собран мультивибратор с регулируемым (потенциометр R3) периодом/частотой следования импульсов; на элементе DA1.4 выполнен таймер (запуск кнопкой SB1, задание экспозиции — потенциометром R6) [Рл 7/98-23]. Транзисторный коммутатор VT1, управляемый элементами DA1.3 и DA1.4 и переключателем SA1, позволяет включать и выключать нагрузку в цепи его коллектора. Ток нагрузки может доходить до 50 мА.

Рис. 7.8

 

Рис. 7.9

Генератор импульсов (рис. 7.9) выполнен на KTWO/7-ком-мутаторе — элементах DA1.1, DA1.2 микросхемы К561КТЗ [Рл 6/99-39]. При включении генератора оба ключевых элемента микросхемы разомкнуты. Конденсатор С2 через резистор R5 заряжается до напряжения, при котором ключ DA1.1 замыкается. На резистивный делитель R1 — R3 подается напряжение питания; конденсатор С1 заряжается через цепь из резисторов R4, R3 и часть потенциометра R2. Когда напряжение на положительной обкладке конденсатора С1 достигнет напряжения включения ключа DA1.2, произойдет разряд обоих конденсаторов, и процесс их заряда — разряда будет периодически повторяться.

Потенциометр R2 позволяет изменять величину «стартового» напряжения для заряда конденсатора С1 и, следовательно, частоту генерируемых импульсов в пределах от единиц до десятков Гц. Сопротивление нагрузки или индикатор работы генератора, например, светодиод с токоограничивающим резистором 330 Ом, подключается параллельно резисторам R1 — R3.

Устройство можно использовать в качестве генератора, управляемого напряжением. Для этого вместо напряжения питания подключается управляющее напряжение величиной от 4…5 В до 15 В. С понижением питающего напряжения частота генерируемых импульсов растет.

На неиспользуемых элементах микросхемы — DA1.3 и DA1.4 может быть собран второй генератор импульсов, например, по схеме, изображенной на рис. 7.10.

Рис. 7.10


Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

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.

6.2.4. Аналоговый компаратор

Компаратор — это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть Uвх — анализируемый сигнал и Uоп — опорный сигнал сравнения, а выходной Uвых — 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 |U1вых — U0вых| 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 Uвх близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 6.20а. Это приведет к двум нежелательным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении Uвх 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 Uвых.

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 Uвх — Uоп > 0, то диод VD2 открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При

Uвх — Uоп < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации Uст. 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 tп. 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 Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.

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.

Содержание

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 (tзадержки ≈ 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

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
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 релеего 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.

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

Триггер шмитта на транзисторах схема — Topsamoe.ru

В статье показано, каким образом, добавив цепь положительной обратной связи к паре Дарлингтона, можно создать триггер Шмитта с очень большим коэффициентом усиления тока (в типичном случае – 10,000). Я не знаю каких-либо решений, сравнимых по характеристикам, за исключением интегральных схем. Тем не менее, эта очень простая схема успешно выполняет универсальные функции. Схему можно рассчитать на работу с токами нагрузки от единиц миллиампер до ампер, причем при низких токах ее входное сопротивление может превышать 100 МОм.

На Рисунке 1 показана упрощенная схема в версии с входным NPN транзистором и активным низким уровнем, а на Рисунке 2 – с PNP транзистором и активным высоким уровнем. R2 и R3 (с учетом RL) задают напряжение на эмиттере Q1. Когда входное напряжение VIN возрастает от нуля до значения VIN(ON), определяемого выражением (1), Q1 начинает включаться. Возрастающий ток его коллектора, усиливаемый транзистором Q2, будет приводить к снижению выходного напряжения VOUT, вследствие чего напряжение на эмиттере Q1 будет уменьшаться, еще больше открывая транзистор. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока Q1 не войдет в насыщение. Предполагается, что положительная обратная связь через резистор R3 больше, чем отрицательная, обусловленная током эмиттера Q1.

Рисунок 1. Триггер Шмитта на двух транзисторах.

В этом и последующих уравнениях VBE и VCE с соответствующими индексами обозначают напряжения база-эмиттер и коллектор-эмиттер транзисторов Q1 и Q2.

(1)

Последнее иллюстрируется неравенством (2), которое должно выполняться, по крайней мере, с двукратным запасом. (В этой формуле β1 и β2 обозначают коэффициенты усиления токов транзисторов Q1 и Q2, соответственно, а RS – сопротивление источника сигнала VIN). Чем строже неравенство, тем большей будет величина гистерезиса.

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)

Решая неравенство (2), можно, в соответствии с выражениями (3) и (4), определить границы допустимых значений сопротивления нагрузки RL и входного сопротивления RIN (в нашей схеме оно обозначено как R1). Кроме того, из (4) и (5) определяем граничное значение R3, которое должно быть, по крайней мере, в β2 раз больше, чем RL, чтобы сопротивление RIN было положительным. Типичное значение R3 не превысит половины от этой величины. Очевидно, что это будет справедливо, если коэффициент усиления Q2 велик. Выбрав R3 и VIN(ON), можно по формуле (6) рассчитать R2.

В состоянии «включено» напряжение VOUT приблизительно описывается выражением (7), где оно обозначено как VOUT(ON). Поскольку основной член выражения зависит от усиления Q2, измеренное напряжение обычно несколько отличается, но в типичном случае не выходит за пределы диапазона 2…3 В.

Рисунок 2. Версия с активным высоким уровнем.

Ток, протекающий через RIN, увеличивает падение напряжения VR2 на резисторе R2 (уравнение 9), и если сопротивление R1 слишком мало, этот ток станет чрезмерно большим. (В предельном случае, если RIN равно 0, напряжение VOUT будет повторять VIN). При снижении входного напряжения VIN выход останется включенным до тех пор, пока Q1 не выйдет из насыщения. В этот момент положительная обратная связь выключит как Q1, так и Q2. Напряжение VIN(OFF), при котором этом произойдет, можно найти с помощью выражения (8). В связи с тем, что, скорее всего, вы захотите выбирать сопротивление R2, минимальным, чтобы минимизировать выходное напряжение низкого уровня, уровень VIN(OFF) будет зависеть от сопротивления резистора R1, но, опять же, значение VIN(OFF) зависит от коэффициентов усиления β транзисторов Q1 и Q2.

(7)
(8)
(9)

Это неточное определение точки выключения является одним из недостатков предлагаемой схемы. Однако для множества приложений высокая точность и не требуется. Как правило, сопротивления R2 и R3 вы будете выбирать минимально допустимыми с точки зрения возможности практической реализации схемы, не забывая про ток покоя, протекающий через RL. Сопротивление R1 может быть настолько большим, насколько это необходимо, но с учетом как ограничения, задаваемого уравнением (4), так и желаемого уровня VIN(OFF). Еще одним существенным недостатком можно считать относительно высокое напряжение на открытом транзисторе Q2, что при токах, превышающих несколько ампер, делает использование схемы непрактичным. Все вышесказанное делает нишей целесообразного использования схемы устройства с более высокими напряжениями и токами, чем это возможно реализовать на большинстве интегральных схем.

Рисунок 3. Дополнения для практической реализации.

На Рисунке 3 изображена схема из Рисунка 1, в которую добавлены три дополнительных компонента, сделавших ее пригодной для множества практических приложений. Диод D1 защищает переход база-эмиттер транзистора Q1 от пробоя в том случае, если в выключенном состоянии напряжение не эмиттере превысит 6…7 В. D2 уменьшает вклад R3 в выходное напряжение открытой схемы. D2 особенно необходим в случае, если R3 вы сделаете равным или меньшим R2. R4 способствует более уверенному закрыванию транзистора Q2 и предохраняет его от включения током утечки Q1.

В качестве Q2 можно использовать транзистор Дарлингтона. (Аналогичная замена транзистора Q1 существенного выигрыша не даст). Кроме того, любой из транзисторов, или оба можно заменить на MOSFET, соответствующим образом изменив расчетные уравнения.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

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.

Ещё одной бистабильнойячейкой может быть служить несимметричный триггер или триггерШмитта. В основном он применяется для преобразования синусоидальных, пилообразных (линейно-изменяющихся) и других колебаний в колебания напряжения прямоугольной формы. Для простоты его устойчивые состояния тоже опредлим «нулевым» и «единичным», но главная его функция – формирование прямоугольных импульсов. Принципиальная схема типового триггера Шмитта представлена на рис. 16.5.

Рис. 16.5. Принципиальная схема триггера Шмитта

Все компоненты триггера знакомы по ранее рассмотренным схемам:

– два резисторных усилителя на транзисторах VT1 иVT2, гдеR3 >R6;

– резистор общей эмиттерной нагрузки – элемент отрицательной обратной связи R7.

При подключении схемы к источнику постоянного напряжения Uипона самопроизвольно принимает исходное –нулевоесостояние: транзисторVT1 – закрыт иVT2 – открыт (подобно начальному состоянию одновибратора). При этом в схеме протекают четыре постоянных токаIдел1,Iдел2,IБ2иIК2, которые создают на соответствующих резисторах прямо пропорциональные им падения напряжения (закон Ома). В результате их действия к базам транзисторов приложены следующие напряжения (разности потенциалов):

При этом напряжение – UБVT1=Iдел1R2 –UR7= –Е1называетсяпервым пороговымнапряжением, величина которого всецело определяется параметрами схемы. Это состояние устойчиво, так как нет внутренних причин для его изменения. Открыть транзисторVT1 можно только подачей внешнего напряжения положительной полярности и амплитудойUвхm> Е1. При этом напряжениеUКVT1становится равным 0 и через цепь второго делителя уже не может компенсировать запирающее действие напряжение обратной связи, формируемое в этот период токами транзистораVT1:

Рис. 16.6. Временные диаграммы работы триггера Шмитта

аряду с асинхронными триггерами в настоящее время активно совершенствуются и используютсясинхронныеилитактируемыетриггеры. В них действие установочных сигналов возможно только в моменты подачи специальных синхронизирующих 1 импульсов, поступающих через отдельный управляющийС-вход.

Из синхронныхтриггеров наиболее распространёнуниверсальныйJK-триггер с динамическимС-входом синхроимпульсов, УГО которого при выполнении функцийJK-,TиRS-триггеров показаны на рис. 16.7.

Рис. 16.7. УГО JK-триггера (а) и его использование какTтриггер (б)

Название универсальныйJK-триггер получил потому, что он позволяет

путём несложной коммутации его J-,K– иС– входов организовать выполнение функций асинхронныхТ– иRS– триггеров.

Более сложную функциональную нагрузку может нести JK-триггер (рис. 13.6.8).JиK– входы такого уст­ройства – управляющие, аC– тактовый. Подавая на входыJиKлогические «1» и «0» можно установить не­обходимое состояние выходаQ, т.е.JK-триггер работает какRS-триггер. КогдаJ=K=1 данное устройство перебрасыва­ется в противоположное состояние (по приходу тактового импульса) т.е. работает как двоичный счетчик (илиТ– триггер). СостояниеJ=K=0 – хранение информации. КромеJиKвходов схема может иметь и нетактируемыеRиSвходы. РаботаJK-триггера описывается таблицей истинности 16.1, из анализа данных которой следует, что при комбинациях УС:J = 1 иК= 0 (третья строка),J = 1 иК= 1 (четвертая и восьмая строки) а также приJ = 0 иК= 1 (шестая строка) триггер инвертирует (изменяет) своё предыдущее состояниеQ t вQ t +1 .

Таблица истинности для JK-триггеров

Что такое триггер Шмитта, как он работает и области применения

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта представляет собой схему компаратора (не исключительно), которая использует положительную обратную связь (небольшие изменения на входе приводят к большим изменениям на выходе в той же фазе) для реализации гистерезиса (причудливое слово для задержанного действия) и используется для удаления шума из аналогового сигнала при преобразовании его в цифровой.

ИНВЕРТИРУЮЩИЕ И НЕИНВЕРТИРУЮЩИЕ ТРИГГЕРЫ ШМИТТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ LM193 (РОДИНАМ LM393)

 

Он был изобретен еще в 1937 году Отто Х.Шмитт (чье наследие несколько занижено), который назвал это «термоэлектронным триггером».

 

Почему триггеры Шмитта?

Компараторы по своей природе очень быстродействующие, так как в них отсутствует компенсирующий конденсатор, присутствующий в их собратьях на операционных усилителях. Компараторы не ограничены скоростью нарастания выходного сигнала, а время перехода составляет порядка наносекунд. Компараторы также имеют особенно чувствительные входы из-за их очень высокого коэффициента усиления — даже крошечные изменения на входе могут вызвать мгновенное изменение состояния на выходе.

Эта проблема усугубляется, когда дифференциальные входные сигналы достигают мертвой зоны, то есть минимального входного дифференциального напряжения, необходимого для поддержания стабильного выходного сигнала. В пределах этого узкого диапазона компаратор понятия не имеет, что делать со своим выходным сигналом, что приводит к тому, что называется моторной лодкой, когда выходной сигнал колеблется. Эта проблема также возникает с сигналами, которые имеют медленное время перехода — входной сигнал проводит достаточно времени в мертвой зоне (со ссылкой на опорное напряжение, конечно), чтобы создать несколько выходных переходов, как показано на рисунке ниже.

НЕСКОЛЬКО ВЫХОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ БЕЗ ГИСТЕРЕЗИСА (СИНИЙ ВХОД, ЖЕЛТЫЙ ВЫХОД)

 

Если вы обратите внимание, входной сигнал меняется в зависимости от выходного колебания, и на шине питания много шума (как видно на выходе через подтягивающий резистор), что является результатом плохой развязки!

Если бы к выходу была подключена какая-либо логика (что в большинстве случаев верно), она обнаружит множественные переходы и вызовет хаос — триггеры будут переключаться несколько раз, что может привести к сбросу чего-то важного.

Это то, что можно исправить с помощью гистерезиса – в данном случае с добавлением одного резистора между инвертирующей клеммой (которая в данном случае является опорной) и выходом. Разница отмечена, опять же из рисунка.

ЧИСТЫЙ ПЕРЕХОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИСТЕРИЗИСА

 

Опять же, обратите внимание на нестабильное опорное напряжение.

 

Как работает триггер Шмитта?

Триггер Шмитта использует положительную обратную связь — он берет выборку выходного сигнала и подает ее обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выходной сигнал — что является полной противоположностью отрицательной обратной связи. , который пытается аннулировать любые изменения в выводе.

Это усиливающее свойство полезно — оно заставляет компаратор решать, какое состояние выхода он хочет, и заставляет его оставаться в этом состоянии, даже в пределах того, что обычно было бы мертвой зоной.

Рассмотрим эту простую схему:

ИНВЕРТИРУЮЩИЙ КОМПАРАТОР С ГИСТЕРЕЗИСОМ

 

Предположим, что входное напряжение ниже, чем опорное напряжение на неинвертирующем выводе, поэтому выходное напряжение высокое.

В* — это опорное входное напряжение, которое создает фиксированное смещение на неинвертирующем входе.Поскольку выходной сигнал через подтягивающий резистор имеет высокий уровень, это создает путь тока через резистор обратной связи, немного увеличивая опорное напряжение.

Когда входное напряжение превышает опорное напряжение, выходное напряжение становится низким. Обычно это не должно каким-либо образом влиять на опорное напряжение, но поскольку имеется резистор обратной связи, опорное напряжение падает немного ниже номинального значения, поскольку обратная связь и нижний опорный резистор теперь параллельны относительно земли (поскольку низкий выходной замыкает этот вывод резистора на землю).Поскольку опорное напряжение снижено, маловероятно, что небольшое изменение входного сигнала вызовет множественные переходы — другими словами, больше не будет мертвой зоны.

Чтобы выходной сигнал стал высоким, теперь вход должен пересечь новый нижний порог. После пересечения выход становится высоким, и схема «сбрасывается» до исходной конфигурации. Вход должен пересечь порог только один раз, что приведет к одному чистому переходу. Схема теперь имеет два эффективных порога или состояния — она бистабильна.

Это можно обобщить в виде графика:

КРИВАЯ ГИСТЕРЕЗИСА

 

Это можно понимать в обычном смысле – ось x является входом, а ось y – выходом. Проследив линию от x до y, мы обнаружим, что после пересечения нижнего порога гистерезис становится высоким, и наоборот.

Работа неинвертирующего компаратора аналогична — выход снова изменяет конфигурацию цепи резисторов, чтобы изменить порог для предотвращения нежелательных колебаний или шума.

 

Применение триггеров Шмитта Триггеры Шмитта

широко используются в качестве логических входов. Опять же, нехорошо иметь один логический порог, в случае шумных или медленных сигналов может возникнуть несколько выходных переходов. Читая техническое описание любой логической микросхемы, вы обнаружите, что указаны два порога — один для нарастающего фронта и один для спадающего фронта — это свидетельствует о входном воздействии Шмитта.

Иногда логические элементы изображаются с небольшим символом «молния» внутри них, это стилизованная кривая гистерезиса, указывающая на то, что устройство имеет входы триггера Шмитта.

 

1. Простые осцилляторы

Наличие двух порогов дает триггерам Шмитта 555-подобную способность действовать как предсказуемые осцилляторы.

ПРОСТОЙ ТРИГГЕРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ШМИТТА

 

Предположим, что изначально конденсатор не заряжен.

Вентилятор определяет это как низкий уровень на входе и устанавливает высокий уровень на выходе, поскольку это инвертирующий вентиль. Конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Как только достигается верхний порог, затвор переключается на низкий уровень, разряжая конденсатор до низкого порога, обеспечивая предсказуемую выходную частоту.

Выражение для частоты можно получить с помощью небольшого математического жонглирования:

Где R и C — сопротивление и емкость, V T + — верхний порог, V T — нижний порог и V DD — напряжение питания. Обратите внимание на символ «приблизительно равно».

 

2. Устранение дребезга переключателей

Механические переключатели в качестве логических входов — не лучшая идея. Контакты переключателя имеют тенденцию быть несколько пружинистыми, вызывая много нежелательного дрожания, что опять же может вызвать множественные переходы и сбои в дальнейшей линии.

Использование триггера Шмитта с простой RC-цепью может помочь смягчить эти проблемы.

SCHMITT TRIGGER SWITCH DEBOUNCER

 

Когда переключатель нажат, он разряжает конденсатор и на мгновение вызывает высокий уровень на выходе, пока конденсатор снова не зарядится, создавая чистый импульс на выходе.

 

Где я могу найти триггеры Шмитта?

Триггеры Шмитта

более известны как буферы или инверторы в мире логики, но будьте осторожны, не все логические элементы являются триггерами Шмитта.Как и вся логика, они доступны в форме DIP или SMD с несколькими вентилями в одном корпусе. Хорошим примером является 74HC04, шестигранный инвертор с триггерными входами Шмитта.

Конечно, другие логические элементы, такие как счетверенный элемент И 4081, также имеют входы Шмитта.

 

Заключение Триггеры Шмитта

полезны при наличии шумных сигналов — они очищают шум и предотвращают нежелательные множественные переходы и колебания.

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 триггера Шмитта

Несомненно, существует несколько логических интегральных схем с триггерами Шмитта в качестве одного из компонентов. 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 приведенных выше 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).

Армирование 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 на транзисторах

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

Работа цепи

Прежде всего, 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, проводящее напряжение 1,98 Т2 низкое. Кроме того, базовое напряжение на выводе транзистора составляет 1,28 В, что выше, чем напряжение на выводе эмиттера транзистора при 0.7В.

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

Вся процедура зависит от эмиттерного тока отказа до точки, где транзистор находит режим прямо-активного. 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 уровне 1.3В и 1,9В.

Схемы запуска Шмитта на основе операционных усилителей

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

Инвертирующий триггер 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

Объяснение и формула схемы инвертирующего триггера Шмитта выше;

VREF меньше VIN 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 , следовательно,

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

4. -V REF  = (V O  * R 2 ) / (R 1  + R 2

5.V O  = -V SAT  следовательно,

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

Иногда VREF называют верхним пороговым напряжением (VUT), а -VREF — нижним пороговым напряжением (VLT).

Цепь неинвертирующего триггера Шмитта

Во втором режиме триггерной схемы Шмитта на основе операционного усилителя вы прикладываете входное напряжение схемы к неинвертирующему входу операционного усилителя.После этого эмиттерный резистор R1 позволит выходному напряжению вернуться на неинвертирующую клеммную цепь.

Схема неинвертирующих триггеров Шмитта

Допустим, выходное напряжение вначале было равно 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 до тех пор, 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.

Суммировать

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.

Возникли проблемы с настройкой схемы или проект застрял? Свяжитесь с нами, чтобы получить более подробную информацию.

Триггер Шмитта: что нужно знать

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта представляет собой тип электронного генератора, который использует его для создания выходного сигнала прямоугольной формы.Он используется при разработке многих различных типов электронных схем, включая операционные усилители и цифровые логические схемы. Он также используется в некоторых типах аналоговых схем, например, в контуре фазовой автоподстройки частоты. Прямоугольная волна представляет собой электрический сигнал с частотой, обратной величине его периода. Другими словами, прямоугольная волна имеет вдвое большую частоту, чем ее период. Триггерные инверторы Шмитта чаще всего встречаются в цифровых устройствах, таких как компьютеры и цифровые часы, поскольку они могут считывать данные и подавать сигнал на источник питания.

Для чего используется триггер Шмитта?

Можно использовать для создания сигнала. Форма волны аналогового сигнала может быть преобразована в цифровую схему, которая может удовлетворить требования к форме формы волны. Обладает гистерезисными свойствами, что означает, что его можно использовать для защиты от помех. Его приложение интегрировано в конфигурацию разомкнутого цикла для обеспечения защиты. Это замыкание контура/отрицательной обратной связи, используемой для создания мультивибратора.Триггер Шмитта можно объяснить как инвертор генератора триггера Шмитта.

Триггер Шмитта ic

Как работает триггер Шмитта?

Триггер Шмитта представляет собой устройство, генерирующее электрический ток в ответ на давление пружины. Если входное напряжение микросхемы триггера Шмитта ниже порогового напряжения для отрицательного напряжения, выходное напряжение будет низким. Когда входное напряжение находится между отрицательным и положительным пороговыми напряжениями, выходное напряжение не изменяется, то есть когда выход переключается в направлении от низкого к высокому и наоборот, от высокого напряжения к низкому напряжению.пороговое напряжение отличается. Выход может измениться только при достаточном изменении входного напряжения, отсюда и термин триггер. Эффект двойного порога называется гистерезисом. Это указывает на то, что их можно запомнить. Суть его в том, что триггер Шмидта представляет собой регулируемый мультивибратор.

Оснащен пороговым напряжением. Состояние схемы изменяется по мере того, как входное напряжение увеличивается в диапазоне от низкого напряжения до порогового или падает в диапазоне от высокого до порогового.Триггеры представляют собой отдельную схему затвора. В отличие от обычных схем затвора, он оснащен двумя пороговыми напряжениями, которые называются пороговыми напряжениями, положительным и отрицательным пороговым напряжением соответственно. Напряжение на входе, которое вызывает изменение состояния схемы, когда входной сигнал переходит от низкого к высокому, называется порогом для прямого направления, а напряжение, при котором генерируется вход, вызывает сдвиг состояния схемы по мере уменьшения входного сигнала. от высокого к низкому называется «отрицательным пороговым напряжением».Разница между положительным пороговым напряжением и отрицательным пороговым напряжением называется обратным напряжением.

Схема триггера Шмитта

Зачем нужен инверторный генератор с триггером Шмитта?

Триггерные инверторы Шмитта используются в генераторах для преобразования напряжения постоянного тока в сигнал переменного тока. Они используются во многих различных приложениях, таких как источники питания, преобразователи мощности и телекоммуникационные системы. Это связано с тем, что он имеет петлю гистерезиса около 2 вольт, что позволяет иметь стабильные точки переключения.Это полезно, когда вам нужно иметь очень низкое входное напряжение и получить высокое выходное напряжение с минимальными потерями. Инверторы с триггером Шмитта более эффективны при преобразовании постоянного тока в переменный ток, чем инверторы других типов, такие как преобразователь с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Для получения более подробных сведений о модели триггеров Шмитта нажмите здесь:

Знакомство с триггером Шмитта 74HC14D, 652: что такое триггер Шмитта?

https://www.easybom.com/blog/a/an-introduction-of-the-74hc14d-652-schmitt-trigger-what-is-schmitt-trigger

74HC14D,652 представляет собой инвертор с шестигранным триггером Шмитта, оснащенный триггерными входами Шмитта. . В этой модели снижены пороговые уровни для входов, что позволяет использовать логические уровни TTL. Входы также снабжены фиксирующими диодами. Они позволяют использовать токоограничивающие резисторы для подключения входов к уровням выше, чем VCC. Входы преобразуют медленно меняющиеся входные сигналы в четко определенные выходные сигналы без джиттера.Он имеет общее применение и подходит для формирователей волн и импульсов, нестабильных мультивибраторов, а также моностабильных мультивибраторов.

Что такое триггер Шмитта? – Rampfesthudson.com

Что такое триггер Шмитта?

В электронике триггер Шмитта представляет собой схему компаратора с гистерезисом, реализованную путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход компаратора или дифференциального усилителя. Это активная схема, которая преобразует аналоговый входной сигнал в цифровой выходной сигнал.

Что такое выходной сигнал триггера Шмитта?

Входное напряжение V i и выходное напряжение V o, а два пороговых напряжения ±η SR выражают гистерезис триггера Шмитта. Стохастический резонанс (СР) — это нелинейное явление, которое при определенных условиях может усиливать реакцию системы за счет добавления шума к сигналам некоторой нелинейной системы.

Что такое UTP и LTP в триггере Шмитта?

В триггере Шмитта напряжения, при которых выходной сигнал переключается с +vsat на –vsat или наоборот, называются верхней точкой запуска (UTP) и нижней точкой запуска (LTP).разница между двумя точками срабатывания называется гистерезисом. Рис.

Что такое напряжение гистерезиса в триггере Шмитта?

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. Затем, чтобы переключиться в другую сторону, входное напряжение должно упасть, например, до 4,5 вольт.

Как работают триггеры Шмитта?

Как работает триггер Шмитта? Триггер Шмитта использует положительную обратную связь — он берет образец выходного сигнала и подает его обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выходной сигнал — что является полной противоположностью отрицательной обратной связи, которая пытается свести на нет любые изменения на выходе.

Почему в триггере Шмитта используется положительная обратная связь?

Триггер Шмитта использует положительную обратную связь — он берет выборку выходного сигнала и подает ее обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выходной сигнал — что является полной противоположностью отрицательной обратной связи, которая пытается аннулировать любые изменения в выводе.

Почему триггер Шмитта называют регенеративным компаратором?

Схема триггера Шмитта также называется схемой регенеративного компаратора.Схема разработана с положительной обратной связью и, следовательно, будет иметь рекуперативное действие, которое сделает выходное переключение уровнями. По сути, это схема инвертирующего компаратора с положительной обратной связью.

Что подразумевается под напряжением гистерезиса?

Гистерезис напряжения — это особый тип гистерезиса, который возникает в электрических системах, когда ток или напряжение изменяются, но последствия этих изменений задерживаются за пределы очевидных интервалов, таких как задержки распространения.

Почему важен гистерезис в триггере Шмитта?

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.

Как 555 используется в триггере Шмитта?

Модель 555 можно использовать в качестве триггера Шмитта, замкнув контакты 2 (триггер) и 6 (порог) вместе и подав входные сигналы непосредственно на эти точки, как показано на функциональной схеме и схеме на Рисунке 1. РИСУНОК 1.

Какая схема представляет собой триггер Шмитта?

Триггер Шмитта на транзисторах Как 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.

Что такое выход таймера 555?

Выход представляет собой прямоугольную волну, а формы входной синусоидальной волны и выходной прямоугольной волны показаны ниже. Нормальная работа таймера 555 в качестве триггера Шмитта носит инвертирующий характер.

Когда триггер Шмитта сохраняет свое значение?

Выход сохраняет свое значение, когда вход находится между двумя пороговыми значениями.Использование двух пороговых значений называется гистерезисом, а триггер Шмитта действует как элемент памяти (бистабильный мультивибратор или триггер).

Схема триггера Шмитта с использованием микросхемы операционного усилителя uA741, конструкция, схема, работа

Схема триггера Шмитта или регенеративного компаратора

Схема триггера Шмитта также называется схемой регенеративного компаратора. Схема разработана с положительной обратной связью и, следовательно, будет иметь рекуперативное действие, которое сделает выходное переключение уровнями.Кроме того, использование положительной обратной связи по напряжению вместо отрицательной обратной связи помогает напряжению обратной связи соответствовать входному напряжению, а не противодействовать ему. Использование регенеративной схемы позволяет устранить трудности в схеме детектора пересечения нуля из-за низкочастотных сигналов и входных шумовых напряжений.

Ниже показана принципиальная схема триггера Шмитта. По сути, это схема инвертирующего компаратора с положительной обратной связью. Триггер Шмитта предназначен для преобразования любого входного сигнала правильной или неправильной формы в прямоугольное выходное напряжение или импульс.Таким образом, ее также можно назвать схемой возведения в квадрат.

Схема триггера Шмитта на операционном усилителе uA741 IC

Как показано на принципиальной схеме, в положительной обратной связи ОУ 741 IC установлен делитель напряжения с резисторами Rdiv1 и Rdiv2. Одни и те же значения Rdiv1 и Rdiv2 используются для получения значения сопротивления Rpar = Rdiv1||Rdiv2, которое последовательно подключается к входному напряжению. Rpar используется для минимизации проблем со смещением. Напряжение на резисторе R1 возвращается на неинвертирующий вход. Входное напряжение Vi запускает или изменяет состояние выхода Vout каждый раз, когда его уровни напряжения превышают определенное пороговое значение, называемое верхним пороговым напряжением (Vupt) и нижним пороговым напряжением (Vlpt).

Предположим, что инвертирующее входное напряжение имеет небольшое положительное значение. Это приведет к отрицательному значению на выходе. Это отрицательное напряжение возвращается на неинвертирующую клемму (+) операционного усилителя через делитель напряжения. Таким образом, значение отрицательного напряжения, возвращаемого на положительную клемму, становится выше. Значение отрицательного напряжения снова становится выше, пока цепь не перейдет в отрицательное насыщение (-Vsat). Теперь предположим, что инвертирующее входное напряжение имеет небольшое отрицательное значение.Это вызовет положительное значение на выходе. Это положительное напряжение возвращается на неинвертирующую клемму (+) операционного усилителя через делитель напряжения. Таким образом, значение положительного напряжения, возвращаемого на положительную клемму, становится выше. Значение положительного напряжения снова становится выше, пока цепь не перейдет в положительное насыщение (+Vsat). Вот почему схема также называется схемой регенеративного компаратора.

Входной и выходной сигнал триггера Шмитта

Когда Vout = +Vsat, напряжение на Rdiv1 называется верхним пороговым напряжением (Vupt).Входное напряжение Vin должно быть немного больше положительного, чем Vupt, чтобы выходное напряжение Vo переключилось с +Vsat на -Vsat. Когда входное напряжение меньше Vupt, выходное напряжение Vout равно +Vsat.

Верхнее пороговое напряжение, Vupt = +Vsat (Rdiv1/[Rdiv1+Rdiv2])

Когда Vout = -Vsat, напряжение на Rdiv1 называется нижним пороговым напряжением (Vlpt). Входное напряжение Vin должно быть немного более отрицательным, чем Vlpt, чтобы выходное напряжение Vo переключилось с -Vsat на +Vsat.Когда входное напряжение меньше Vlpt, выходное напряжение Vout равно -Vsat.

Нижнее пороговое напряжение, Vlpt = -Vsat (Rdiv1/[Rdiv1+Rdiv2])

Если значения Vupt и Vlpt выше входного шумового напряжения, положительная обратная связь устранит ложные переходы на выходе. С помощью положительной обратной связи и ее регенеративного поведения выходное напряжение будет быстро переключаться между положительным и отрицательным напряжениями насыщения.

Характеристики гистерезиса

Поскольку используется схема компаратора с положительной обратной связью, на выходе может возникнуть гистерезис состояния зоны нечувствительности.Когда вход компаратора имеет значение выше, чем Vupt, его выход переключается с +Vsat на -Vsat и возвращается в исходное состояние, +Vsat, когда входное значение становится ниже Vlpt. Это показано на рисунке ниже. Напряжение гистерезиса можно рассчитать как разницу между верхним и нижним пороговыми напряжениями.

Vгистерезис = Vupt – Vlpt

Подстановка значений Vupt и Vlpt из приведенных выше уравнений:

Vhysteresis = +Vsat (Rdiv1/Rdiv1+Rdiv2) – {-Vsat (Rdiv1/Rdiv1+Rdiv2)}

Vhysteresis = (Rdiv1/Rdiv1+Rdiv2) {+Vsat – (-Vsat)}

Характеристики триггера Шмитта-гистерезиса

Применение триггера Шмитта

Триггер Шмитта

в основном используется для преобразования очень медленно меняющегося входного напряжения в выходной сигнал с резко меняющейся формой волны, возникающей точно при определенном заданном значении входного напряжения.Триггер Шмитта можно использовать для всех приложений, для которых используется общий компаратор. Любой тип входного напряжения может быть преобразован в соответствующую прямоугольную сигнальную волну. Единственным условием является то, что входной сигнал должен иметь достаточно большое отклонение, чтобы входное напряжение могло выйти за пределы диапазона гистерезиса. Амплитуда прямоугольной волны не зависит от размаха входного сигнала.

Как работает триггер Шмитта? – СидмартинБио

Как работает триггер Шмитта?

Как работает триггер Шмитта? Триггер Шмитта использует положительную обратную связь — он берет образец выходного сигнала и подает его обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выходной сигнал — что является полной противоположностью отрицательной обратной связи, которая пытается свести на нет любые изменения на выходе.

Что такое вход триггера Шмитта?

Триггер Шмитта представляет собой тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта. Такова основная функция триггера Шмитта — преобразовывать зашумленные прямоугольные сигналы, синусоидальные волны или входные сигналы с медленными фронтами в чистые прямоугольные сигналы.

В чем основное преимущество схемы триггера Шмитта?

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

Каковы преимущества гистерезиса в триггере Шмитта?

Гистерезис предотвращает колебания триггера Шмитта, когда медленно изменяющееся входное напряжение близко к входному пороговому напряжению. Триггер Шмитта может преобразовывать входной синусоидальный сигнал в выходной сигнал прямоугольной или прямоугольной формы с быстрым временем нарастания и спада. Триггер Шмитта может давать логический выход, когда его входное напряжение медленно изменяется.

Каково применение триггера Шмитта?

Триггер Шмитта

используется для преобразования синусоидальной волны и треугольной волны в прямоугольную.

  • Наиболее важное применение триггеров Шмитта для устранения шумов в цифровой схеме.
  • Также используется как генератор функций.
  • Используется для реализации генератора.
  • Триггер Шмитта
  • с RC-цепочкой используется в качестве средства устранения дребезга выключателя.
  • Как работает 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 разомкнутого контура

  • Триггер Шмитта на транзисторах.
  • Схема триггера Шмитта на основе операционного усилителя.
  • приложений.
  • Заключение.
  • Что означает триггер Шмитта?

    В электронике триггер Шмитта представляет собой схему компаратора с гистерезисом, реализованную путем подачи положительной обратной связи на неинвертирующий вход компаратора или дифференциального усилителя.

    Разработка триггера Шмитта с использованием операционного усилителя для высокоскоростных цифровых сигналов

    Одним из основных применений триггеров Шмитта является сопряжение сигналов между аналоговой электроникой и цифровой электроникой, а также преобразование уровней в различных логических семействах.

    Одной из серьезных проблем, возникающих в ходе этого процесса, является шум. Цифровые сигналы по своей природе быстрые, потому что они имеют дело с высокими частотами и быстро нарастающими и спадающими фронтами. Однако другая сторона (аналоговая) имеет дело с сигналами, которые изменяются гораздо медленнее с точки зрения времени нарастания и спада.

    Чтобы решить эти проблемы, мы разработаем простой триггер Шмитта с использованием операционного усилителя . Итак, в этой статье мы обсудим, где используются триггеры Шмитта, как они работают и как построить триггер Шмитта с помощью операционного усилителя.

    Почему триггер Шмитта, а не просто компаратор операционных усилителей?

    Если бы для обнаружения пересечения аналоговым сигналом порогового значения использовался простой компаратор, из-за медленного времени нарастания и спада могло бы иметь место несколько переходов через пороговое напряжение, что вызывало бы множественные импульсы на выходе, что нежелательно. Это поведение похоже на отказ переключения и показано на рисунке ниже.

    Как работает триггер Шмитта?

    Триггер Шмитта представляет собой устройство, которое действует как компаратор.Термин триггер в названии происходит от того факта, что он действует как защелка, срабатывающая при достижении определенного порога.

    В данном контексте это устройство, которое меняет верхний и нижний пороги, как только входное напряжение достигает определенного значения.

    Таким образом предотвращаются множественные переходы, поскольку пороговое напряжение изменяется после первого перехода. Это предотвращает нежелательные импульсы на выходе из-за шума, принимаемого со входа.

    Чтобы понять это, полезно взглянуть на график, называемый графиком гистерезиса , как показано на рисунке ниже.

    Показывает взаимосвязь между вводом и изменением порогов в зависимости от ввода.

    Следуя стрелке, вход начинается с земли и продолжает увеличиваться, пока не пересечет V TR2 . В этот момент выход меняет состояние и становится высоким.

    Но даже если вход снова пересечет V TR2 , выход не изменит своего состояния, так как теперь изменилось пороговое значение. Теперь вход должен быть ниже V TR1 , чтобы выход стал низким.

    Путем изменения порогового напряжения таким образом предотвращаются множественные переходы на выходе при оцифровке медленных и зашумленных сигналов.

    Как использовать операционный усилитель в качестве триггера Шмитта

    В качестве компаратора можно использовать операционный усилитель, но без изменения порогов он становится жертвой шума и нежелательных выходных переходов.

    Легко реализовать гистерезис в операционном усилителе , используя несколько дискретных частей, которые могут изменять пороговый уровень.В этом примере мы построили триггер Шмитта , используя операционный усилитель IC 741 . Модель 741 была выбрана для демонстрации. Операционный усилитель питается от шины 12 В.

    Инвертирующий вход операционного усилителя служит входом сигнала, а цепь обратной связи построена вокруг неинвертирующего входа и выхода. Я построил схему на макетной плате, и мой триггер Шмитта с использованием эксперимента с операционным усилителем показан ниже. Теперь не путайтесь со всеми дополнительными компонентами на плате.Операционный усилитель 741 и его соединения показаны слева. Справа у нас есть схема генератора пилообразной формы, которую мы используем для проверки нашей установки. Если у вас есть генератор сигналов, вы можете пропустить этот шаг.

    Пороговое напряжение устанавливается двумя резисторами, подключенными между питанием и землей. Так как напряжение питания здесь 12В, пороговое напряжение 6В.

    Между выходом и неинвертирующим входом подключен еще один резистор, который используется для изменения порогового напряжения.

    Центральное пороговое напряжение устанавливается номиналами резистора на делителе напряжения и определяется по формуле:

    V  CTH  = V  IN  • (R  B  /(R  T  + R  B  )) 

    Где VCTH — центральное пороговое напряжение, VIN — входное напряжение резистора, RB — нижнее и RT — верхний резистор.

    Предположим, что на выходе операционного усилителя сначала низкий уровень. Это означает, что резистор, подключенный между неинвертирующим входом и выходом, подключен параллельно нижнему резистору делителя напряжения.Следовательно, нижнее пороговое напряжение определяется по формуле:

    V  BTH  ≈ V  IN  • (R  B  /(R  T  •R  H  /(R  T  + R  H  ))) 
    90TH04 Где VBTH 90TH04 VIN — входное напряжение, RB — нижний резистор, RT — верхний резистор, RH — гистерезисный резистор.

    Когда выход операционного усилителя становится высоким, резистор обратной связи теперь подключается параллельно верхнему резистору делителя напряжения, а пороговое напряжение теперь определяется как:

    V  TTH  ≈ V  IN  • (R  B  /(R  B  • R  H  /(R  B  + R  H  ))) 
    90TH04 Где VT пороговое значение, 90TH04 RB — нижний резистор, RH — гистерезисный резистор.Результаты применения гистерезиса весьма драматичны.

    На приведенном выше изображении показаны формы сигналов без гистерезиса: желтый сигнал — это входной сигнал, пилообразный сигнал с наложенным прямоугольным сигналом для имитации шума, розовый сигнал — это пороговое напряжение, а синий сигнал — выходной сигнал. Форма выходного сигнала имеет нежелательные выбросы на спаде, вызванные множественными переходами входного сигнала через пороговое напряжение.

    Несколько замечаний:

    1.Небольшой конденсатор должен быть добавлен параллельно гистерезисному резистору для обеспечения стабильности и быстрого отклика.

    2. Ограничения размаха выходного сигнала могут проявляться как ошибки в пороге гистерезиса, поскольку гистерезисный резистор не подключен напрямую к источнику питания или земле, а к нескольким диодным падениям выше и ниже того же значения из-за выходного сигнала операционного усилителя. сцена.

    На изображении выше показано, как настройка операционного усилителя в качестве триггера Шмитта решает эту проблему.Форма выходного сигнала теперь чистая, без шума и нежелательных переходов. Также ясно видно, что пороговое напряжение изменяется между каждым высоким и низким переходом. Вы также можете посмотреть полную рабочую демонстрацию в видео, ссылка на которое приведена ниже.

    Меры предосторожности против использования операционных усилителей в качестве компараторов:

    1. Операционные усилители разработаны как усилители, поэтому их выходные каскады не подходят для быстрых колебаний. После насыщения на одной из шин для восстановления выходного сигнала может потребоваться некоторое время, что приводит к снижению скорости.

    2. Выходы операционных усилителей ограничены по скорости нарастания, что может нарушать требования по синхронизации фронта для некоторых цифровых систем.

    3. Входы операционных усилителей обычно имеют ограничение по синфазному входу, превышение которого может привести к таким проблемам, как инверсия выходной фазы.

    Использование триггера Шмитта в качестве компаратора предотвращает нежелательные переходы на выходе и устраняет шум при оцифровке входного сигнала. Помогло ли вам это руководство понять работу триггера Шмитта с использованием операционного усилителя? Дайте нам знать.Кроме того, если у вас есть какие-либо вопросы, связанные с проектом, оставьте их в разделе комментариев ниже или воспользуйтесь нашим форумом по электронике.

     

    Постскриптум:

    Мы хотели бы выразить нашу признательность профессору Сэму Бен-Яакову за его время и усилия по предоставлению интуитивного объяснения триггера Шмитта и указанию на ошибки, которые ранее присутствовали в этой статье. Статья была проверена и отредактирована автором.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.