Шмитт триггер: Бұл не және қалай жұмыс істейді?

Өріс: Негізгі электротехника

China

Шмитт триггер деген не?

Шмитт триггер - бұл компаратор схемасы, оның гистерезисі компаратордың немесе дифференциалды амплитудадағы инверсиялық кірісіне оң жүйелік көбейткіш қолданылғанда қолданылады. Шмитт триггер екі өзара айырмалы эсік амплитуда деңгейдерін қолдану арқылы кіріс сигналындағы шуын бас алуға болады. Бұл екі эсік деңгейінің әсері гистерезис деп аталады.

Шмитт триггер 1934 жылы америкалық ғалым Отто Х. Шмитт тарабынан ойлап табылған.

Қарапайым компараторда біреуінен аз эсік сигналасы бар. Ол эсік сигналын кіріс сигналымен салыстырады. Бірақ, егер кіріс сигналында шуы болса, бұл шығыс сигналына әсер етуі мүмкін. a schmitt trigger.png

Жоғарыдағы суретте, А және В нүктелеріндегі шуынан кіріс сигналы (V1) басқау сигналы (V2) деңгейін өтуі мүмкін. Бұл уақыт ішінде V1 V2-ден төмен және шығыс төмен.

Сонымен, компаратордың шығысы кіріс сигналындағы шуы тағы да әсер етеді. Компаратор шуынан қорғалмаған.

«Шмитт триггер» атауындағы «триггер» сөзі, шығыс өзгеру үшін кіріс пайда болғанша өзгеріссіз қалатынын білдіреді.

Шмитт триггер қалай ишлейді?

Шмитт триггер кіріс сигналы шуымен қоса да туындайды. Ол екі эсік амплитуда қолданады; бірі жоғары эсік амплитудасы (VUT), екіншісі төмен эсік амплитудасы (VLT).

Шмитт триггердің шығысы, кіріс сигналы VUT-ді өткенше төмен қалады. Кіріс сигналы бұл шекті VUT өткеннен кейін, Шмитт триггердің шығыс сигналы VLT деңгейінен төменге дейін жоғары қалады.

Шмитт триггердің қалай ишлейтінін мысал арқылы түсінеміз. Бұлда бастапқы кіріс нөл деп есептейміз.

Шумдың тағылымы Шмитт триггерімен

Мысалы, бастапқы кіріс сигналы нөл деп есептеледі және ол жоғарыда көрсетілген суретте көрсетілгендей артып отырады.

Шмитт триггердің шығыс сигналы А нүктесінде дейін төмен деңгейде болады. А нүктесінде кіріс сигналы жоғары деңгейге (VUT) өтуімен шығыс сигналы жоғары деңгейге өтеді.

Шығыс сигналы В нүктесінде дейін жоғары деңгейде болады. В нүктесінде кіріс сигналы төмен деңгейге өтеді. Бұл шығыс сигналының төмен деңгейге өтуіне әкеледі.

Енді С нүктесінде, кіріс сигналы жоғары деңгейге өткенде, шығыс сигналы жоғары деңгейге өтеді.

Бұл шартта кіріс сигналы шумды болады. Бірақ шум шығыс сигналына таасир етпейді.

Шмитт триггер схемасы

Шмитт триггер схемасы теріс байланысты қолданады. Сондықтан, бұл схема дауыссыз салыстыру схемасы деп те аталады. Шмитт триггер схемасы Оп-амп және Транзистор арқылы құрастырылуы мүмкін. Ол мынадай түрлерге бөлінеді:

Оп-амп негізіндегі Шмитт триггер
Транзистор негізіндегі Шмитт триггер

Оп-амп негізіндегі Шмитт триггер

Шмитт триггер схемасы Оп-амп арқылы екі түрде құрастырылуы мүмкін. Егер кіріс сигналы Оп-амптың инверсиялық нүктесіне байланыса, онда бұл Инверсиялық Шмитт триггер деп аталады. Егер кіріс сигналы Оп-амптың инверсиялық емес нүктесіне байланыса, онда бұл Инверсиялық емес Шмитт триггер деп аталады.

Инверсиялық Шмитт триггер

Бұл түрдегі Шмитт триггерде, оп-амптың теріс терминалына енгізілген. Және шығыс нүктесінен енгізілген оң жаңарту.

Енді, бұл схеманың қалай іске асыратынын түсінеміз. А нүктесінде, напряжение V болып табылады, ал қолданылатын напряжение (енгізу напряжение) Vin. Егер қолданылатын напряжение Vin, V-ден үлкен болса, схеманың шығысы төмен болады. Егер қолданылатын напряжение Vin, V-ден кіші болса, схеманың шығысы жоғары болады.

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

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

Енді, V теңдеуін есептеңіз.

Кирхгоф ток заңын қолданыңыз (KCL),

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

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

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

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

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

Енді Шмитт триггердің шығысы жоғары болса деп есептейік. Бұл жағдайда,

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

Сонымен, жоғарыдағы теңдеу бойынша;

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

Кіріс сигналы V1 таңбасынан артық болғанда, Шмитт триггердің шығысы төмен деңгейге өтуе керек. Сондықтан, V1 - бұл жоғарғы эспе напряжение (VUT).

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

Шығыс напряжение, кіріс сигналы V таңбасынан төмен болғанша, төмен деңгейде қалады. Шмитт триггердің шығысы төмен деңгейде болғанда,

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

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

Енді, шығыс сигналы жоғары деңгейде қалады, дәл осындай болуы керек, егер кіріс сигналы V2 нан төмен болса. Сондықтан, V2 түбірдік астыңғы напряжение (VLT) деп аталады.

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

Анашын айналдырмайтын Шмитт триггері

Анашын айналдырмайтын Шмитт триггерінде, кіріс сигналы ОУ-ның анашын айналдырмайтын кіріс терминалына қосылады. Және шығыс сәйкестігінен кіріске оң күрделі байланыс қолданылады. ОУ-ның анашын айналдыратын кіріс терминалы земляға қосылады. Анашын айналдырмайтын Шмитт триггерінің электрикалық схемасы төмендегі суретте көрсетілген.

Бұл схемада, Шмитт триггерінің шығысы V напряжение V нөлден үлкен болғанда жоғары деңгейде болады. Ал V напряжение V нөлден төмен болғанда төмен деңгейде болады.

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

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

Енді V деңгейінің теңдеуін табайық. Бұл үшін біз осы нодада KCL қолданамыз.

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

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

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

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

Енді, Оп-Амптың шығысы төмен деп есептейік. Сондықтан, Шмит триггерінің шығыс напряжасы VL болады. Ал V напряжасы V1-ге тең.

Бұл жағдайда,

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

Жоғарыда берілген теңдеу бойынша,

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

Егер V1 напругасы нөлден үлкен болса, шығыс жоғары болады. Бұл жағдайда,

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

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

Бұл шарт орындалғанда, шығыс жоғары болады. сондықтан, бұл теңдеу жоғары анықтамалык напруганы (VUT) мәнін береді.

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

Азыр Шмитт триггердің шығысы жоғары деп есептейік. Напруга V V2 ғана тең болсын.

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

Напряжение V теңдеуінен.

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

Шмитт триггердің шығысы, напряжение V2 теріс болғанда төмендейді. Бұл жағдайда,

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

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

Жоғарыда берілген теңдеу төменгі порогтық напряжение (VLT) мәнін береді.

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

Транзистордың негізіндегі Шмитт триггері

Шмитт триггер схемасы екі транзистордың көмегімен құрастырылған. Транзистордың негізіндегі Шмитт триггер схемасы төмендегі схемада берілген.

Vin = енгізілген напряжение
Vref = Бейтарап напряжение = 5В

Есептеу басталғанда, енгізілген напряжение Vin нөлге тең деп есептейміз. Енгізілген напряжение транзистор T1-ге беріледі. Сондықтан, бұл шартта, транзистор T1 қысқартылған аймақта жұмыс істейді және ол жолданушы болмайды.

Va және Vb - узлық напряжнелер. Бейтарап напряжение 5В беріледі. Сондықтан, Va және Vb мәндері напряжнелік бөлшектер үшін ережені пайдаланып есептеледі.

Транзистор T2 түсіріледі, себебі оның негізіне Vb = 1,98В берілген. Сондықтан, Шмитт триггердің шығысы төмен болады. Эмиттерде 0,7В төмендету болады. Демек, транзистордың негізіндегі напряжение 1,28В.

Транзистор T2 эмиттері транзистор T1 эмиттерімен байланысты. Сондықтан, екеуі де 1,28В деңгейінде жұмыс істейді.

Бұл әдетте, кіріс напряжаның 1,28В-ден 0,7В артық немесе 1,98В (1,28В + 0,7В) болғанда, транзистор T1 ишін бастайды деген сөз.

Енді, кіріс напряжаны 1,98В-ден артырсақ, транзистор T1 ишін бастайды. Бұл транзистор T2 негізіндегі напряжаны төмендетеді және транзистор T2 түсіреді. Сондықтан, Шмитт триггердің шығысы жоғары болады.

Кіріс напряжасы азая берсе, транзистор T1 1,98В-ден 0,7В аз болғанда, яғни 1,28В болғанда, түсіреді. Бұл жағдайда, транзистор T2 басқару напряжасынан жеткілікті напряжаны алғанда, ол ишін бастайды. Бұл Шмитт триггердің шығысын төмендейді.

Демек, бұл жағдайда, бізде 1,28В төменгі порог және 1,98В жоғары порог бар.

Шмитт триггер осцилляторы

Шмитт триггер RC интегралдық схемасымен байланыстырылғанда осциллятор ретінде қолданылады. Шмитт триггер осцилляторының электросхемасы төмендегі суретте көрсетілген.

Схеманың шығысында үзілуі тұрақты квадраттық толқын болады. Толқындың дауыс сипаттамасы R, C және Шмитт триггердің порог мәніне байланысты болады.

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

Мұнда k - тұрақты, оның мәні 0.2 мен 1 аралығында болады.

CMOS Шмитт триггер

Жоғары деңгейдегі енгізгі сигналдың өзгеше шығыс сигналы болады. Мысалы, егер енгізгі сигнал жоғары болса, қарапайым инвертор схемасының шығыс сигналы төмен болады. Бірақ, егер енгізгі сигналде шытыр (шум) болса, шығыс сигнал шытырге жауап береді. Бұл нәтижелерді біз қаламыз. Сондықтан, CMOS Шмитт триггер қолданылады.

Қарапайым сигнал инвертор схемасының толқыны

Бірінші толқында, енгізгі сигналда шум жоқ. Сондықтан, шығыс дұрыс болады. Бірақ, екінші суретте, енгізгі сигналда бірнеше шумдар бар. Шығыс да бұл шумдарға жауап береді. Бұл жағдайды избегу үшін, CMOS Шмитт триггер қолданылады.

Төмендегі схема CMOS Шмитт триггердің құрылысын көрсетеді. CMOS Шмитт триггер PMOS және NMOS транзисторларын қамтитын 6 транзистордан тұрады.

Алдымен, PMOS және NMOS транзисторлар қандай? Олардың символдары төмендегі суретте көрсетілген.

NMOS транзистор VG VS немесе VD-ден үлкен болғанда жұмыс істейді. PMOS транзистор VG VS немесе VD-ден кіші болғанда жұмыс істейді. CMOS Шмитт тригтерде, қарапайым инвертор схемасына бір PMOS және бір NMOS транзисторлар қосылады.

Бірінші жағдайда, енгізілген напряжение жоғары. Бұл шартта, PN транзистор қосылатын, ал NN транзистор алынатын. Сондықтан, A нүктесіне земля сөйлегі құрылады. Демек, CMOS Шмитт триггерінің шығысы нөл болады.

Екінші жағдайда, енгізілген напряжение жоғары. Бұл шартта, NN транзистор қосылатын, ал PN транзистор алынатын. Ол B нүктесіне VDD (Жоғары) напряжациясына сөйлеу жолын құрайды. Демек, CMOS Шмитт триггерінің шығысы жоғары болады.

Шмитт триггерінің қолданылуы

Шмитт триггерінің қолданылуы төмендегілер:

Шмитт триггер синусоидалық және үшбұрыштық толқындарды квадраттық толқындарға айналдырады.
Шмитт триггерлердің ең маңызды қолданылуы - дигиталды цептерде шуылды алып тастау.
Ол функционалды генератор ретінде де қолданылады.
Осцилляторды орындауда да қолданылады.
Шмитт триггерлер мен RC цепь кірісінде басылғыштарды қайта қалыптастыру үшін қолданылады.

Басылып шыққан: Electrical4u.

Пікір: Оригиналға сәйкес, жақсы мазмундарды бөлісу артықтыру, егер автордық құқықтары бұзылса, өшіру үшін хабарласыңыз.

Өнімдік беріңіз және авторды қолдаңыз!

Тақырыптар:

Күйреу теориясы

Шмитт триггер

Сарапшылар туралы

Electrical4u

China