Schmitt Trigger: Ano ito at Paano ito Gumagana?

Larangan: Pangunahing Elektrikal

China

Ano ang Schmitt Trigger?

Ang Schmitt Trigger ay isang circuit ng comparator na may hysteresis na inilapat sa pamamagitan ng pag-apply ng positibong feedback sa noninverting input ng comparator o differential amplifier. Ang Schmitt Trigger ay gumagamit ng dalawang iba't ibang threshold voltage level upang iwasan ang noise sa input signal. Ang aksyon mula sa dual-threshold na ito ay kilala bilang hysteresis.

Ang Schmitt Trigger ay inimbento ng Amerikanong siyentipiko na si Otto H Schmitt noong 1934.

Ang normal na comparator ay naglalaman lamang ng isang threshold signal. At ito ay nagsasalungat ng threshold signal sa isang input signal. Ngunit, kung ang input signal ay may noise, maaari itong makaapekto sa output signal. a schmitt trigger.png

Sa larawan sa itaas, dahil sa noise sa mga lugar na A at B, ang input signal (V1) ay lumampas sa antas ng reference signal (V2). Sa panahong ito, ang V1 ay mas mababa kaysa sa V2 at ang output ay mababa.

Kaya, ang output ng comparator ay naapektuhan ng noise sa input signal. At ang comparator ay hindi protektado mula sa noise.

Ang “trigger” sa pangalan ng “Schmitt Trigger” ay nagmumula sa katotohanan na ang output ay nakapapatuloy sa kanyang halaga hanggang ang input ay sapat na magbago upang “trigger” ang pagbabago.

Kamusta ang paggana ng Schmitt Trigger?

Ang Schmitt trigger ay nagbibigay ng tamang resulta kahit na ang input signal ay may noise. Ito ay gumagamit ng dalawang threshold voltages; ang isa ay ang upper threshold voltage (VUT) at ang ikalawa ay lower threshold voltage (VLT).

Ang output ng Schmitt trigger ay mananatiling mababa hanggang ang input signal ay lumampas sa VUT. Kapag ang input signal ay lumampas sa limitasyon ng VUT, ang output signal ng Schmitt trigger ay mananatiling mataas hanggang ang input signal ay mas mababa pa sa antas ng VLT.

Sundin natin ang paggana ng Schmitt trigger sa pamamagitan ng isang halimbawa. Dito, asumihin natin na ang initial input ay zero.

Epekto ng bulakbók na may Schmitt Trigger

Dito, inasumosyon natin na ang unang input signal ay zero at ito ay unti-unti namang tumataas tulad ng ipinapakita sa larawan sa itaas.

Ang output signal ng Schmitt trigger ay naiwan sa mababa hanggang sa punto A. Sa punto A, ang input signal ay lumampas sa ibabaw ng upper threshold (VUT) at ito ay nagbibigay ng mataas na output signal.

Ang output signal ay nananatiling mataas hanggang sa punto B. Sa punto B, ang input signal ay lumampas sa ibaba ng lower threshold. At ito ay nagbibigay ng mababang output signal.

At muli, sa punto C, kapag ang input signal ay lumampas sa ibabaw ng upper threshold, ang output ay mataas.

Sa kondisyong ito, makikita natin na ang input signal ay may bulakbók. Ngunit ang bulakbók ay hindi nakakaapekto sa output signal.

Sirkwitong Schmitt Trigger

Ang sirkwitong Schmitt trigger ay gumagamit ng positibong feedback. Kaya't tinatawag din itong regenerative comparator circuit. Ang sirkwitong Schmitt Trigger ay maaaring mailathala gamit ang Op-Amp at Transistor. At ito ay nakaklase bilang;

Op-amp based Schmitt trigger
Transistor based Schmitt trigger

Op-Amp based Schmitt Trigger

Ang sirkwitong Schmitt trigger ay maaaring mailathala gamit ang Op-Amp sa dalawang paraan. Kung ang input signal ay konektado sa inverting point ng Op-Amp, ito ay kilala bilang Inverting Schmitt Trigger. At kung ang input signal ay konektado sa non-inverting point ng Op-Amp, ito ay kilala bilang Non-inverting Schmitt Trigger.

Inverting Schmitt Trigger

Sa uri ng Schmitt trigger na ito, ang input ay ibinibigay sa inverting terminal ng op-amp. At ang positibong feedback mula sa output patungo sa input.

Ngayon, unawain natin kung paano gumagana ang sirkitong ito. Sa punto A, ang tensyon ay V at ang ipinapatnubay na tensyon (input voltage) ay Vin. Kung ang ipinapatnubay na tensyon na Vin ay mas mataas kaysa sa V, ang output ng sirkito ay mababa. At kung ang ipinapatnubay na tensyon na Vin ay mas mababa kaysa sa V, ang output ng sirkito ay mataas.

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

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

Ngayon, kalkulahin ang ekwasyon ng V.

Pag-aapply ng Kirchhoff’s Current Law (KCL),

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

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

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

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

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

Ngayon, ipinapararami natin na ang output ng Schmitt trigger ay mataas. Sa kondisyong ito

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

Kaya, mula sa itaas na ekwasyon;

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

Kapag ang input signal ay mas mataas kaysa sa V1, ang output ng Schmitt trigger ay maging mababa. Kaya, V1 ay isang upper threshold voltage (VUT).

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

Ang output ay mananatiling mababa hanggang ang input signal ay mas mababa kaysa sa V. kapag ang output ng Schmitt trigger ay mababa, sa kondisyon na ito,

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

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

Ngayon, ang output ay nananatiling mataas hanggang ang senyal na input ay mas mababa kaysa sa V2. Kaya, ang V2 ay kilala bilang lower threshold voltage (VLT).

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

Non-Inverting Schmitt Trigger

Sa non-inverting Schmitt trigger, ang senyal na input ay ipinapasa sa non-inverting terminal ng Op-Amp. At positive feedback ang ipinapatupad mula sa output patungo sa input. Ang inverting terminal ng Op-Amp ay konektado sa ground terminal. Ang diagram ng circuit ng non-inverting Schmitt trigger ay tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Sa circuit na ito, ang output ng Schmitt trigger ay mataas kapag ang voltage V ay mas malaki kaysa zero. At ang output ay mababa kapag ang voltage V ay mas mababa kaysa zero.

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

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

Ngayon, hahanapin natin ang ekwasyon ng voltaje V. Para dito, ipaglalapat natin ang KCL sa node na ito.

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

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

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

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

Ngayon, isangumpisal na ang output ng Op-Amp ay mababa. Kaya, ang output voltage ng Schmitt trigger ay VL. At ang voltage V ay katumbas ng V1.

Sa kondisyong ito,

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

Mula sa equasyon na ito,

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

Kapag ang tensyon V1 ay mas mataas kaysa sa sero, ang output ay mataas. Sa kondisyong ito,

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

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

Kapag natugunan ang kondisyon na ito, ang output ay mataas. Kaya, ang ekwasyong ito ay nagbibigay ng halaga ng itaas na threshold voltage (VUT).

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

Ngayon, isang pag-aasumpsiyon na ang output ng Schmitt trigger ay mataas. At ang tensyon V ay katumbas ng V2.

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

Mula sa ekwasyon ng voltaje V.

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

Ang output ng Schmitt trigger ay maging mababa kapag ang voltaje V2 ay mas mababa kaysa zero. Sa kondisyong ito,

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

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

Ang ekwasyon sa itaas ay nagbibigay ng halaga ng mas mababang threshold voltage (VLT).

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

Transistor based Schmitt Trigger

Maaaring disenyan ang Schmitt trigger circuit gamit ang dalawang transistor. Ang diagram ng circuit ng transistor-based Schmitt trigger ay ibinibigay sa ibaba.

Vin = input voltage
Vref = Reference voltage = 5V

Sapagkat nagsisimula, isang input voltage na Vin na zero. Ang input voltage ay ibinibigay sa base ng transistor T1. Kaya, sa kondisyong ito, ang transistor T1 ay gumagana sa cut-off region at hindi ito nagcoconduct.

Va at Vb ay node voltage. Ang reference voltage ay 5V. Kaya, maaari nating kalkulahin ang halaga ng Va at Vb gamit ang voltage divider rule.

Ang tensyon Vb ay ibinibigay sa base ng transistor T2. At ito ay 1.98V. Kaya, ang transistor T2 ay nagkoconduct. Dahil dito, ang output ng Schmitt trigger ay mababa. Ang pagbaba sa emitter ay humigit-kumulang 0.7V. Kaya, ang tensyon sa base ng transistor ay 1.28V.

Ang emitter ng transistor T2 ay konektado sa emitter ng transistor T1. Kaya, parehong mga transistor ay gumagana sa parehong antas na 1.28V.

Ito nangangahulugan na ang transistor T1 ay magcoconduct kapag ang input voltage ay 0.7V na mas mataas kaysa 1.28V o higit pa sa 1.98V (1.28V + 0.7V).

Ngayon, tataas natin ang input voltage higit pa sa 1.98V, at ang transistor T1 ay sisimulan na magcoconduct. Ito ay nagdudulot ng pagbaba ng tensyon sa base ng transistor T2 at ito ay tatanggalin ang transistor T2. Dahil dito, ang output ng Schmitt trigger ay mataas.

Ang input voltage ay nagsisimulang bumaba. Ang transistor T1 ay tatanggalin kapag ang input voltage ay 0.7V na mas mababa kaysa 1.98V at ito ay 1.28V. Sa kondisyong ito, ang transistor T2 ay makakakuha ng sapat na tensyon mula sa reference voltage, at ito ay mag-o-on. Ito ay nagbibigay ng mababang output sa Schmitt trigger.

Kaya, sa kondisyong ito, mayroon tayo dalawang threshold, isang mas mababang threshold sa 1.28V at isang mas mataas na threshold sa 1.98V.

Oscillator ng Schmitt Trigger

Ang Schmitt Trigger ay maaaring gamitin bilang isang oscil l ator sa pamamagitan ng pagkonekta ng iisang RC integrated circuit. Ang diagram ng circuit ng Schmitt trigger oscillator ay tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Ang output ng circuit ay isang patuloy na square wave. At ang frequency ng waveform ay depende sa halaga ng R, C, at threshold point ng Schmitt Trigger.

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

Kung saan ang k ay isang constant at ito ay nasa pagitan ng 0.2 at 1.

CMOS Schmitt Trigger

Ang simple signal inverter circuit ay nagbibigay ng kabaligtaran na output signal mula sa input signal. Halimbawa, kung ang input signal ay mataas, ang output signal ay mababa para sa simple inverter circuit. Ngunit kung ang input signal ay may spikes (noise), ang output signal ay magbabago sa spike. Ito ang hindi namin gusto. Kaya, ang CMOS Schmitt trigger ay ginagamit.

Waveform ng Simple Signal Inverter Circuit

Sa unang waveform, ang input signal ay walang noise. Kaya, ang output ay perpekto. Ngunit sa ikalawang figure, ang input signal ay may ilang noise. Ang output ay sumasagot din sa noise na ito. Upang iwasan ang kondisyong ito, ang CMOS Schmitt trigger ay ginagamit.

Ang sumusunod na circuit diagram ay nagpapakita ng konstruksyon ng CMOS Schmitt trigger. Ang CMOS Schmitt Trigger ay binubuo ng 6 transistors kasama ang PMOS at NMOS transistors.

Una, kailangan nating malaman, ano ang PMOS at NMOS transistor? Ang simbolo ng PMOS at NMOS transistors ay nasa sumusunod na figure.

Ang NMOS transistor ay nag-conduct kapag ang VG ay mas mataas kaysa sa VS o VD. At ang PMOS transistor ay nag-conduct kapag ang VG ay mas mababa kaysa sa VS o VD. Sa CMOS Schmitt trigger, isang PMOS at isang NMOS transistors ay idinagdag sa simple inverter circuit.

Sa unang kaso, ang input voltage ay mataas. Sa kondisyong ito, ang PN transistor ay NAKA-ON at ang NN transistor ay NAKA-OFF. At ito ay lumilikha ng landas patungo sa lupa para sa node-A. Kaya, ang output ng CMOS Schmitt trigger ay zero.

Sa pangalawang kaso, ang input voltage ay mataas. Sa kondisyong ito, ang NN transistor ay NAKA-ON at ang PN transistor ay NAKA-OFF. Ito ay lumilikha ng landas patungo sa voltage VDD (Mataas) para sa node-B. Kaya, ang output ng CMOS Schmitt trigger ay mataas.

Mga Application ng Schmitt Trigger

Ang mga application ng Schmitt trigger ay kasunod.

Ginagamit ang Schmitt trigger upang i-convert ang sine wave at triangular wave sa square waves.
Ang pinakamahalagang gamit ng Schmitt triggers ay upang alisin ang noise sa digital circuit.
Ginagamit din ito bilang function generator.
Ito rin ay ginagamit upang mag-implement ng oscillator.
Ang Schmitt triggers na may RC circuit ay ginagamit bilang switch debouncing.

Source: Electrical4u.

Statement: Respetuhin ang orihinal, ang mga mahusay na artikulo ay karapat-dapat na ibahagi, kung mayroong paglabag sa copyright mangyaring makipag-ugnayan upang i-delete.

Magbigay ng tip at hikayatin ang may-akda!

Mga Paksa:

Teorya ng Sirkuito

Trigger ni Schmitt

Tungkol sa mga eksperto

Electrical4u

China

Larangan ng kahusayan

Basic Electrical

Artikulong Propesyonナル専门文章

607