Schmitt Trigger: Zer da eta Nola Funtzionatzen Du?

Eremua: Elektrizitate Oinarrizko

China

Zer da Schmitt Trigger?

Schmitt Trigger konparatzaile zirkulu bat da histeresisarekin, non feedback positiboa aplikatzen den konparatzaile baten edo diferentzialaren sarrera ez aldatuari. Schmitt Trigger bi sarrerako maila desberdinetan oinarritzen da, input signalaren sor lehortasuna saihesteko. Dual-threshold honek histeresia deitzen zaio.

Schmitt Trigger 1934an sortu zuen Amerikar zientzialari Otto H Schmitt.

Konparatzaile arrunta soilik sinal bat ditu, eta hori sinal sarrerarekin konparatzen du. Baina, sinal sarrerak soinu baldin badu, horrek ahal da output signalari eragin. a schmitt trigger.png

Irudian, A eta B kokapenean, sinal sarrera (V1) sinal erreferentziaren (V2) maila gainditzen du. Orduan, V1 V2 baino txikiagoa da eta output baxua da.

Beraz, konparatzailearen output sinal sarrerako soinuaren eragina jaso du. Konparatzailea ez da babestua soinutik.

“Trigger” izena “Schmitt Trigger”-rengandik dator, output balioa mantentzen duela, sinal sarrerak aldaketarik handi bat egiten duenean.

Zer moduan funtzionatzen du Schmitt Trigger?

Schmitt trigger emaitz zuzenak ematen ditu, sinal sarrerak soinu baldin badu ere. Bi sinal mugatzaile erabiltzen ditu: bat gora mugarra (VUT) eta bigarrena behe mugarra (VLT).

Schmitt triggerren output baxua mantendu egingo da, sinal sarrera VUT gainditu arte. Sinal sarrera VUT gainditu ondoren, Schmitt triggerren output sinal altua mantenduko da, sinal sarrera VLT azpitik dagoen bitartean.

Schmitt triggerraren lanbideari adieraziko diegu adibide batekin. Asumituko dugu, hasieran sinal sarrera zero dela.

Schmitt Trigger-aren sorburu efektua

Hemen, aurreko irudian erakusten den bezala, jatorrizko sarrera seinalea zero dela onartzen dugu eta bertan behera doanean graduak garrantzitsuagoak dira.

Schmitt Trigger-aren irteera seinalea A puntuan gorabehera mantentzen da. A puntuan, sarrera seinalea gainontzeko ezaugarri-maila (VUT) gainditzen du eta irteera seinalea handia bihurtzen da.

Irteera seinalea B punturaino handia mantentzen da. B puntuan, sarrera seinalea beheko ezaugarri-maila gainditzen du. Horrek irteera seinalea baxua egiten du.

Eta berriro C puntuan, sarrera seinalea gainontzeko ezaugarri-maila gainditzen denean, irteera handia da.

Egoeran honetan ikus dezakegu sarrera seinalea sorburua dela. Baina sorburuak ez ditu irteera seinaleari eraginik ematen.

Schmitt Trigger-aren zirkuitua

Schmitt Trigger-aren zirkuituak positiboki itzultzen du. Beraz, zirkuitu hau regeneratiboki konparatzaile zirkuitu gisa ere ezagutzen da. Schmitt Trigger zirkuitua Op-Amp eta Transistorren laguntzaz diseinatu daiteke. Hona hemen bere klaseak:

Op-amp oinarritutako Schmitt trigger
Transistor oinarritutako Schmitt trigger

Op-amp oinarritutako Schmitt trigger

Schmitt trigger zirkuitua Op-Amp-en laguntzaz bi modutan diseinatu daiteke. Sarrera seinalea Op-Amp-ren inbertitze puntuarekin konektatuta badago, Inbertitutako Schmitt Trigger deritzo. Sarrera seinalea Op-Amp-ren inbertitu gabeko puntuarekin konektatuta badago, Inbertitu gabeko Schmitt Trigger deritzo.

Inbertitutako Schmitt Trigger

Honetan motzaren kasuan, sarrera op-ampen alderantzizko terminalera ematen da. Eta irteeratik sarrerara joan ohi den feedback positiboa.

Orain, ulertzeko nola funtzionatzen du zirkuitu hau. Puntuan A, tensioa V da eta aplikatutako tensioa (sarrera-tensioa) Vin da. Aplikatutako tensioa Vin handiagoa bada V baino, zirkuituko irteera baxua izango da. Baina, aplikatutako tensioa Vin txikiagoa bada V baino, zirkuituko irteera altua izango da.

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

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

Orain, kalkulatu V-ren ekuazioa.

Aplikatuta Kirchhoff-en Kurruntu Legea (KCL),

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

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

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

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

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

Orain, aitzaki Schmittaren irteera altua dela suposatzen dugu. Baldintza honetan,

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

Beraz, aurreko ekuazioan ikus daitekeen bezala;

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

Sarrera seinalea V1 baino handiagoa denean, Schmitt trigger-en irteera baxuko egongo da. Beraz, V1 goi itsaso tensioa (VUT) da.

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

Irteera baxuko mantenduko da sarrera seinalea V baino txikiagoa den bitartean. Schmitt trigger-en irteera baxua denean, hau da,

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

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

Orain, irteera handia mantentzen da sinala sarrerakoena V2 baino txikiagoa den bitartean. Beraz, V2 beherako tensio muga (VLT) gisa ezagutzen da.

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

Non-Inverting Schmitt Trigger

Inbertsio gabeko Schmitt trigger-en, sinala sarrera bat Op-Amp-ren inbertsio gabeko bornara aplikatzen da. Feedback positiboa aplikatzen da irteeratik sarrerara. Op-Amp-ren inbertsioko borna konektatuta dago lurrarekin. Inbertsio gabeko Schmitt triggeren zirkuitu diagrama hurrengo irudian erakusten da.

Zirkuitu honetan, Schmitt triggeren irteera altua izango da V tensioa zero baino handiagoa denean. Irteera baxua izango da V tensioa zero baino txikiagoa denean.

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

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

Orain, ekuazioa lortzeko V-tik hasten gara. Horretarako, KCL-a aplikatzen dugu erpin horretan.

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

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

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

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

Orain, suposatzen dugu op-amparen irteera baxua dela. Beraz, Schmitt triggerren tenperia irteerako VL da. Eta V tenperatura V1 berdina da.

Egoeran honetan,

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

Aurreko ekuazioetatik,

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

Kotxe V1 zero baino handiagoa denean, irteera altua izango da. Eta baldintza hauetan,

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

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

Baldintza hau betetzen denean, irteera altua izango da. beraz, ekuazio honek goiko muga-tentsioaren (VUT) balioa ematen du.

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

Orain suposatu Schmitt triggeren irteera altua dela. Eta V tentsioa V2-rekin bat datozen.

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

Ekuazioaren batasuneko tensioa V.

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

Schmitt triggeren irteera baxua bihurtuko da V2 zero baino txikiagoa denean. Baldintza honetan,

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

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

Aurreko ekuazioak beheko inguruko tensioaren (VLT) balioa ematen du.

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

Transistor based Schmitt Trigger

Schmitt trigger zirkuitua bi transistorrekin diseinatu daiteke. Transistor batean oinarritutako Schmitt trigger zirkuituaren diagrama azpiko zirkuituan agertzen da.

Vin = sarrera tensioa
Vref = Erreferentziako tensioa = 5V

Eskuz, hastapenean, sarrera tensioa Vin zero dela suposatzen dugu. Sarrera tensioa T1 transistorraren basean ematen da. Beraz, hauetan, T1 transistorra ebaki egonkortasunean dago eta ez da gutxiagotzen.

Va eta Vb nodo tensioak dira. Erreferentziako tensioa 5V da. Beraz, Va eta Vbren balioak tensio-zatitzailearen araua erabiliz kalkula daitezke.

Tentsioa Vb emandatzen da trantsistor T2-ren oinarriari.Eta 1.98V da. Beraz, trantsistor T2 kondu egiten du. Honek Schmitt triggeren irteera baxua bihurtzen du. Emisoreko gorabehera hurbiltasunez 0.7V da. Beraz, trantsistoraren oinarriko tentsioa 1.28V da.

Trantsistor T2-ren emisorra trantsistor T1-ren emisorrekin konektatuta dago. Beraz, bi trantsistorek 1.28V-n antolatzen dira.

Honek esan nahi du trantsistor T1-ak kondu egingo du sarrerako tentsioa 1.28V-tik 0.7V gehiagotan edo 1.98V (1.28V + 0.7V) baino gehiagotan denean.

Orain, sarrerako tentsioa 1.98V baino gehiago handituz, trantsistor T1-ak hasten du kondu egitea. Honek trantsistor T2-ren oinarriko tentsiorako gorabehera eragiten dio eta trantsistor T2-a itxita geratzen da. Honek Schmitt triggeren irteera altua bihurtzen du.

Sarrerako tentsioa hasi ditu txikitzea. Trantsistor T1-ak itxi egingo du sarrerako tentsioa 1.98V-tik 0.7V gutxiago denean, hau da 1.28V. Baldintza honetan, trantsistor T2-ak erreferentziako tentsiotik tentsio nahikoa hartzen du eta pizten da. Honek Schmitt triggeren irteera baxua bihurtzen du.

Beraz, baldintza honetan, bi muga ditugu, 1.28V-ko mugaraia beheko eta 1.98V-ko mugaraia goiko.

Schmitt Trigger Osciladorea

Schmitt Trigger bat os ci lador gisa erabil daiteke RC integrazio zirkuitu bakarra konektatuz. Schmitt trigger osiladorearen zirkuitu-diagrama azpian agertzen den irudian ikus daiteke.

Zirkuituaren irteera ondo jarraitzen duen karratu-formako ondare bat da. Ondarearen maiztasuna R, C eta Schmitt Trigger-en threshold puntua balioak ditu.

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

Non k konstantea den eta 0.2 eta 1 artean dago.

CMOS Schmitt Trigger

Sinplea signal inbertsore zirkuituak sarrera-signalaren aurkako irteerako signal bat ematen du. Adibidez, sarrera-signalak altua bada, sinplea inbertsore zirkuitu batean irteera-signalak baxua izango da. Baina sarrera-signalak pikak (noise) baditu, irteera-signalak piketan aldatuko da. Hori ez dugu nahi. Beraz, CMOS Schmitt trigger erabiltzen da.

Sinplea Signal Inverter Zirkuituaren Ondarea

Lehenengo ondarean, sarrera-signalak ez du noise. Beraz, irteera perfektua da. Baina bigarren irudian, sarrera-signalak noise bat du. Irteera ere reaktatzen da noise horri. Hala ez egiteko, CMOS Schmitt trigger erabiltzen da.

Azpiko zirkuitu-diagramak CMOS Schmitt trigger-en eraikuntza erakusten du. CMOS Schmitt Trigger-en PMOS eta NMOS tranzistor 6 ditu.

Lehenengo, PMOS eta NMOS tranzistor gaitik zer diren jakin behar dugu. PMOS eta NMOS tranzistorren ikurra azpiko irudian dago.

NMOS tranzistorea VG VS edo VD baino handiagoa denean kondutzen du. PMOS tranzistorea VG VS edo VD baino txikiagoa denean kondutzen du. CMOS Schmitt trigger-en, PMOS eta NMOS tranzistor bat gehitzen dira sinplea inbertsore zirkuituan.

Lehen kasuan, sarrerako tentsioa altua da. Hala bertsioan, PN trantsistorea IGARO eta NN trantsistorea ITZALI. Horrek A erpinari zati-lerro bat sortzen dio. Beraz, CMOS Schmitt triggeren irteera zero izango da.

Bigarren kasuan, sarrerako tentsioa altua da. Hala bertsioan, NN trantsistorea IGARO eta PN trantsistorea ITZALI. Horrek B erpinari VDD (Altua) tentsiora zati-lerro bat sortuko du. Beraz, CMOS Schmitt triggeren irteera altua izango da.

Schmitt Triggeren Aplikazioak

Schmitt triggeren aplikazioak hauek dira.

Schmitt trigger sinusoideko eta triangelu itinerako tentzio-formak karratu formetara bihurtzeko erabiltzen da.
Schmitt triggeren aplikazio garrantzitsuenetako bat digitaletako zirkuituetan sorotzailea kendeko duela da.
Funtzio generatzaile gisa ere erabiltzen da.
Osiladore bat burutzeko ere erabil daiteke.
Schmitt trigger RC zirkuituarekin (RC zirkuitua) sakatzailearen debouncing egiteko erabiltzen da.

Iturria: Electrical4u.

Esaldiak: Jasangarri jaso, ondoren artikulu onak elkarbanatzeko balio dute, infraktsioa badago mesedez ezabatzeko kontaktu.

Ordaintza ematea eta egilea bermatzea

Gaiak:

Kurkitu Teoria

Schmitt Trigger

Aditu espezialistak buruz

Electrical4u

China

Eskerrik eremintza

Basic Electrical

Artikulu profesionala

607