Schmitt Trigger: Wat is dit en hoe werk dit?

Veld: Basiese Elektriese

China

Wat is 'n Schmitt Trigger?

'n Schmitt Trigger is 'n vergelyker-sirkel met histerese wat geïmplementeer word deur positiewe terugvoer toe te pas op die nie-inverterende invoer van 'n vergelyker of differensiaal versterker. 'n Schmitt Trigger gebruik twee verskillende drempelvlakke spanningsvlakke om geraas in die invoersignaal te vermy. Die werking van hierdie dubbele drempelvlakke staan bekend as histerese.

Die Schmitt Trigger is uitgevind deur Amerikaanse wetenskaplike Otto H Schmitt in 1934.

'n Normale vergelyker het slegs een drempelsignaal. En dit vergelyk die drempelsignaal met 'n invoersignaal. Maar, as die invoersignaal geraas bevat, kan dit die uitvoersignaal beïnvloed. a schmitt trigger.png

In die bo-afbeelding, weens die geraas by plekke A en B, kruis die invoersignaal (V1) die vlak van die verwysingsignaal (V2). Tydens hierdie tydperk is V1 minder as V2 en die uitset is laag.

Dus, word die uitset van die vergelyker deur die geraas in die invoersignaal beïnvloed. En die vergelyker is nie beskerm teen geraas nie.

Die “trigger” in die naam “Schmitt Trigger” kom voort uit die feit dat die uitset sy waarde behou totdat die invoer voldoende varieer om 'n verandering te “trigger”.

Hoe werk 'n Schmitt Trigger?

Die Schmitt trigger gee regte resultate selfs as die invoersignaal geraas bevat. Dit gebruik twee drempelspanningsvlakke; die een is die boonste drempelspanning (VUT) en die tweede is die onderste drempelspanning (VLT).

Die uitset van die Schmitt trigger bly laag totdat die invoersignaal VUT oorskry. Een die invoersignaal oorskry hierdie limiet VUT, bly die uitsetsignaal van die Schmitt trigger hoog totdat die invoersignaal onder die vlak van VLT val.

Laat ons die werking van die Schmitt trigger met 'n voorbeeld verstaan. Hier neem ons aan dat die aanvanklike invoer nul is.

Geluidseffect met Schmitt Trigger

Hier het ons aangeneem dat die aanvanklike insetsignaal nul is en dit geleidelik toeneem soos in die bo-afbeelding gewys word.

Die uitsetsignaal van die Schmitt trigger bly laag tot punt A. By punt A, kruis die insetsignaal die vlak van die boonste drempel (VUT) en dit maak 'n hoë uitsetsignaal.

Die uitsetsignaal bly hoë tot punt B. By punt B, kruis die insetsignaal onder die onderste drempel. En dit maak die uitsetsignaal laag.

En weer, by punt C, wanneer die insetsignaal die boonste drempel oorskry, is die uitset hoë.

In hierdie toestand kan ons sien dat die insetsignaal ruisig is. Maar die ruis word nie in die uitsetsignaal beïnvloed nie.

Schmitt Trigger Skema

Die Schmitt trigger skema gebruik positiewe terugvoer. Daarom word hierdie skema ook bekend as die regenererende vergelyker skema. Die Schmitt Trigger skema kan ontwerp word met die hulp van Op-Amp en Transistor. En dit word geklassifiseer as;

Op-amp gebaseerde Schmitt trigger
Transistor gebaseerde Schmitt trigger

Op-Amp Gebaseerde Schmitt Trigger

Die Schmitt trigger skema kan ontwerp word deur gebruik te maak van 'n Op-Amp op twee maniere. As die insetsignaal by die inversiepunt van die Op-Amp verbond word, word dit bekend as Inverserende Schmitt Trigger. En as die insetsignaal by die nie-inversiepunt van die Op-Amp verbond word, word dit bekend as Nie-inverserende Schmitt Trigger.

Inverserende Schmitt Trigger

In hierdie tipe Schmitt-trigger word die invoer by die inverterende terminal van die versterker gegee. En die positiewe terugvoer van uitset na invoer.

Laat ons nou verstaan hoe hierdie skakeling werk. By punt A is die spanning V en die toegepasde spanning (invoerspanning) is Vin. As die toegepasde spanning Vin groter is as V, sal die uitset van die skakeling laag wees. En as die toegepasde spanning Vin minder is as V, sal die uitset van die skakeling hoog wees.

$V_{in} > V \quad V_{out} = V_L$

$V_{in} < V \quad V_{out} = V_H$

Bereken nou die vergelyking van V.

Deur die toepassing van Kirchhoff se Stroomwet (KCL),

$\frac{V-0}{R_1} + \frac{V-V_{out}}{R_2} = 0$

$\frac{V}{R_1} + \frac{V}{R_2} - \frac{V_{out}}{R_2} = 0$

$V(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}) = \frac{V_{out}}{R_2}$

$V (\frac{R_1 + R_2}{R_1 R_2}) = \frac{V_{out}}{R_2}$

$V = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \times V_{out}$

Laat ons nou aanneem dat die uitset van die Schmitt-trigger hoog is. In hierdie toestand

$V_{out} = V_H \quad and \quad V=V_1$

So, van die boverstaande vergelyking;

$V_1 = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \times V_{H}$

Wanneer die insetsignaal groter is as V1, sal die uitset van die Schmitt-trigger laag word. Daarom is V1 'n boonste drempelspanning (VUT).

$V_{UT} = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \times V_{H}$

Die uitset sal laag bly totdat die insetsignaal kleiner is as V. Wanneer die uitset van die Schmitt-trigger laag is, in hierdie toestand,

$V_{out} = V_L \quad en \quad V=V_2$

$V_2 = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \times V_{L}$

Nou, die uitset bly hoog totdat die inset-signaler minder is as V2. Daarom word V2 bekend as 'n laer drempelspanning (VLT).

$V_{LT} = \frac{R_1}{R_1 + R_2} \times V_{L}$

Niet-inverterende Schmitt-trigger

In 'n niet-inverterende Schmitt-trigger word die inset-signaal aangebring aan die nie-inverterende terminal van die Op-Amp. En positiewe terugvoer word toegepas vanuit die uitset na die inset. Die inverterende terminal van die Op-Amp is verbonden met die grondterminal. Die skets van die niet-inverterende Schmitt-trigger is soos hieronder getoon.

In hierdie skema sal die uitset van die Schmitt-trigger hoog wees wanneer die spanning V groter is as nul. En die uitset sal laag wees wanneer die spanning V kleiner is as nul.

$V>0 , V_{out} = V_H$

$V<0 , V_{out} = V_L$

Nou, laat ons die vergelyking van die spanning V vind. Vir daardie doel pas ons KCL op daardie knoop toe.

$\frac{V-V_{in}}{R_1} + \frac{V-V_{out}}{R_2} = 0$

$\frac{V}{R_1} - \frac{V_{in}}{R_1} + \frac{V}{R_2} - \frac{V_{out}}{R_2} = 0$

$V \left(\frac{R_1 + R_2}{R_1 R_2} \right) = \frac{V_{in}}{R_1} + \frac{V_{out}}{R_2}$

$V = \frac{R_2}{R_1 + R_2} V_{in} + \frac{R_1}{R_1 + R_2} V_{out}$

Nou, veronderstel dat die uitset van die Op-Amp laag is. Daarom is die uitsetspanning van die Schmitt-triggerv VL. En spanning V is gelyk aan V1.

In hierdie toestand,

$V_{out} = V_L \quad and \quad V = V_1$

Vanuit die bostaande vergelyking,

$V_1 = \frac{R_2}{R_1 + R_2} V_{in} + \frac{R_1}{R_1 + R_2} V_{L}$

Wanneer die spanning V1 groter is as nul, sal die uitset hoog wees. In hierdie toestand,

$\frac{R_2}{R_1 + R_2} V_{in} > - \frac{R_1}{R_1 + R_2} V_{L}$

$V_{in} > -\frac{R_1}{R_2} V_L$

Wanneer die bostaande voorwaarde voldoen word, sal die uitset hoog wees. Derhalwe, gee hierdie vergelyking die waarde van die bo-oorstroomspanning (VUT).

$V_{UT} = - \frac{R_1}{R_2} V_L$

Nou veronderstel dat die uitset van die Schmitt-tripper hoog is. En die spanning V is gelyk aan V2.

$V_{out} = V_H \quad en \quad V = V_2$

Van die vergelyking van spanning V.

$V2 = \frac{R_2}{R_1 + R_2} V_{in} + \frac{R_1}{R_1 + R_2} V_{H}$

Die uitset van die Schmitt-tripper sal laag word wanneer die spanning V2 minder as nul is. In hierdie toestand,

$\frac{R_2}{R_1 + R_2} V_{in} < - \frac{R_1}{R_1 + R_2} V_{H}$

$\[ V_{in} < -\frac{R_1}{R_2} V_H$

Die bo-vereenskommende vergelyking gee die waarde van die onderste drempelspanning (VLT).

$V_{LT} = -\frac{R_1}{R_2} V_H$

Transtorreel gebaseerde Schmitt Trigger

Die Schmitt trigger-sirkel kan ontwerp word met behulp van twee transistore. Die sirkeldiagram van die transtorelgebaseerde Schmitt trigger word in die onderstaande sirkel gegee.

Vin = insetspanning
Vref = Referensiespanning = 5V

Laat ons aanneem dat, aan die begin, 'n insetspanning Vin nul is. Die insetspanning word gegee aan die basis van transistor T1. Daarom, in hierdie toestand, werk die transistor T1 in die afsnyarea en dit bly nie-gedraag.

Va en Vb is knoopspannings. Die referensiespanning is 5V. Dus, kan ons die waarde van Va en Vb bereken deur die spanningsdeelerreël.

Spannings Vb word gegee aan die basis van transistor T2. En dit is 1.98V. Daarom lei die transistor T2. As gevolg hiervan is die uitset van die Schmitt trigger laag. Die spanningsval by die emitter is ongeveer 0.7V. Dus, is die spanning by die basis van die transistor 1.28V.

Die emitter van transistor T2 is verbonden met die emitter van transistor T1. Dus, werk albei transistors op dieselfde vlak by 1.28V.

Dit beteken dat die transistor T1 sal werk wanneer die insetspanning 0.7V bo 1.28V of meer as 1.98V (1.28V + 0.7V) is.

Nou verhoog ons die insetspanning meer as 1.98V, en die transistor T1 sal begin leiding gee. Dit veroorsaak 'n spanningsval by die basis van transistor T2 en dit sal die transistor T2 afsny. En as gevolg hiervan is die uitset van die Schmitt trigger hoog.

Die insetspanning begin verminder. Die transistor T1 sal afgesny word wanneer die insetspanning 0.7V minder as 1.98V is en dit is 1.28V. In hierdie toestand kry die transistor T2 voldoende spanning van die verwysingsspanning, en dit sal aanslaan. Dit maak die uitset van die Schmitt trigger laag.

Dus, in hierdie toestand het ons twee drempels, 'n lae drempel by 1.28V en 'n hoë drempel by 1.98V.

Schmitt Trigger Oscillator

Die Schmitt Trigger kan gebruik word as 'n osil l ator deur 'n enkele RC-integreerde skakeling te verbind. Die skakelingdiagram van die Schmitt trigger oscillator is soos in die onderstaande figuur gewys.

Die uitset van die skakeling is 'n kontinue vierkantsgolf. En die frekwensie van die golfvorm hang af van die waarde van R, C, en die drempelpunt van die Schmitt Trigger.

$f = \frac{k}{RC}$

Waar k 'n konstante is en dit val tussen 0.2 en 1.

CMOS Schmitt Trigger

Die eenvoudige seininverter-skakeling gee die teenoorgestelde uitsetsein van die insetsein. Byvoorbeeld, as die insetsein hoog is, is die uitsetsein laag vir 'n eenvoudige inverter-skakeling. Maar as die insetsein spitsvorsels (raas) het, sal die uitsetsein reageer op 'n spitsvorsel. Dit wil ons nie hê nie. Daarom word die CMOS Schmitt trigger gebruik.

Golfvorm van Eenvoudige Seininverter Skakeling

In die eerste golfvorm het die insetsein geen raas nie. Dus, is die uitset perfek. Maar in die tweede figuur het die insetsein 'n bietjie raas. Die uitset reageer ook op hierdie raas. Om hierdie toestand te vermy, word die CMOS Schmitt trigger gebruik.

Die onderstaande skakelingsdiagram wys die konstruksie van die CMOS Schmitt trigger. Die CMOS Schmitt Trigger bestaan uit 6 transistore, insluitend PMOS en NMOS transistore.

Eerstens moet ons weet, wat is 'n PMOS en NMOS transistor? Die simbole van PMOS en NMOS transistore is in die onderstaande figuur.

NMOS transistor lei wanneer VG groter is as VS of VD. En PMOS transistor lei wanneer VG kleiner is as VS of VD. In die CMOS Schmitt trigger, word een PMOS en een NMOS transistor bygevoeg aan 'n eenvoudige inverter skakeling.

In die eerste geval is die invoerspanning hoog. In hierdie toestand is die PN transistor aan en die NN transistor uit. Dit skep 'n pad na grond vir knoop-A. Daarom sal die uitset van die CMOS Schmitt trigger nul wees.

In die tweede geval is die invoerspanning laag. In hierdie toestand is die NN transistor aan en die PN transistor uit. Dit sal 'n pad skep na spannings VDD (Hoog) vir knoop-B. Daarom sal die uitset van die CMOS Schmitt trigger hoog wees.

Toepassings van Schmitt Trigger

Die toepassings van die Schmitt trigger is as volg.

'n Schmitt trigger word gebruik om 'n sinusgolf en driehoeksgolf om te skakel na vierkantegolwe.
Die belangrikste gebruik van die Schmitt triggers is om geraas in digitale sirkels te verwyder.
Dit word ook gebruik as 'n funksie-generator.
Dit word gebruik om 'n oscillator te implementeer.
Schmitt triggers met die RC-sirkel word gebruik vir skakelaar-debouncing.

Bron: Electrical4u.

Verklaring: Respekteer die oorspronklike, goeie artikels is deurdeelwaardig, indien daar inbreuk is, kontak asseblief vir verdwyning.

Gee 'n fooitjie en moedig die outeur aan!

Onderwerpe:

Skakelteorie

Skemtrigger

Oor deskundiges

Electrical4u

China

Kundigheidsgebied

Basic Electrical

Professionele artikel

607