Schmitt Trigger: यह क्या है और यह कैसे काम करता है?

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श्मिट ट्रिगर क्या है?

एक श्मिट ट्रिगर एक तुलनात्मक परिपथ है जिसमें धारावाहिकता लागू की गई होती है, जिसे एक तुलनात्मक या अंतर संवर्धक के नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर धनात्मक प्रतिक्रिया द्वारा लागू किया जाता है। श्मिट ट्रिगर दो भिन्न थ्रेशहोल्ड वोल्टेज स्तर का उपयोग करके इनपुट सिग्नल में शोर को रोकता है। इस दोहरे थ्रेशहोल्ड की क्रिया को धारावाहिकता कहा जाता है।

श्मिट ट्रिगर 1934 में अमेरिकी वैज्ञानिक ओटो एच श्मिट द्वारा आविष्कृत किया गया था।

सामान्य तुलनात्मक में केवल एक थ्रेशहोल्ड सिग्नल होता है। और यह थ्रेशहोल्ड सिग्नल को इनपुट सिग्नल के साथ तुलना करता है। लेकिन, यदि इनपुट सिग्नल में शोर हो, तो यह आउटपुट सिग्नल को प्रभावित कर सकता है। a schmitt trigger.png

ऊपर दिए गए चित्र में, A और B स्थानों पर शोर के कारण, इनपुट सिग्नल (V1) रेफरेंस सिग्नल (V2) के स्तर को पार करता है। इस अवधि के दौरान, V1, V2 से कम होता है और आउटपुट कम होता है।

इसलिए, तुलनात्मक का आउटपुट इनपुट सिग्नल में शोर के कारण प्रभावित होता है। और तुलनात्मक शोर से सुरक्षित नहीं होता है।

"ट्रिगर" नाम "श्मिट ट्रिगर" में इस तथ्य से आता है कि आउटपुट अपना मान तब तक बनाए रखता है जब तक कि इनपुट परिवर्तन इतना नहीं हो जाता कि "ट्रिगर" को एक परिवर्तन करने के लिए बदल दे।

श्मिट ट्रिगर कैसे काम करता है?

श्मिट ट्रिगर इनपुट सिग्नल शोरीला होने पर भी उचित परिणाम देता है। यह दो थ्रेशहोल्ड वोल्टेज का उपयोग करता है; एक ऊपरी थ्रेशहोल्ड वोल्टेज (VUT) और दूसरा निचली थ्रेशहोल्ड वोल्टेज (VLT)।

श्मिट ट्रिगर का आउटपुट तब तक कम रहता है जब तक इनपुट सिग्नल VUT को पार नहीं करता। जब इनपुट सिग्नल इस सीमा VUT को पार कर लेता है, तो श्मिट ट्रिगर का आउटपुट सिग्नल तब तक उच्च रहता है जब तक इनपुट सिग्नल VLT के स्तर से नीचे नहीं आ जाता।

श्मिट ट्रिगर के कामकाज को एक उदाहरण से समझते हैं। यहाँ हम मानते हैं कि प्रारंभिक इनपुट शून्य है।

शमीट ट्रिगर के साथ शोर प्रभाव

यहाँ, हमने माना है कि प्रारंभिक इनपुट सिग्नल शून्य है और यह धीरे-धीरे बढ़ता है जैसा कि उपरोक्त आकृति में दिखाया गया है।

शमीट ट्रिगर का आउटपुट सिग्नल बिंदु A तक कम रहता है। बिंदु A पर, इनपुट सिग्नल ऊपरी थ्रेसहोल्ड (VUT) के ऊपर पार करता है और यह एक उच्च आउटपुट सिग्नल बनाता है।

आउटपुट सिग्नल बिंदु B तक उच्च रहता है। बिंदु B पर, इनपुट सिग्नल निम्न थ्रेसहोल्ड के नीचे पार करता है। और यह आउटपुट सिग्नल को कम कर देता है।

फिर, बिंदु C पर, जब इनपुट सिग्नल ऊपरी थ्रेसहोल्ड के ऊपर पार करता है, तो आउटपुट उच्च होता है।

इस स्थिति में, हम देख सकते हैं कि इनपुट सिग्नल शोरीला है। लेकिन शोर आउटपुट सिग्नल पर प्रभाव नहीं डालता।

शमीट ट्रिगर सर्किट

शमीट ट्रिगर सर्किट धनात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। इसलिए, इस सर्किट को रीजेनरेटिव कंपेयरेटर सर्किट भी कहा जाता है। शमीट ट्रिगर सर्किट को ऑप-एंप और ट्रांजिस्टर की मदद से डिजाइन किया जा सकता है। और इसे निम्न प्रकार से वर्गीकृत किया जा सकता है;

ऑप-एंप आधारित शमीट ट्रिगर
ट्रांजिस्टर आधारित शमीट ट्रिगर

ऑप-एंप आधारित शमीट ट्रिगर

शमीट ट्रिगर सर्किट को ऑप-एंप का उपयोग करके दो तरीकों से डिजाइन किया जा सकता है। यदि इनपुट सिग्नल ऑप-एंप के इनवर्टिंग बिंदु से जुड़ा है, तो इसे इनवर्टिंग शमीट ट्रिगर कहा जाता है। और यदि इनपुट सिग्नल ऑप-एंप के नॉन-इनवर्टिंग बिंदु से जुड़ा है, तो इसे नॉन-इनवर्टिंग शमीट ट्रिगर कहा जाता है।

इनवर्टिंग शमीट ट्रिगर

इस प्रकार के श्मिट ट्रिगर में, इनपुट ऑप-एम्प के निवर्ती टर्मिनल पर दिया जाता है। और आउटपुट से इनपुट तक सकारात्मक पीडब्ल्यू।

अब, चलिए इस सर्किट का काम समझते हैं। बिंदु A पर, वोल्टेज V है और लगाया गया वोल्टेज (इनपुट वोल्टेज) Vin है। यदि लगाया गया वोल्टेज Vin, V से अधिक है, तो सर्किट का आउटपुट कम होगा। और यदि लगाया गया वोल्टेज Vin, V से कम है, तो सर्किट का आउटपुट उच्च होगा।

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

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

अब, V के समीकरण की गणना करें।

किरचॉफ के धारा नियम (KCL) को लागू करते हुए,

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

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

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

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

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

अब, चलिए मान लें कि श्मिट ट्रिगर का आउटपुट उच्च है। इस स्थिति में,

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

इस प्रकार, उपरोक्त समीकरण से;

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

जब इनपुट सिग्नल V1 से अधिक होता है, तो श्मिट ट्रिगर का आउटपुट कम हो जाता है। इस प्रकार, V1 ऊपरी थ्रेसहोल्ड वोल्टेज (VUT) है।

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

श्मिट ट्रिगर का आउटपुट कम रहेगा जब तक इनपुट सिग्नल V से कम नहीं हो जाता है। जब श्मिट ट्रिगर का आउटपुट कम हो, इस स्थिति में,

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

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

अब, आउटपुट तब तक ऊंचा रहता है जब तक इनपुट सिग्नल V2 से कम होता है। इसलिए, V2 को निम्न प्रारंभिक वोल्टेज (VLT) के रूप में जाना जाता है।

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

गैर-विपरीत Schmitt Trigger

गैर-विपरीत Schmitt Trigger में, इनपुट सिग्नल ऑप-एम्प के गैर-विपरीत टर्मिनल पर लगाया जाता है। और आउटपुट से इनपुट तक धनात्मक पीडबैक लगाया जाता है। ऑप-एम्प का विपरीत टर्मिनल ग्राउंड टर्मिनल से जुड़ा होता है। गैर-विपरीत Schmitt Trigger का सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है।

इस सर्किट में, जब वोल्टेज V शून्य से अधिक होता है, तो Schmitt trigger का आउटपुट ऊंचा होता है। और जब वोल्टेज V शून्य से कम होता है, तो आउटपुट कम होता है।

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

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

अब, वोल्टेज V का समीकरण खोजते हैं। इसके लिए, हम उस नोड पर KCL लागू करते हैं।

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

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

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

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

अब, मान लीजिए कि ऑप-एम्प का आउटपुट कम है। इसलिए, स्क्मिट ट्रिगर का आउटपुट वोल्टेज VL है। और वोल्टेज V, V1 के बराबर है।

इस स्थिति में,

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

ऊपर दिए गए समीकरण से,

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

जब वोल्टेज V1 शून्य से अधिक होता है, तो आउटपुट उच्च होगा। इस स्थिति में,

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

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

जब उपरोक्त स्थिति संतुष्ट होती है, तो आउटपुट उच्च होगा। इसलिए, यह समीकरण ऊपरी थ्रेसहोल्ड वोल्टेज (VUT) का मान देता है।

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

अब मान लीजिए कि श्मिट ट्रिगर का आउटपुट उच्च है। और वोल्टेज V, V2 के बराबर है।

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

वोल्टेज V के समीकरण से।

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

जब वोल्टेज V2 शून्य से कम होता है, तो श्मिट ट्रिगर का आउटपुट कम हो जाएगा। इस स्थिति में,

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

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

उपरोक्त समीकरण निम्न कक्षा वोल्टेज (VLT) के मान को देता है।

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

ट्रांजिस्टर आधारित श्मिट ट्रिगर

श्मिट ट्रिगर सर्किट को दो ट्रांजिस्टरों की मदद से डिज़ाइन किया जा सकता है। ट्रांजिस्टर आधारित श्मिट ट्रिगर का सर्किट चित्र नीचे दिया गया है।

Vin = इनपुट वोल्टेज
Vref = रेफरेंस वोल्टेज = 5V

मान लीजिए कि, शुरुआत में, इनपुट वोल्टेज Vin शून्य है। इनपुट वोल्टेज T1 ट्रांजिस्टर के बेस पर दिया जाता है। इस परिस्थिति में, ट्रांजिस्टर T1 कट-ऑफ़ क्षेत्र में कार्य करता है और यह अविधायक रहता है।

Va और Vb नोड वोल्टेज हैं। रेफरेंस वोल्टेज 5V दिया गया है। इसलिए, हम Va और Vb का मान वोल्टेज डिवाइडर नियम से कैलकुलेट कर सकते हैं।

वोल्टेज Vb ट्रांजिस्टर T2 के बेस पर दिया जाता है। और यह 1.98V है। इसलिए, ट्रांजिस्टर T2 संचालित होता है। और इसके कारण, श्मिट ट्रिगर का आउटपुट कम होता है। एमिटर पर गिरावट लगभग 0.7V है। इसलिए, ट्रांजिस्टर के बेस पर वोल्टेज 1.28V है।

ट्रांजिस्टर T2 का एमिटर ट्रांजिस्टर T1 के एमिटर से जुड़ा है। इसलिए, दोनों ट्रांजिस्टर 1.28V पर एक ही स्तर पर काम करते हैं।

इसका मतलब यह है कि ट्रांजिस्टर T1 तब संचालित होगा जब इनपुट वोल्टेज 1.28V से 0.7V अधिक हो या 1.98V (1.28V + 0.7V) से अधिक हो।

अब, हम इनपुट वोल्टेज को 1.98V से अधिक बढ़ाते हैं, और ट्रांजिस्टर T1 संचालित होना शुरू कर देगा। यह ट्रांजिस्टर T2 के बेस पर वोल्टेज गिरावट का कारण बनता है और यह ट्रांजिस्टर T2 को कट ऑफ कर देता है। और इसके कारण, श्मिट ट्रिगर का आउटपुट ऊँचा होता है।

इनपुट वोल्टेज घटना शुरू होता है। ट्रांजिस्टर T1 तब कट ऑफ होगा जब इनपुट वोल्टेज 1.98V से 0.7V कम हो और यह 1.28V हो। इस स्थिति में, ट्रांजिस्टर T2 संदर्भ वोल्टेज से पर्याप्त वोल्टेज प्राप्त करता है, और यह चालू हो जाता है। यह श्मिट ट्रिगर का आउटपुट कम कर देता है।

इसलिए, इस स्थिति में, हमारे पास 1.28V पर एक निम्न थ्रेशहोल्ड और 1.98V पर एक उच्च थ्रेशहोल्ड है।

श्मिट ट्रिगर ऑसिलेटर

श्मिट ट्रिगर को एक ऑसिलेटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है जिसमें एक RC इंटीग्रेटेड सर्किट जोड़ा जाता है। श्मिट ट्रिगर ऑसिलेटर का सर्किट आरेख नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

सर्किट का आउटपुट एक लगातार वर्ग तरंग होती है। और तरंग आकार की आवृत्ति R, C, और श्मिट ट्रिगर के थ्रेशहोल्ड बिंदु पर निर्भर करती है।

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

जहाँ k एक स्थिरांक है और यह 0.2 और 1 के बीच होता है।

CMOS श्मिट ट्रिगर

सरल सिग्नल इनवर्टर सर्किट इनपुट सिग्नल से विपरीत आउटपुट सिग्नल देता है। उदाहरण के लिए, यदि इनपुट सिग्नल ऊँचा है, तो आउटपुट सिग्नल एक सरल इनवर्टर सर्किट के लिए निचला होगा। लेकिन यदि इनपुट सिग्नल में धक्के (शोर) हैं, तो आउटपुट सिग्नल धक्के पर प्रतिक्रिया देगा। जो हम नहीं चाहते। इसलिए, CMOS श्मिट ट्रिगर का उपयोग किया जाता है।

पहली तरंग रूप में, इनपुट सिग्नल में कोई शोर नहीं है। इसलिए, आउटपुट पूर्ण है। लेकिन दूसरे चित्र में, इनपुट सिग्नल में कुछ शोर है। आउटपुट भी इस शोर पर प्रतिक्रिया दे रहा है। इस स्थिति से बचने के लिए, CMOS श्मिट ट्रिगर का उपयोग किया जाता है।

नीचे दिया गया सर्किट आरेख CMOS श्मिट ट्रिगर की निर्मिति दर्शाता है। CMOS श्मिट ट्रिगर में 6 ट्रांजिस्टर शामिल हैं, जिनमें PMOS और NMOS ट्रांजिस्टर शामिल हैं।

पहले, हमें यह जानना चाहिए, PMOS और NMOS ट्रांजिस्टर क्या हैं? PMOS और NMOS ट्रांजिस्टर के प्रतीक नीचे दिए गए चित्र में हैं।

NMOS ट्रांजिस्टर जब VG, VS या VD से अधिक होता है, तो चालू होता है। और PMOS ट्रांजिस्टर जब VG, VS या VD से कम होता है, तो चालू होता है। CMOS श्मिट ट्रिगर में, एक PMOS और एक NMOS ट्रांजिस्टर एक सरल इनवर्टर सर्किट में जोड़े जाते हैं।

पहले मामले में, इनपुट वोल्टेज उच्च है। इस स्थिति में, PN ट्रांजिस्टर ON है और NN ट्रांजिस्टर OFF है। और यह नोड-A के लिए ग्राउंड का रास्ता बनाता है। इसलिए, CMOS श्मिट ट्रिगर का आउटपुट शून्य होगा।

दूसरे मामले में, इनपुट वोल्टेज उच्च है। इस स्थिति में, NN ट्रांजिस्टर ON है और PN ट्रांजिस्टर OFF है। यह नोड-B के लिए वोल्टेज VDD (उच्च) का रास्ता बनाएगा। इसलिए, CMOS श्मिट ट्रिगर का आउटपुट उच्च होगा।

श्मिट ट्रिगर के अनुप्रयोग

श्मिट ट्रिगर के अनुप्रयोग निम्नलिखित हैं।

श्मिट ट्रिगर का उपयोग एक साइन वेव और त्रिभुजीय तरंग को वर्ग तरंग में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है।
श्मिट ट्रिगर का सबसे महत्वपूर्ण उपयोग डिजिटल सर्किट में शोर को हटाना है।
इसका उपयोग फंक्शन जनरेटर के रूप में भी किया जाता है।
इसका उपयोग ऑसिलेटर को लागू करने के लिए किया जाता है।
श्मिट ट्रिगर और आरसी सर्किट का उपयोग स्विच डिबाउंसिंग के लिए किया जाता है।

स्रोत: इलेक्ट्रिकल4यू।

वक्तव्य: मूल का सम्मान करें, अच्छे लेख साझा करने योग्य हैं, यदि कोई उल्लंघन हो तो कृपया डिलीट करने के लिए संपर्क करें।

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