Pemicu Schmitt: Apa Itu Dan Bagaimana Cara Kerjanya

Bidang: Listrik Dasar

China

Apa itu Schmitt Trigger?

Schmitt Trigger adalah rangkaian komparator dengan histeresis yang diimplementasikan dengan menerapkan umpan balik positif ke input non-inverting dari komparator atau amplifier diferensial. Schmitt Trigger menggunakan dua ambang batas input berbeda untuk menghindari noise pada sinyal input. Tindakan dari ambang batas ganda ini dikenal sebagai histeresis.

Schmitt Trigger ditemukan oleh ilmuwan Amerika Otto H Schmitt pada tahun 1934.

Komparator normal hanya memiliki satu sinyal ambang batas. Dan ia membandingkan sinyal ambang batas dengan sinyal input. Namun, jika sinyal input memiliki noise, hal tersebut dapat mempengaruhi sinyal output. a schmitt trigger.png

Pada gambar di atas, karena adanya noise pada lokasi A dan B, sinyal input (V1) melewati tingkat sinyal referensi (V2). Selama periode ini, V1 lebih rendah dari V2 dan outputnya rendah.

Oleh karena itu, output dari komparator dipengaruhi oleh noise pada sinyal input. Dan komparator tidak terlindungi dari noise.

Kata "trigger" dalam nama "Schmitt Trigger" berasal dari fakta bahwa output tetap pada nilainya hingga input bervariasi cukup untuk "memicu" perubahan.

Bagaimana cara kerja Schmitt Trigger?

Schmitt trigger memberikan hasil yang tepat bahkan jika sinyal input bernoise. Ia menggunakan dua tegangan ambang batas; satu adalah tegangan ambang batas atas (VUT) dan yang kedua adalah tegangan ambang batas bawah (VLT).

Output dari Schmitt trigger tetap rendah hingga sinyal input melewati VUT. Setelah sinyal input melewati batas ini VUT, sinyal output dari Schmitt trigger tetap tinggi hingga sinyal input berada di bawah level VLT.

Mari kita pahami cara kerja Schmitt trigger dengan contoh. Di sini kita asumsikan bahwa input awal adalah nol.

Efek noise dengan Schmitt Trigger

Di sini, kita telah mengasumsikan bahwa sinyal input awal adalah nol dan meningkat secara bertahap seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Sinyal output dari Schmitt trigger tetap rendah hingga titik A. Pada titik A, sinyal input melewati level ambang batas atas (VUT) dan membuat sinyal output tinggi.

Sinyal output tetap tinggi hingga titik B. Pada titik B, sinyal input turun di bawah ambang batas bawah. Dan ini membuat sinyal output menjadi rendah.

Dan kembali, pada titik C, ketika sinyal input melewati ambang batas atas, output menjadi tinggi.

Dalam kondisi ini, kita dapat melihat bahwa sinyal input berisik. Tetapi noise tidak mempengaruhi sinyal output.

Rangkaian Schmitt Trigger

Rangkaian Schmitt trigger menggunakan umpan balik positif. Oleh karena itu, rangkaian ini juga dikenal sebagai rangkaian komparator regeneratif. Rangkaian Schmitt Trigger dapat dirancang dengan bantuan Op-Amp dan Transistor. Dan diklasifikasikan sebagai;

Schmitt trigger berbasis Op-amp
Schmitt trigger berbasis Transistor

Schmitt Trigger Berbasis Op-Amp

Rangkaian Schmitt trigger dapat dirancang menggunakan Op-Amp dalam dua cara. Jika sinyal input terhubung pada titik inverting Op-Amp, disebut Inverting Schmitt Trigger. Dan jika sinyal input terhubung pada titik non-inverting Op-Amp, disebut Non-inverting Schmitt Trigger.

Inverting Schmitt Trigger

Dalam jenis trigger Schmitt ini, input diberikan pada terminal inverting dari op-amp. Dan umpan balik positif dari output ke input.

Sekarang, mari kita pahami bagaimana sirkuit ini bekerja. Pada titik A, tegangan adalah V dan tegangan yang diterapkan (tegangan input) adalah Vin.Jika tegangan yang diterapkan Vin lebih besar dari V, output sirkuit akan rendah. Dan jika tegangan yang diterapkan Vin kurang dari V, output sirkuit akan tinggi.

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

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

Sekarang, hitunglah persamaan V.

Menerapkan Hukum Arus Kirchhoff (KCL),

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

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

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

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

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

Sekarang, mari kita asumsikan bahwa output dari Schmitt trigger adalah tinggi. Dalam kondisi ini

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

Jadi, dari persamaan di atas;

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

Ketika sinyal masukan lebih besar dari V1, output dari Schmitt trigger akan menjadi rendah. Oleh karena itu, V1 adalah tegangan ambang atas (VUT).

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

Output akan tetap rendah hingga sinyal masukan kurang dari V. Ketika output dari Schmitt trigger rendah, dalam kondisi ini,

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

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

Sekarang, output tetap tinggi hingga sinyal masukan kurang dari V2. Oleh karena itu, V2 dikenal sebagai tegangan ambang bawah (VLT).

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

Pemicu Schmitt Non-Inversif

Dalam pemicu Schmitt non-inversif, sinyal masukan diterapkan pada terminal non-inversif Op-Amp. Dan umpan balik positif diterapkan dari output ke input. Terminal inversif Op-Amp dihubungkan ke terminal ground. Diagram rangkaian pemicu Schmitt non-inversif ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Dalam rangkaian ini, output pemicu Schmitt akan tinggi ketika tegangan V lebih besar dari nol. Dan output akan rendah ketika tegangan V kurang dari nol.

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

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

Sekarang, mari kita cari persamaan tegangan V. Untuk itu, kita terapkan KCL pada node tersebut.

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

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

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

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

Sekarang, asumsikan bahwa output dari Op-Amp rendah. Oleh karena itu, tegangan output dari Schmitt trigger adalah VL. Dan tegangan V sama dengan V1.

Dalam kondisi ini,

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

Dari persamaan di atas,

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

Ketika tegangan V1 lebih besar dari nol, output akan tinggi. Dalam kondisi ini,

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

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

Ketika kondisi di atas terpenuhi, output akan tinggi. Oleh karena itu, persamaan ini memberikan nilai tegangan ambang atas (VUT).

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

Sekarang asumsikan bahwa output dari Schmitt trigger adalah tinggi. Dan tegangan V sama dengan V2.

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

Dari persamaan tegangan V.

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

Keluaran dari Schmitt trigger akan menjadi rendah ketika tegangan V2 kurang dari nol. Dalam kondisi ini,

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

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

Persamaan di atas memberikan nilai tegangan ambang bawah (VLT).

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

Pemicu Schmitt Berbasis Transistor

Sirkuit pemicu Schmitt dapat dirancang dengan bantuan dua transistor. Diagram sirkuit pemicu Schmitt berbasis transistor diberikan dalam sirkuit di bawah ini.

Vin = tegangan input
Vref = Tegangan referensi = 5V

Misalkan, pada awalnya, tegangan input Vin adalah nol. Tegangan input diberikan ke basis transistor T1. Oleh karena itu, dalam kondisi ini, transistor T1 beroperasi dalam wilayah pemotongan dan tetap tidak menghantar.

Va dan Vb adalah tegangan simpul. Tegangan referensi diberikan 5V. Jadi, kita dapat menghitung nilai Va dan Vb dengan aturan pembagi tegangan.

Tegangan Vb diberikan ke basis transistor T2. Dan nilainya adalah 1.98V. Oleh karena itu, transistor T2 beroperasi. Dan akibatnya, output dari Schmitt trigger rendah. Penurunan pada emiter sekitar 0.7V. Jadi, tegangan basis transistor adalah 1.28V.

Emiter dari transistor T2 terhubung dengan emiter dari transistor T1. Oleh karena itu, kedua transistor beroperasi pada tingkat yang sama yaitu 1.28V.

Ini berarti bahwa transistor T1 akan beroperasi ketika tegangan input lebih dari 0.7V di atas 1.28V atau lebih dari 1.98V (1.28V + 0.7V).

Sekarang, kita meningkatkan tegangan input lebih dari 1.98V, dan transistor T1 akan mulai beroperasi. Ini menyebabkan penurunan tegangan pada basis transistor T2 dan akan memutuskan transistor T2. Dan akibatnya, output dari Schmitt trigger tinggi.

Tegangan input mulai menurun. Transistor T1 akan diputus ketika tegangan input kurang dari 0.7V dibanding 1.98V dan menjadi 1.28V. Dalam kondisi ini, transistor T2 mendapatkan tegangan cukup dari tegangan referensi, dan akan hidup. Ini membuat output dari Schmitt trigger rendah.

Oleh karena itu, dalam kondisi ini, kita memiliki dua ambang batas, ambang batas bawah pada 1.28V dan ambang batas atas pada 1.98V.

Oscilator Schmitt Trigger

Schmitt Trigger dapat digunakan sebagai osil l ator dengan menghubungkan sirkuit terpadu RC tunggal. Diagram sirkuit dari osilator Schmitt trigger seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Output sirkuit adalah gelombang persegi yang berkelanjutan. Dan frekuensi gelombang bergantung pada nilai R, C, dan titik ambang Schmitt Trigger.

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

Di mana k adalah konstanta dan berkisar antara 0.2 hingga 1.

CMOS Schmitt Trigger

Rangkaian inverter sinyal sederhana memberikan sinyal output yang berlawanan dari sinyal input. Misalnya, jika sinyal input tinggi, sinyal output rendah untuk rangkaian inverter sederhana. Tetapi jika sinyal input memiliki spike (noise), sinyal output akan bereaksi terhadap spike tersebut. Hal ini tidak diinginkan. Oleh karena itu, CMOS Schmitt trigger digunakan.

Bentuk Gelombang Rangkaian Inverter Sinyal Sederhana

Pada bentuk gelombang pertama, sinyal input tidak memiliki noise. Jadi, outputnya sempurna. Tetapi pada gambar kedua, sinyal input memiliki beberapa noise. Output juga bereaksi terhadap noise tersebut. Untuk menghindari kondisi ini, CMOS Schmitt trigger digunakan.

Diagram rangkaian di bawah menunjukkan konstruksi CMOS Schmitt trigger. CMOS Schmitt Trigger terdiri dari 6 transistor termasuk PMOS dan NMOS transistor.

Pertama, kita perlu tahu, apa itu transistor PMOS dan NMOS? Simbol transistor PMOS dan NMOS ada dalam gambar di bawah.

Transistor NMOS menghantar ketika VG lebih besar dari VS atau VD. Dan transistor PMOS menghantar ketika VG kurang dari VS atau VD. Dalam CMOS Schmitt trigger, satu transistor PMOS dan satu transistor NMOS ditambahkan ke dalam rangkaian inverter sederhana.

Pada kasus pertama, tegangan input tinggi. Dalam kondisi ini, transistor PN hidup dan transistor NN mati. Dan ini menciptakan jalur ke tanah untuk node-A. Oleh karena itu, output dari CMOS Schmitt trigger akan menjadi nol.

Pada kasus kedua, tegangan input tinggi. Dalam kondisi ini, transistor NN hidup dan transistor PN mati. Ini akan menciptakan jalur ke tegangan VDD (Tinggi) untuk node-B. Oleh karena itu, output dari CMOS Schmitt trigger akan menjadi tinggi.

Aplikasi Schmitt Trigger

Aplikasi dari Schmitt trigger adalah sebagai berikut.

Schmitt trigger digunakan untuk mengubah gelombang sinus dan gelombang segitiga menjadi gelombang persegi.
Penggunaan paling penting dari Schmitt trigger adalah untuk menghilangkan noise dalam rangkaian digital.
Juga digunakan sebagai generator fungsi.
Digunakan untuk menerapkan osilator.
Schmitt trigger dengan rangkaian RC digunakan untuk penghapusan bouncing switch.

Sumber: Electrical4u.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel bagus layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.

Berikan Tip dan Dorong Penulis

Topik:

Teori Rangkaian

Pemicu Schmitt

Tentang para ahli

Electrical4u

China