Trigger de Schmitt: Què és i com funciona?

Camp: Electricitat bàsica

China

Què és un disparador de Schmitt?

Un disparador de Schmitt és un circuit comparador amb histèresi implementada aplicant retroalimentació positiva a l'entrada no inversora d'un comparador o amplificador diferencial amplificador. Un disparador de Schmitt utilitza dos llindars d'entrada diferents per evitar el soroll en el senyal d'entrada. L'acció d'aquest doble llindar és coneguda com a histèresi.

El disparador de Schmitt va ser inventat pel científic americà Otto H Schmitt el 1934.

El comparador normal només conté un senyal de llindar. I compara el senyal de llindar amb un senyal d'entrada. Però, si el senyal d'entrada té soroll, pot afectar el senyal de sortida. a schmitt trigger.png

En la figura anterior, a causa del soroll en les ubicacions A i B, el senyal d'entrada (V1) supera el nivell del senyal de referència (V2). Durant aquest període, V1 és menor que V2 i la sortida és baixa.

Per tant, la sortida del comparador està afectada pel soroll en el senyal d'entrada. I el comparador no està protegit contra el soroll.

La paraula "trigger" al nom "disparador de Schmitt" prové del fet que la sortida manté el seu valor fins que la entrada varia suficientment per "activar" un canvi.

Com funciona un disparador de Schmitt?

El disparador de Schmitt proporciona resultats adequats encara que el senyal d'entrada tingui soroll. Utilitza dos voltatges de llindar; un és el voltatge de llindar superior (VUT) i el segon és el voltatge de llindar inferior (VLT).

La sortida del disparador de Schmitt roman baixa fins que el senyal d'entrada supera el VUT. Un cop el senyal d'entrada supera aquest límit VUT, la sortida del disparador de Schmitt roman alta fins que el senyal d'entrada es troba per sota del nivell de VLT.

Entenem el funcionament del disparador de Schmitt amb un exemple. Aquí assumim que la entrada inicial és zero.

Efecte del soroll amb un disparador de Schmitt

Aquí, hem assumit que la senyal d'entrada inicial és zero i augmenta gradualment com es mostra a la figura superior.

La senyal de sortida del disparador de Schmitt roman baixa fins al punt A. Al punt A, la senyal d'entrada supera el nivell del llindar superior (VUT) i produeix una senyal de sortida alta.

La senyal de sortida roman alta fins al punt B. Al punt B, la senyal d'entrada baixa per sota del llindar inferior. I això fa que la senyal de sortida sigui baixa.

I de nou, al punt C, quan la senyal d'entrada supera el llindar superior, la sortida és alta.

En aquesta condició, podem veure que la senyal d'entrada és sorollosa. Però el soroll no afecta la senyal de sortida.

Circuit de disparador de Schmitt

El circuit de disparador de Schmitt utilitza retroalimentació positiva. Per tant, aquest circuit també es coneix com a circuit comparador regeneratiu. El circuit de disparador de Schmitt es pot dissenyar amb l'ajuda de amplificador operacional i transistor. I es classifica com:

Disparador de Schmitt basat en amplificador operacional
Disparador de Schmitt basat en transistor

Disparador de Schmitt basat en amplificador operacional

El circuit de disparador de Schmitt es pot dissenyar utilitzant un amplificador operacional de dues maneres. Si la senyal d'entrada està connectada al punt inversor de l'amplificador operacional, es coneix com a disparador de Schmitt inversor. I si la senyal d'entrada està connectada al punt no inversor de l'amplificador operacional, es coneix com a disparador de Schmitt no inversor.

Disparador de Schmitt inversor

En aquest tipus de disparador de Schmitt, la entrada es dóna al terminal inversor de l'amplificador operacional. I la retroalimentació positiva des de la sortida cap a la entrada.

Ara, entenguem com funciona aquest circuit. Al punt A, el voltatge és V i el voltatge aplicat (voltatge d'entrada) és Vin. Si el voltatge aplicat Vin és més gran que V, la sortida del circuit serà baixa. I si el voltatge aplicat Vin és menor que V, la sortida del circuit serà alta.

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

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

Ara, calculem l'equació de V.

Aplicant la Llei de corrent de Kirchhoff (KCL),

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

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

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

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

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

Ara, suposem que la sortida del disparador de Schmitt és alta. En aquesta condició,

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

Així, a partir de l'equació anterior;

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

Quan la senyal d'entrada és més gran que el V1, la sortida del disparador Schmitt esdevindrà baixa. Per tant, V1 és un voltatge de llindar superior (VUT).

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

La sortida es mantindrà baixa fins que la senyal d'entrada sigui menor que V. Quan la sortida del disparador Schmitt és baixa, en aquesta condició,

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

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

Ara, la sortida roman a nivell alt fins que la senyal d'entrada és menor que V2. Per tant, V2 es coneix com a tensió de llindar inferior (VLT).

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

Trigger de Schmitt no invertit

En el trigger de Schmitt no invertit, la senyal d'entrada s'aplica al terminal no invertit de l'Op-Amp. I es proporciona retroalimentació positiva des de la sortida cap a la entrada. El terminal invertit de l'Op-Amp està connectat al terminal de terra. El diagrama del circuit del trigger de Schmitt no invertit es mostra a continuació.

En aquest circuit, la sortida del trigger de Schmitt serà alta quan la tensió V sigui més gran que zero. I la sortida serà baixa quan la tensió V sigui menor que zero.

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

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

Ara, trobem l'equació de la tensió V. Per a això, apliquem KCL en aquest node.

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

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

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

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

Ara, assumim que la sortida de l'Op-Amp és baixa. Per tant, la tensió de sortida del disparador de Schmitt és VL. I la tensió V és igual a V1.

En aquesta condició,

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

De l'equació anterior,

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

Quan el voltatge V1 és més gran que zero, la sortida serà alta. En aquesta condició,

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

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

Quan es compleix aquesta condició, la sortida serà alta. Per tant, aquesta equació dóna el valor del voltatge de llindar superior (VUT).

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

Ara assumim que la sortida del disparador Schmitt és alta. I el voltatge V és igual a V2.

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

A partir de l'equació de tensió V.

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

La sortida del disparador Schmitt esdevindrà baixa quan la tensió V2 sigui menor que zero. En aquesta condició,

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

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

La equació anterior dóna el valor de la tensió de llindar inferior (VLT).

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

Disparador de Schmitt basat en transistors

El circuit del disparador de Schmitt es pot dissenyar amb l'ajuda de dos transistors. El diagrama del circuit del disparador de Schmitt basat en transistors es mostra a continuació.

Vin = tensió d'entrada
Vref = Tensió de referència = 5V

Suposem que, al començament, la tensió d'entrada Vin és zero. La tensió d'entrada es dóna a la base del transistor T1. Per tant, en aquesta condició, el transistor T1 opera en la regió de tall i roman no conductor.

Va i Vb són les tensions dels nodes. La tensió de referència és de 5V. Així, podem calcular els valors de Va i Vb mitjançant la regla del divisor de tensió.

La tensió Vb es dóna a la base del transistor T2. I és de 1,98V. Per tant, el transistor T2 està conduint. I degut a això, la sortida del disparador de Schmitt és baixa. La caiguda a l'emissor és d'uns 0,7V. Així, la tensió a la base del transistor és de 1,28V.

L'emissor del transistor T2 està connectat amb l'emissor del transistor T1. Per tant, tots dos transistors funcionen al mateix nivell a 1,28V.

Això significa que el transistor T1 funcionarà quan la tensió d'entrada sigui 0,7V per sobre de 1,28V o més de 1,98V (1,28V + 0,7V).

Ara, augmentem la tensió d'entrada més de 1,98V, i el transistor T1 començarà a conduir. Això provoca una caiguda de tensió a la base del transistor T2 i aquest es tallarà. I degut a això, la sortida del disparador de Schmitt és alta.

La tensió d'entrada comença a disminuir. El transistor T1 es tallarà quan la tensió d'entrada sigui 0,7V inferior a 1,98V, és a dir, 1,28V. En aquesta condició, el transistor T2 rebrà una tensió suficient des de la tensió de referència, i s'activarà. Això fa que la sortida del disparador de Schmitt sigui baixa.

Per tant, en aquesta condició, tenim dos llindars, un llindar inferior a 1,28V i un llindar superior a 1,98V.

Oscil·lador de disparador de Schmitt

El disparador de Schmitt es pot utilitzar com a oscil l lator connectant un circuit integrat RC. El diagrama del circuit de l'oscil·lador de disparador de Schmitt es mostra a la figura següent.

La sortida del circuit és una ona quadrada contínua. I la freqüència de l'ona depèn del valor de R, C i el punt de llindar del disparador Schmitt.

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

On k és una constant i varia entre 0,2 i 1.

Disparador Schmitt CMOS

El circuit simple d'inversió de senyal dona una sortida oposada al senyal d'entrada. Per exemple, si el senyal d'entrada és alt, la sortida serà baixa per a un circuit inversor simple. Però si el senyal d'entrada té punxes (soroll), la sortida reaccionarà a aquestes punxes. Això no ho volem. Per tant, es fa servir el disparador Schmitt CMOS.

Forma d'ona del circuit d'inversió de senyal simple

En la primera forma d'ona, el senyal d'entrada no té soroll. Així que, la sortida és perfecta. Però en la segona figura, el senyal d'entrada té algun soroll. La sortida també reacciona a aquest soroll. Per evitar aquesta condició, es fa servir el disparador Schmitt CMOS.

El diagrama de circuit següent mostra la construcció del disparador Schmitt CMOS. El disparador Schmitt CMOS consta de 6 transistors, inclosos transistors PMOS i NMOS.

Primer, hem de saber què són els transistors PMOS i NMOS. Els símbols dels transistors PMOS i NMOS es mostren en la figura següent.

El transistor NMOS condueix quan VG és més gran que VS o VD. I el transistor PMOS condueix quan VG és menor que VS o VD. En el disparador Schmitt CMOS, s'afegeix un transistor PMOS i un transistor NMOS a un circuit inversor simple.

En el primer cas, la tensió d'entrada és alta. En aquesta condició, el transistor PN està EN i el transistor NN està TANCAT. I crea un camí cap a terra per al node-A. Per tant, la sortida del disparador de Schmitt CMOS serà zero.

En el segon cas, la tensió d'entrada també és alta. En aquesta condició, el transistor NN està EN i el transistor PN està TANCAT. Crearà un camí cap a la tensió VDD (Alta) per al node-B. Per tant, la sortida del disparador de Schmitt CMOS serà alta.

Aplicacions del Disparador de Schmitt

Les aplicacions del disparador de Schmitt són les següents.

El disparador de Schmitt s'utilitza per convertir ones sinusoidals i triangulars en ones quadrades.
L'ús més important dels disparadors de Schmitt és eliminar soroll en circuits digitals.
També s'utilitza com a generador de funcions.
S'utilitza per implementar un oscil·lador.
Els disparadors de Schmitt amb el circuit RC s'utilitzen per a l'eliminació de rebotes en els commutadors.

Font: Electrical4u.

Declaració: Respecte l'original, articles bons mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per esborrar.

Dona una propina i anima l'autor

Temes:

Teoria del circuit

Trigger de Schmitt

Sobre experts

Electrical4u

China