Šmitta triggs: Kas tas ir un kā tas darbojas?

Lauks: Pamata elektrotehnika

China

Kas ir Šmita trigeris?

Šmita trigeris ir salīdzinātāja shēma ar histerezi, kas realizēta, piemērojot pozitīvo atgriezenisko saiti salīdzinātāja vai diferenciālā palielinātāja nepārtrauktajam ievadē. Šmita trigeris izmanto divus dažādus slieksnes sprieguma līmeņus, lai izvairītos no trokšņa ievades signālā. Šī divslieksnes darbība ir pazīstama kā histereze.

Šmita trigeri 1934. gadā izgudroja amerikāņu zinātnieks Otto H. Schmitt.

Parastais salīdzinātājs satur tikai vienu slieksni. Un tas salīdzina sliekšņa signālu ar ievades signālu. Bet, ja ievades signāls satur trokšņu, tas var ietekmēt izvades signālu. a schmitt trigger.png

Augstāk redzamajā attēlā, tā kā A un B atrašanās vietās ir trokšņi, ievades signāls (V1) pārsniedz atsauces signāla (V2) līmeni. Šajā periodā V1 ir mazāks par V2, un izvade ir zema.

Tādēļ, salīdzinātāja izvade tiek ietekmēta ievades signāla trokšņiem, un salīdzinātājs nav aizsargāts no šiem trokšņiem.

Nosaukumā "Šmita trigeris" vārds "trigeris" nāk no tā, ka izvade saglabā savu vērtību, līdz ievade mainās pietiekami, lai "aktivizētu" izmaiņas.

Kā darbojas Šmita trigeris?

Šmita trigeris dod pareizus rezultātus, pat ja ievades signāls ir trokšņains. Tas izmanto divus sprieguma slieksnis; viens ir augšējais slieksnis (VUT), bet otrs ir apakšējais slieksnis (VLT).

Šmita trigeris izvade paliek zema, līdz ievades signāls pārsniedz VUT. Kad ievades signāls pārsniedz šo robežu VUT, Šmita trigeris izvade paliek augsta, līdz ievades signāls ir zemāks par VLT līmeni.

Lai labāk saprastu, kā darbojas Šmita trigeris, aplūkosim piemēru. Pieņemsim, ka sākotnējā ievade ir nulle.

Triecu efekts ar Šmita trigeri

Šeit mēs esam pieņēmuši, ka sākotnējais ievades signāls ir nulle un tas palielinās gadijumā, kā parādīts augstāk minētajā attēlā.

Šmita trigera izvades signāls paliek zems līdz punktam A. Punkta A laikā ievades signāls pārsniedz augšējo slieksni (VUT) un tas radīs augstu izvades signālu.

Izvades signāls paliek augsts līdz punktam B. Punkta B laikā ievades signāls pārsniedz apakšējo slieksni. Un tas padara izvades signālu zemu.

Un atkal, punkta C laikā, kad ievades signāls pārsniedz augšējo slieksni, izvade ir augsta.

Šajā stāvoklī mēs varam redzēt, ka ievades signāls ir trokšņains. Tomēr trokšņi nav ietekmējuši izvades signālu.

Šmita trigera shēma

Šmita trigera shēma izmanto pozitīvo atgriezenisko saiti. Tāpēc šo shēmu arī sauc par atjaunošanās komparatora shēmu. Šmita trigera shēmu var izstrādāt ar Operācijas pastiprinātāju un Transistora palīdzību. Tas tiek klasificēts kā:

Operācijas pastiprinātāja balstītais Šmita trigers
Transistora balstītais Šmita trigers

Operācijas pastiprinātāja balstītais Šmita trigers

Šmita trigera shēmu var izstrādāt, izmantojot operācijas pastiprinātāju divos veidos. Ja ievades signāls ir savienots ar operācijas pastiprinātāja inverso ieeju, to sauc par Inverso Šmita trigeri. Ja ievades signāls ir savienots ar operācijas pastiprinātāja neinverso ieeju, to sauc par Neinverso Šmita trigeri.

Inversais Šmita trigers

Šajā veidā Schmitt trigeris, ieeja tiek nodota operācijas amplifikatora inversajai ieējai. Un pozitīvā atgriezeniskā saite no izvades uz ieēju.

Tagad saprastu, kā šis shēma darbojas. Punkta A, spriegums ir V un piemērotais spriegums (ieejas spriegums) ir Vin.Ja piemērotais spriegums Vin ir lielāks par V, shēmas izvade būs zema. Un ja piemērotais spriegums Vin ir mazāks par V, shēmas izvade būs augsta.

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

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

Tagad aprēķiniet vienādojumu V.

Lietojot Kirhoffs strāvas likumu (KCL),

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

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

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

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

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

Tagad pieņemsim, ka Šmita triecēja izvade ir augsta. Šajā stāvoklī,

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

Tātad, no šīs vienādojuma iegūstam;

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

Ja ieņēmēja signāls pārsniedz V1, Šmita trigeris izdod zemu signālu. Tātad, V1 ir augšējais slieksnis (VUT).

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

Izvade paliks zema, līdz ieņēmēja signāls būs mazāks par V. Ja Šmita trigeris izdod zemu signālu, šajā situācijā,

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

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

Tagad izvade paliek augsta, līdz ieejas signāls ir mazāks par V2. Tādēļ V2 tiek saukts par apakšējo slieksni (VLT).

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

Nevērstošais Šmita trigeris

Nevērstošajā Šmita trigerī ieejas signāls tiek pievienots nevērstošajam Op-Amp terminālam. Un pozitīva atgriezeniskā saite tiek piemērota no izvades uz ieeju. Op-Amp vērstošais termināls ir savienots ar zemes terminālu. Nevērstošā Šmita trigerī shēma ir parādīta zemāk redzamajā attēlā.

Šajā shēmā Šmita trigerī izvade būs augsta, ja spriegums V pārsniedz nulu. Un izvade būs zema, ja spriegums V ir mazāks par nuli.

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

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

Tagad atrodam sprieguma V vienādojumu. Tādēļ, mēs pielietojam KCL šajā mezglā.

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

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

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

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

Tagad pieņemsim, ka operācijas pastiprinātāja izvade ir zema. Tādēļ, Šmita trigeris izvade ir VL. Un spriegums V ir vienāds ar V1.

Šajā situācijā,

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

No šīs vienādojuma,

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

Kad spriegums V1 ir lielāks par nulli, izvade būs augsta. Šajā stāvoklī,

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

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

Kad šis stāvoklis tiek apmierināts, izvade būs augsta. Tātad, šī vienādojuma dēļ iegūstam augšējā slieksnis sprieguma (VUT) vērtību.

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

Tagad pieņemsim, ka Šmita trigeris izvade ir augsta un spriegums V ir vienāds ar V2.

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

Noņemot sprieguma V vienādojumu.

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

Šmita trigeris izsniedz zemu signālu, kad spriegums V2 ir mazāks par nulli. Šajā situācijā,

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

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

Uzrakstītā vienādojuma dēļ iegūstam apakšējā slieksnes sprieguma (VLT) vērtību.

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

Tranzistoru balstīts Šmita trigeris

Šmita trigeri var izveidot ar divu tranzistoru palīdzību. Tranzistoru balstīta Šmita trigeri skema ir dotā zemāk esošajā shēmā.

Vin = ievesamais spriegums
Vref = Referencespiriegums = 5V

Pieņemsim, ka sākotnēji ievesamais spriegums Vin ir nulle. Ievesamais spriegums tiek nodots tranzistora T1 bāzei. Tādējādi šajā stāvoklī tranzistors T1 darbojas atslēguma reģionā un paliek nevedams.

Va un Vb ir mezglu spriegumi. Referencespiriegums ir 5V. Tādējādi mēs varam aprēķināt Va un Vb vērtības, izmantojot sprieguma dalītāja likumu.

Spriegums Vb tiek dots tranzistora T2 bāzei. Un tas ir 1,98V. Tāpēc tranzistors T2 strādā. Un tāpēc Šmita izsprostītāja izvade ir zema. Emetera kritums ir aptuveni 0,7V. Tāpēc tranzistora bāzes spriegums ir 1,28V.

Tranzistora T2 emetere ir savienota ar tranzistora T1 emeteri. Tāpēc abi tranzistori darbojas vienā līmenī 1,28V.

Tas nozīmē, ka tranzistors T1 sāks darboties, ja ievades spriegums pārsniedz 0,7V virs 1,28V vai vairāk nekā 1,98V (1,28V + 0,7V).

Tagad, ja mēs palielinām ievades spriegumu vairāk nekā 1,98V, tad tranzistors T1 sāks darboties. Tas rada tranzistora T2 bāzes sprieguma kritumu un atseko šo tranzistoru. Tāpēc Šmita izsprostītāja izvade ir augsta.

Ievades spriegums sāk samazināties. Tranzistors T1 atsekos, ja ievades spriegums ir 0,7V mazāks par 1,98V un tas ir 1,28V. Šajā stāvoklī tranzistors T2 saņem pietiekamu spriegumu no referenčsprieguma un tas iejies. Tas padara Šmita izsprostītāja izvadi zemu.

Tāpēc šajā stāvoklī mums ir divi slieksni, zems slieksnis 1,28V un augsts slieksnis 1,98V.

Šmita izsprostītāja oscilators

Šmita izsprostītājs var tikt izmantots kā oscil l ators, savienojot vienu RC integrēto shēmu. Šmita izsprostītāja oscilatora shēma ir redzama zemāk esošajā attēlā.

Izvades signāls šķērsošanas ierīces ir nepārtraukts kvadrātveida signāls. Un šķērsošanas ierīces signāla frekvence atkarīga no R, C vērtībām un Schmitt Trigger sliekšņa punkta.

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

Kur k ir konstante, un tās vērtība ir starp 0.2 un 1.

CMOS Schmitt Trigger

Vienkāršas signāla inversijas shēma dod pretēju izvades signālu salīdzinājumā ar ievades signālu. Piemēram, ja ievades signāls ir augsts, tad vienkāršas inversijas shēmas izvades signāls ir zems. Bet ja ievades signālā ir spraugas (troksnis), izvades signāls reaģē uz šiem trokniem. Tas mums nav vēlamā. Tāpēc tiek izmantots CMOS Schmitt trigger.

Vienkāršas signāla inversijas shēmas signāla forma

Pirmajā signāla formā ievades signālā nav trokniem. Tāpēc izvade ir perfekta. Bet otrajā attēlā ievades signālā ir daži trokni. Izvade reaģē arī uz šiem trokniem. Lai izvairītos no šīs situācijas, tiek izmantots CMOS Schmitt trigger.

Zemāk redzamā shēma parāda CMOS Schmitt trigger konstrukciju. CMOS Schmitt Trigger sastāv no 6 tranzistoriem, tostarp PMOS un NMOS tranzistoriem.

Vispirms jāsaprot, kas ir PMOS un NMOS tranzistori? PMOS un NMOS tranzistoru simboli ir zemāk redzamajā attēlā.

NMOS tranzistors pārved elektrisku strāvu, ja VG ir lielāks nekā VS vai VD. PMOS tranzistors pārved elektrisku strāvu, ja VG ir mazāks nekā VS vai VD. CMOS Schmitt trigger shēmā tiek pievienoti viens PMOS un viens NMOS tranzistori vienkāršā inversijas shēmā.

Pirmajā gadījumā ievades spriegums ir augsts. Šajā stāvoklī PN tranzistoris ir ieslēgts, bet NN tranzistoris ir izslēgts. Tas veido ceļu uz zemi punktam A. Tādēļ, CMOS Šmita trigeris izvade būs nulle.

Otrajā gadījumā ievades spriegums ir augsts. Šajā stāvoklī NN tranzistoris ir ieslēgts, bet PN tranzistoris ir izslēgts. Tas veidos ceļu uz spriegumu VDD (Augsts) punktam B. Tādēļ, CMOS Šmita trigeris izvade būs augsta.

Šmita trigeru lietojumi

Šmita trigeru lietojumi ir šādi.

Šmita trigeris tiek izmantots, lai pārveidotu sinusoīdas un trijstūra viļņus par kvadrātviļņiem.
Visvairāk Šmita trigeri tiek izmantoti, lai noņemtu troksni digitālos shēmās.
Tie tiek arī izmantoti kā funkcijas ģeneratori.
Tie tiek izmantoti, lai realizētu oscilatoru.
Šmita trigeri kopā ar RC shēmu tiek izmantoti, lai novērstu pogu debouncing.

Avots: Electrical4u.

Paziņojums: Cienīsim oriģinālu, labas rakstības vērts koplietot, ja ir tiesību pārkāpums, lūdzu, sazinieties, lai dzēstu.

Dodot padomu un iedrošināt autoru

Tēmas:

Šķērscekis Teorija

Šmitta trigeris

Par ekspertiem

Electrical4u

China