Schmitt Trigger: Mis see on ja kuidas see töötab?

Väli: Põhiline Elekter

China

Mis on Schmitt Trigger?

Schmitt Trigger on võrreluse tsirkuit, mis kasutab hystereesi, mille rakendatakse võrreldes tsirkuiti või diferentsiaalse veritaja positiivse tagasisidega. Schmitt Trigger kasutab kahte erinevat piirsignaali, et vältida müra sisendsignaalil. See kaheastmelisus on tuntud kui hysterees.

Schmitt Trigger leiutas aastal 1934 Ameerika teadlane Otto H Schmitt.

Tavaline võrreldes tsirkuit sisaldab ainult üht piirsignaali ja võrdleb seda sisendsignaaliga. Kui sisendsignalil on müra, võib see mõjutada väljundsignaalit. a schmitt trigger.png

Ülaloleval joonisel on müra asukohtades A ja B, kus sisendsignal (V1) ületab viitesignaali (V2) taseme. Sel perioodil on V1 väiksem kui V2 ja väljund on madal.

Seetõttu on võrreldes tsirkuiti võrreldes tsirkuit väljund müra tõttu sisendsignaalil ja võrreldes tsirkuit ei ole müra eest kaitstud.

Nimi "Schmitt Trigger" tuleb sellest, et väljund säilitab oma väärtuse, kuni sisend muutub piisavalt, et "aktiviseerida" muutust.

Kuidas töötab Schmitt Trigger?

Schmitt Trigger annab õiged tulemused isegi siis, kui sisendsignal on mürgiline. See kasutab kahte piirspinget: üks on ülemine piirspinge (VUT) ja teine alumine piirspinge (VLT).

Schmitt Triggeri väljund jääb madalaks, kuni sisendsignal ületab VUT. Kui sisendsignal ületab selle limiidi VUT, jääb Schmitt Triggeri väljund signaal kõrgeks, kuni sisendsignal on alla VLT tasemel.

Hägustame Schmitt Triggeri toimimist näite abil. Eeldame, et algne sisend on null.

Märgise mõju Schmitti triigiga

Siin on eeldatud, et algne sissevoolu signaal on null ja see suureneb aeglaselt nagu ülal olevas joonisel näidatud.

Schmitti triigi väljundsignaal jääb madalaks kuni punktini A. Punktis A ületab sissevoolu signaal ülemise piiri (VUT) ja see tekitab kõrge väljundsignaal.

Väljundsignaal jääb kõrgeks kuni punktini B. Punktis B langedab sissevoolu signaal alla alumist piiri. See tekitab madala väljundsignaali.

Ja uuesti, punktis C, kui sissevoolu signaal ületab ülemise piiri, on väljund kõrge.

Selles olukorras saame näha, et sissevoolu signaal on mürine. Kuid mürilt ei mõjuta väljundsignaali.

Schmitti triigi ringlus

Schmitti triigi ringlus kasutatakse positiivset tagasisidet. Seetõttu tuntakse seda ringlust ka taastavate võrdlusringlina. Schmitti triigi ringlust saab disainida Op-Amp ja transistori abil. Ja see jaguneb järgmiselt:

Op-Ampi põhine Schmitti triigi ringlus
Transistori põhine Schmitti triigi ringlus

Op-Ampi põhine Schmitti triigi ringlus

Schmitti triigi ringlust saab disainida Op-Ampi abil kahel viisil. Kui sissevoolu signaal on ühendatud Op-Ampi inversioonipunkti, nimetatakse seda Inversiooniliseks Schmitti triigiks. Ja kui sissevoolu signaal on ühendatud Op-Ampi non-inversioonipunkti, nimetatakse seda Non-inversiooniliseks Schmitti triigiks.

Inversiooniline Schmitti triigi ringlus

Sellises Schmitti triigis antakse sisend operaatoramplifikaatori invertierival sissepääsul. Ja positiivne tagasiside tuleb väljundist sisendile.

Nüüd mõistame, kuidas see tsükkel töötab. Punktil A on pingena V ja rakendatud pinge (sisendpinge) on Vin. Kui rakendatud pinge Vin on suurem kui V, siis tsükli väljund on madal. Ja kui rakendatud pinge Vin on väiksem kui V, siis tsükli väljund on kõrge.

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

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

Nüüd arvutame V võrrandi.

Rakendades Kirchhoffi vooluseadust (KCL),

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

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

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

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

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

Nüüd eeldame, et Schmitt-tripiga väljund on kõrge. Sellisel korral

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

Nii, ülaloleva võrrandist saame:

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

Kui sissetulev signaal on suurem kui V1, siis Schmitt-trigri väljund muutub madalaks. Seega on V1 ülemine piirispänna (VUT).

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

Väljund jääb madalaks, kuni sissetulev signaal on väiksem kui V. Kui Schmitt-trigri väljund on madal, siis selles tingimusel,

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

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

Nüüd jääb väljund kõrgeks, kuni sisendsignaal on väiksem kui V2. Seega tuntakse V2 kui alumine limiitvool (VLT).

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

Ei-inverteeriv Schmitt-trigga

Ei-inverteeriva Schmitt-trigga puhul antakse sisendsignaal Op-Ampi ei-inverteerival sisse. Positiivne tagasiside rakendatakse väljundist sisendile. Op-Ampi inverteeriv sisse on ühendatud maapinna terminaliga. Ei-inverteeriva Schmitt-trigga skemaatiline joonise kujul on järgmine.

Selles tsirkuis on Schmitt-trigga väljund kõrge, kui voltmeter V on suurem kui null. Ja väljund on madal, kui voltmeter V on väiksem kui null.

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

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

Nüüd leiame spikkel V võrrandi. Selleks rakendame KCL sellel solmnud.

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

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

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

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

Nüüd eeldame, et operaatoripõhise kõrvaltulek on madal. Seega on Schmitti triigri väljundvool VL. Ja vool V on võrdne V1.

Selles olukorras,

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

Eelnevast võrrandist saame,

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

Kui vool V1 on suurem kui null, siis väljund on kõrge. Sellel tingimusel,

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

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

Kui ülaltoodud tingimus on rahuldatud, siis väljund on kõrge. Seega, see võrrand annab ülemise piirmääravolti (VUT) väärtuse.

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

Nüüd eeldame, et Schmitti triigi väljund on kõrge. Ja vool V on võrdne V2.

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

Voolt V-i võrrandist.

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

Schmitt-trigri väljund saab madalaks, kui vool V2 on väiksem nullist. Sellisel juhul,

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

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

Ülalpool toodud võrrand annab alumise piirspäina (VLT) väärtuse.

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

Tranzistoripõhine Schmitti triiger

Schmitti triigeri skema saab kujundada kahe tranzistori abil. Tranzistoripõhise Schmitti triigeri skema on näidatud järgmisel joonisel.

Vin = sissetulev späin
Vref = viitessäde = 5V

Eeldame, et alguses on sissetulev späin Vin null. Sissetulev späin antakse tranzistori T1 baasile. Seega selles olukorras töötab tranzistor T1 lõikamispiirkonnas ja see ei juhtivat.

Va ja Vb on solmuspäinad. Viitessäde on antud 5V. Seega saame arvutada Va ja Vb väärtused voltaga jagamise reegli abil.

Spannings Vb antakse tranzistori T2 baasile. See on 1,98V. Seega, tranzistor T2 juhib läbi. Selle tulemuseks on Schmitt-trigri väljund madal. Emiitoril on umbes 0,7V langus. Seega on tranzistori baasi pingel 1,28V.

Tranzistori T2 emiitor on ühendatud tranzistori T1 emiitoriga. Seetõttu töötab mõlemad tranzistord sama tasemel 1,28V.

See tähendab, et tranzistor T1 töötab, kui sisendpinge on 0,7V kõrgem kui 1,28V või rohkem kui 1,98V (1,28V + 0,7V).

Nüüd suurendame sisendpinget rohkem kui 1,98V, ja tranzistor T1 hakkab läbi juhtima. See põhjustab tranzistori T2 baasi pinge languse ja see lõpetab tranzistori T2 töö. Selle tulemuseks on Schmitt-trigri väljund kõrge.

Sisendpinge hakkab vähenema. Tranzistor T1 lõpetab töö, kui sisendpinge on 0,7V vähem kui 1,98V ja see on 1,28V. Sellisel olukorral saab tranzistor T2 piisavalt pinget viitepingest, ja see lülitub sisse. See muudab Schmitt-trigri väljundi madalaks.

Seega, sellisel olukorral on meil kaks künnist, alumine künnis 1,28V ja ülemine künnis 1,98V.

Schmitt-trigri ostsillaator

Schmitt-trigrit saab kasutada oskillaatorina, ühendades selle ühe RC-integreeritud skeemiga. Schmitt-trigri ostsillaatori skeem on näidatud järgmisel joonisel.

Tsükli väljund on pidev ruutlaine. Lainekuju sagedus sõltub R, C ja Schmitt Triggeri limiitpunktist.

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

Kui k on konstant ja see võib olla vahemikus 0,2 kuni 1.

CMOS Schmitt Trigger

Lihtne signaaliinverterite süsteem annab vastandse väljundsignaali sisendsignaalist. Näiteks, kui sisendsignaal on kõrge, siis väljundsignaal on madal lihtsa inverterite süsteemi puhul. Kui sisendsignaalil on šokid (mür), reageerib väljundsignaal šokile. Seda ei soovi. Seetõttu kasutatakse CMOS Schmitt Triggerit.

Lihtsa signaaliinverterite süsteemi lainekuju

Esimene lainekuju näitab, et sisendsignaalil puudub mür. Väljund on täiuslik. Teises joonisel on sisendsignaalil mür. Väljund reageerib ka sellele mürale. Selle tingimuse vältimiseks kasutatakse CMOS Schmitt Triggerit.

Allpool näidatud skeem näitab CMOS Schmitt Triggeri ehitust. CMOS Schmitt Trigger koosneb 6 tranzistorist, sealhulgas PMOS ja NMOS tranzistoritest.

Peame esmalt teadma, mis on PMOS ja NMOS tranzistor. PMOS ja NMOS tranzistorite sümbolid on järgmisel joonisel.

NMOS tranzistor juhib, kui VG on suurem kui VS või VD. PMOS tranzistor juhib, kui VG on väiksem kui VS või VD. CMOS Schmitt Triggeris on lisatud üks PMOS ja üks NMOS tranzistor lihtsa inverterite süsteemi.

Esimeses juhul on sisendpinge kõrge. Sellisel korral on PN transistori olek sisse lülitatud ja NN transistori olek välja lülitatud. See loob massiga ühenduse punktile A. Seetõttu on CMOS Schmitt triigi väljund null.

Teises juhul on sisendpinge kõrge. Sellisel korral on NN transistori olek sisse lülitatud ja PN transistori olek välja lülitatud. See loob ühenduse punktile B pinge VDD (kõrge) suunas. Seetõttu on CMOS Schmitt triigi väljund kõrge.

Schmitt triigi rakendused

Schmitt triigi rakendused on järgmised.

Schmitt triig kasutatakse sinusoidaalse ja kolmnurga lainekuju teisendamiseks ruutlaineks.
Schmitt triigi kõige olulisem kasutus on digitaalsetes tsüklites müra eemaldamine.
Seda kasutatakse ka funktsioonide generaatorina.
Seda kasutatakse võnkuri realisatsiooniks.
Schmitt triigid koos RC tsükliga kasutatakse nupuvõtete debounsingiks.

Allikas: Electrical4u.

Avaldus: Austa algallikat, head artiklid väärt on jagamist, kui on tekkiv侵权内容已省略，以下是完整的翻译结果：

Schmitt triigi rakendused

Schmitt triigi rakendused on järgmised.

Schmitt triig kasutatakse sinusoidaalse ja kolmnurga lainekuju teisendamiseks ruutlaineks.
Schmitt triigi kõige olulisem kasutus on digitaalsetes tsüklites müra eemaldamine.
Seda kasutatakse ka funktsioonide generaatorina.
Seda kasutatakse võnkuri realisatsiooniks.
Schmitt triigid koos RC tsükliga kasutatakse nupuvõtete debounsingiks.

Allikas: Electrical4u.

Avaldus: Austa algallikat, head artiklid väärt on jagamist, kui on tekkivate autoriõiguste lõhkmine, siis palun kontaktige meiega selleks, et see kustutataks.

Anna vihje ja julgesta autorit!

Teemad:

Voolukiirguse teooria

Schmitti triiger

Ekspertide kohta

Electrical4u

China

Eraldusvaldkond

Basic Electrical

Professionaalne artikkel

607