Schmitt Trigger: এটি কী এবং এটি কিভাবে কাজ করে?

ফিল্ড: মৌলিক তড়িৎ

China

শ্মিট ট্রিগার কি?

একটি শ্মিট ট্রিগার হল একটি তুলনাকারী সার্কিট যা হিস্টেরিসিস দ্বারা প্রয়োগ করা হয়, যা একটি তুলনাকারী বা ডিফারেনশিয়াল অ্যামপ্লিফায়ারের নন-ইনভার্টিং ইনপুটে পজিটিভ ফিডব্যাক প্রয়োগ করে। শ্মিট ট্রিগার দুটি ভিন্ন থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ স্তর ব্যবহার করে ইনপুট সিগনালের নয়েজ এড়াতে। এই দ্বৈত-থ্রেশহোল্ডের কাজকে হিস্টেরিসিস বলা হয়।

শ্মিট ট্রিগার ১৯৩৪ সালে আমেরিকান বিজ্ঞানী ওটো এইচ শ্মিট দ্বারা আবিষ্কৃত হয়েছিল।

সাধারণ তুলনাকারীতে শুধুমাত্র একটি থ্রেশহোল্ড সিগনাল থাকে। এটি থ্রেশহোল্ড সিগনালকে ইনপুট সিগনালের সাথে তুলনা করে। কিন্তু, যদি ইনপুট সিগনালে নয়েজ থাকে, তাহলে এটি আউটপুট সিগনালকে প্রভাবিত করতে পারে। a schmitt trigger.png

উপরের চিত্রে, A এবং B স্থানে নয়েজের কারণে ইনপুট সিগনাল (V1) রেফারেন্স সিগনাল (V2) এর স্তর অতিক্রম করে। এই সময়ে, V1 এর মান V2 এর চেয়ে কম এবং আউটপুট কম।

সুতরাং, তুলনাকারীর আউটপুট ইনপুট সিগনালের নয়েজ দ্বারা প্রভাবিত হয়। এবং তুলনাকারীটি নয়েজ থেকে সুরক্ষিত নয়।

"শ্মিট ট্রিগার" নামের "ট্রিগার" শব্দটি থেকে বোঝা যায় যে, আউটপুট তার মান ধরে রাখে যতক্ষণ না ইনপুট যথেষ্ট পরিমাণে পরিবর্তিত হয় যাতে "ট্রিগার" হয়।

শ্মিট ট্রিগার কিভাবে কাজ করে?

শ্মিট ট্রিগার ইনপুট সিগনাল যদি নয়েজি হয় তাহলেও ঠিকঠাক ফলাফল দেয়। এটি দুটি থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ ব্যবহার করে; একটি উপরের থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ (VUT) এবং অন্যটি নিচের থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ (VLT)।

শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট কম থাকে যতক্ষণ না ইনপুট সিগনাল VUT অতিক্রম করে। একবার ইনপুট সিগনাল এই সীমা VUT অতিক্রম করলে, শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট সিগনাল উচ্চ থাকে যতক্ষণ না ইনপুট সিগনাল VLT এর স্তরের নিচে না যায়।

আসুন শ্মিট ট্রিগারের কাজটি একটি উদাহরণ দিয়ে বুঝাই। এখানে আমরা ধরে নিচ্ছি যে, প্রাথমিক ইনপুট শূন্য।

শমিট ট্রিগার দিয়ে শব্দ প্রভাব

এখানে, আমরা ধরে নিয়েছি যে প্রাথমিক ইনপুট সিগনাল শূন্য এবং এটি ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায় যা উপরের চিত্রে দেখানো হয়েছে।

শমিট ট্রিগারের আউটপুট সিগনাল পয়েন্ট A পর্যন্ত নিম্ন থাকে। পয়েন্ট A-তে, ইনপুট সিগনাল উপরের থ্রেশহোল্ড (VUT) এর স্তরের উপরে পার হয় এবং এটি একটি উচ্চ আউটপুট সিগনাল তৈরি করে।

আউটপুট সিগনাল পয়েন্ট B পর্যন্ত উচ্চ থাকে। পয়েন্ট B-তে, ইনপুট সিগনাল নিম্ন থ্রেশহোল্ডের নিচে পার হয় এবং এটি আউটপুট সিগনালকে নিম্ন করে।

আবার, পয়েন্ট C-তে, যখন ইনপুট সিগনাল উপরের থ্রেশহোল্ডের উপরে পার হয়, তখন আউটপুট উচ্চ হয়।

এই অবস্থায়, আমরা দেখতে পাই যে ইনপুট সিগনাল শব্দাক্ত হলেও শব্দ আউটপুট সিগনালে প্রভাব ফেলে না।

শমিট ট্রিগার সার্কিট

শমিট ট্রিগার সার্কিট ধনাত্মক ফিডব্যাক ব্যবহার করে। তাই, এই সার্কিটকে পুনরুৎপাদক তুলনাকারী সার্কিটও বলা হয়। শমিট ট্রিগার সার্কিট নিম্নলিখিত উপকরণগুলির সাহায্যে ডিজাইন করা যায়:অপ-এম্প এবং ট্রানজিস্টর। এবং এটি শ্রেণীবদ্ধ হয় যথা;

অপ-এম্প ভিত্তিক শমিট ট্রিগার
ট্রানজিস্টর ভিত্তিক শমিট ট্রিগার

অপ-এম্প ভিত্তিক শমিট ট্রিগার

অপ-এম্প ব্যবহার করে শমিট ট্রিগার সার্কিট দুই পদ্ধতিতে ডিজাইন করা যায়। যদি ইনপুট সিগনাল অপ-এম্পের ইনভার্টিং পয়েন্টে সংযুক্ত হয়, তাহলে এটি ইনভার্টিং শমিট ট্রিগার হিসাবে পরিচিত। এবং যদি ইনপুট সিগনাল অপ-এম্পের নন-ইনভার্টিং পযঞ্চে সংযুক্ত হয়, তাহলে এটি নন-ইনভার্টিং শমিট ট্রিগার হিসাবে পরিচিত।

ইনভার্টিং শমিট ট্রিগার

এই ধরনের শ্মিট ট্রিগারে, ইনপুট অপ-অ্যাম্পের ইনভার্টিং টার্মিনালে দেওয়া হয়। এবং আউটপুট থেকে ইনপুটে পজিটিভ ফিডব্যাক দেওয়া হয়।

এখন, আসুন বুঝি এই সার্কিট কিভাবে কাজ করে। A বিন্দুতে, ভোল্টেজ V এবং প্রয়োগ করা ভোল্টেজ (ইনপুট ভোল্টেজ) Vin। যদি প্রয়োগ করা ভোল্টেজ Vin, V এর চেয়ে বড় হয়, তাহলে সার্কিটের আউটপুট কম হবে। এবং যদি প্রয়োগ করা ভোল্টেজ Vin, V এর চেয়ে কম হয়, তাহলে সার্কিটের আউটপুট উচ্চ হবে।

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

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

এখন, V-এর সমীকরণ গণনা করুন।

কির্চহফের বর্তনী সূত্র (KCL) প্রয়োগ করে,

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

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

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

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

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

এখন ধরা যাক স্কমিট ট্রিগারের আউটপুট উচ্চ। এই শর্তে,

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

তাই, উপরোক্ত সমীকরণ থেকে;

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

যখন ইনপুট সিগনাল V1 এর চেয়ে বড় হবে, তখন Schmitt trigger এর আউটপুট কম হবে। সুতরাং, V1 একটি উপরের থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ (VUT)।

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

আউটপুট কম থাকবে যতক্ষণ না ইনপুট সিগনাল V এর চেয়ে কম হয়। যখন Schmitt trigger এর আউটপুট কম হয়, তখন এই অবস্থায়,

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

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

এখন, আউটপুট ইনপুট সিগনাল যতক্ষণ পর্যন্ত V₂ এর চেয়ে কম থাকবে ততক্ষণ পর্যন্ত উচ্চ থাকবে। ফলে, V₂ নিম্ন থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ (V_LT) হিসাবে পরিচিত।

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

নন-ইনভার্টিং শ্মিট ট্রিগার

নন-ইনভার্টিং শ্মিট ট্রিগারে, ইনপুট সিগনাল অপ-অ্যাম্পের নন-ইনভার্টিং টার্মিনালে প্রয়োগ করা হয়। এবং আউটপুট থেকে ইনপুট পর্যন্ত ধনাত্মক ফিডব্যাক প্রয়োগ করা হয়। অপ-অ্যাম্পের ইনভার্টিং টার্মিনাল গ্রাউন্ড টার্মিনালে সংযুক্ত থাকে। নন-ইনভার্টিং শ্মিট ট্রিগারের সার্কিট ডায়াগ্রাম নিম্নলিখিত ছবিতে দেখানো হলো।

এই সার্কিটে, শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট উচ্চ হবে যখন ভোল্টেজ V শূন্যের চেয়ে বড় হবে। এবং আউটপুট নিম্ন হবে যখন ভোল্টেজ V শূন্যের চেয়ে কম হবে।

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

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

এখন, আমরা ভোল্টেজ V-এর সমীকরণ খুঁজছি। এর জন্য, আমরা ঐ নোডে KCL প্রয়োগ করি।

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

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

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

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

এখন, ধরা যাক যে IEE-Business এর Op-Amp এর আউটপুট কম। তাই, Schmitt trigger এর আউটপুট ভোল্টেজ VL। এবং ভোল্টেজ V, V1 সমান।

এই অবস্থায়,

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

উপরের সমীকরণ থেকে,

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

যখন ভোল্টেজ V1 শূন্যের চেয়ে বড় হবে, তখন আউটপুট উচ্চ হবে। এই পরিস্থিতিতে,

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

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

যখন উপরের শর্ত পূরণ হয়, তখন আউটপুট উচ্চ হবে। সুতরাং, এই সমীকরণটি উপরের থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ (VUT) এর মান দেয়।

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

এখন ধরা যাক যে, শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট উচ্চ। এবং ভোল্টেজ V সমান V2।

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

ভোল্টেজ V এর সমীকরণ থেকে।

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

যখন ভোল্টেজ V2 শূন্য এর চেয়ে কম হবে, তখন শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট নিম্ন হবে। এই অবস্থায়,

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

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

উপরের সমীকরণটি নিম্ন থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ (VLT) এর মান দেয়।

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

ট্রানজিস্টর ভিত্তিক শ্মিট ট্রিগার

শ্মিট ট্রিগার সার্কিটটি দুইটি ট্রানজিস্টরের সাহায্যে ডিজাইন করা যেতে পারে। ট্রানজিস্টর ভিত্তিক শ্মিট ট্রিগারের সার্কিট ডায়াগ্রাম নিচে দেওয়া হলো।

Vin = ইনপুট ভোল্টেজ
Vref = রেফারেন্স ভোল্টেজ = 5V

ধরা যাক, শুরুতে ইনপুট ভোল্টেজ Vin শূন্য। ইনপুট ভোল্টেজটি ট্রানজিস্টর T1 এর বেসে দেওয়া হয়। এই অবস্থায়, ট্রানজিস্টর T1 কাটঅফ অঞ্চলে কাজ করে এবং এটি অপরিবাহী থাকে।

Va এবং Vb নোড ভোল্টেজ। রেফারেন্স ভোল্টেজ 5V দেওয়া হয়। তাই, আমরা ভোল্টেজ ডিভাইডার নিয়ম দ্বারা Va এবং Vb এর মান গণনা করতে পারি।

ভোল্টেজ Vb ট্রানজিস্টর T2-এর বেসে দেওয়া হয়। এবং এটি ১.৯৮V। তাই, ট্রানজিস্টর T2 পরিচালিত হচ্ছে। এবং এর কারণে, শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট কম। এমিটারে ভোল্টেজ ড্রপ প্রায় ০.৭V। তাই, ট্রানজিস্টরের বেসের ভোল্টেজ ১.২৮V।

ট্রানজিস্টর T2-এর এমিটার ট্রানজিস্টর T1-এর এমিটারের সঙ্গে সংযুক্ত। তাই, উভয় ট্রানজিস্টর ১.২৮V-তে একই স্তরে পরিচালিত হয়।

এটি অর্থ হচ্ছে, ট্রানজিস্টর T1 পরিচালিত হবে যখন ইনপুট ভোল্টেজ ১.২৮V-এর ০.৭V বেশি বা ১.৯৮V (১.২৮V + ০.৭V) এর বেশি হবে।

এখন, আমরা ইনপুট ভোল্টেজ ১.৯৮V-এর বেশি করি, এবং ট্রানজিস্টর T1 পরিচালিত হবে। এটি ট্রানজিস্টর T2-এর বেসের ভোল্টেজ ড্রপ করে এবং এটি ট্রানজিস্টর T2 কেটে দেয়। এবং এর কারণে, শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট উচ্চ।

ইনপুট ভোল্টেজ কমতে শুরু করে। ট্রানজিস্টর T1 কেটে যাবে যখন ইনপুট ভোল্টেজ ১.৯৮V-এর ০.৭V কম হবে এবং এটি ১.২৮V হবে। এই শর্তে, ট্রানজিস্টর T2 রেফারেন্স ভোল্টেজ থেকে যথেষ্ট ভোল্টেজ পাবে, এবং এটি চালু হবে। এটি শ্মিট ট্রিগারের আউটপুট কম করে।

তাই, এই শর্তে, আমাদের দুটি থ্রেশহোল্ড রয়েছে, একটি নিম্ন থ্রেশহোল্ড ১.২৮V এবং একটি উচ্চ থ্রেশহোল্ড ১.৯৮V।

শ্মিট ট্রিগার অসিলেটর

শ্মিট ট্রিগারকে একটি অসিলেটর হিসাবে ব্যবহার করা যায় একটি একক RC ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট সংযুক্ত করে। শ্মিট ট্রিগার অসিলেটরের সার্কিট ডায়াগ্রাম নিচের চিত্রে দেখানো হলো।

বর্তনীর আউটপুট একটি সম্পূর্ণ বর্গাকার তরঙ্গ। এবং তরঙ্গের ফ্রিকোয়েন্সি R, C এবং শ্মিট ট্রিগারের থ্রেশহোল্ড বিন্দুর মানের উপর নির্ভর করে।

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

এখানে k একটি ধ্রুবক এবং এর মান 0.2 থেকে 1 এর মধ্যে হয়।

CMOS শ্মিট ট্রিগার

সাধারণ সিগনাল ইনভার্টার বর্তনী ইনপুট সিগনালের বিপরীত আউটপুট সিগনাল দেয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি ইনপুট সিগনালটি উচ্চ হয়, তাহলে সাধারণ ইনভার্টার বর্তনীর আউটপুট সিগনালটি নিম্ন হবে। কিন্তু যদি ইনপুট সিগনালে স্পাইক (নয়জ) থাকে, তাহলে আউটপুট সিগনাল স্পাইকের উপর প্রতিক্রিয়া দেবে। যা আমরা চাই না। তাই, CMOS শ্মিট ট্রিগার ব্যবহার করা হয়।

সাধারণ সিগনাল ইনভার্টার বর্তনীর তরঙ্গরূপ

প্রথম তরঙ্গরূপে ইনপুট সিগনালে কোন নয়জ নেই। তাই, আউটপুট সুন্দর। কিন্তু দ্বিতীয় চিত্রে, ইনপুট সিগনালে কিছু নয়জ আছে। আউটপুটও এই নয়জের উপর প্রতিক্রিয়া দেখাচ্ছে। এই অবস্থা এড়াতে, CMOS শ্মিট ট্রিগার ব্যবহার করা হয়।

নিম্নলিখিত বর্তনী চিত্র দেখায় যে কিভাবে CMOS শ্মিট ট্রিগার গঠিত হয়। CMOS শ্মিট ট্রিগার 6টি ট্রানজিস্টর নিয়ে গঠিত, যার মধ্যে PMOS এবং NMOS ট্রানজিস্টর রয়েছে।

প্রথমে, আমাদের জানতে হবে, PMOS এবং NMOS ট্রানজিস্টর কী? PMOS এবং NMOS ট্রানজিস্টরের প্রতীকগুলি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে।

NMOS ট্রানজিস্টর VG যখন VS বা VD এর চেয়ে বড় হয়, তখন চালু হয়। এবং PMOS ট্রানজিস্টর VG যখন VS বা VD এর চেয়ে ছোট হয়, তখন চালু হয়। CMOS শ্মিট ট্রিগারে, একটি PMOS এবং একটি NMOS ট্রানজিস্টর সাধারণ ইনভার্টার বর্তনীতে যোগ করা হয়।

প্রথম ক্ষেত্রে, ইনপুট ভোল্টেজ উচ্চ। এই অবস্থায়, PN ট্রানজিস্টর চালু এবং NN ট্রানজিস্টর বন্ধ। এবং এটি নোড-এর জন্য গ্রাউন্ডের পথ তৈরি করে। ফলে, CMOS Schmitt trigger এর আউটপুট শূন্য হবে।

দ্বিতীয় ক্ষেত্রে, ইনপুট ভোল্টেজ উচ্চ। এই অবস্থায়, NN ট্রানজিস্টর চালু এবং PN ট্রানজিস্টর বন্ধ। এটি নোড-বির জন্য VDD (উচ্চ) ভোল্টেজের পথ তৈরি করবে। ফলে, CMOS Schmitt trigger এর আউটপুট উচ্চ হবে।

Schmitt Trigger এর ব্যবহার

Schmitt trigger এর ব্যবহারগুলি নিম্নরূপ।

Schmitt trigger সাইন ওয়েভ এবং ত্রিভুজ ওয়েভকে বর্গাকার ওয়েভে রূপান্তর করতে ব্যবহার হয়।
Schmitt triggers এর সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহার হল ডিজিটাল সার্কিটে শব্দ অপসারণ করা।
এটি ফাংশন জেনারেটর হিসাবেও ব্যবহার হয়।
এটি অসিলেটর বাস্তবায়নে ব্যবহার হয়।
Schmitt triggers এবং RC সার্কিট সুইচ ডিবাউন্সিং হিসাবে ব্যবহার হয়।

সূত্র: Electrical4u.

বিবৃতি: মূল সংবেদনশীল, ভাল নিবন্ধ শেয়ার করার মতো, যদি কোনও লঙ্ঘন থাকে তাহলে মুছে ফেলার জন্য যোগাযোগ করুন।

লেখককে টিপ দিন এবং উৎসাহ দিন

থিম:

সার্কিট তত্ত্ব

স্কমিট ট্রিগার

বিশেষজ্ঞদের সম্পর্কে

Electrical4u

China