Шмитов тригер: Што е тоа и како функционира?

Поле: Основни електрични

China

Што е Шмит тригер?

Шмит тригер е компараторска схема со хистерезис, која се имплементира со применување на позитивна обратна врска на неинвертниот вход на компаратор или диференцијален амплитет. Шмит тригер користи две различни прагови напонски нивоа за да избегне шум во входниот сигнал. Действието од овој двоен праг е познато како хистерезис.

Шмит тригерот беше измислен од американскиот научник Ото Х. Шмит во 1934 година.

Обичниот компаратор содржи само еден прагов сигнал. И тој го споредува праговиот сигнал со входниот сигнал. Но, ако входниот сигнал има шум, тој може да ја утилиза излезниот сигнал. a schmitt trigger.png

На горената слика, поради шумот на локациите А и Б, входниот сигнал (V1) пресекува нивото на референтниот сигнал (V2). Во овој период, V1 е помал од V2 и излезниот сигнал е нисок.

Поради тоа, излезниот сигнал на компараторот е утилизиран од шумот во входниот сигнал. И компараторот не е заштитен од шумот.

„Тригерот“ во името „Шмит тригер“ доаѓа од фактот дека излезниот сигнал задржува својата вредност додека входниот сигнал достатоцно варира за да „тригерира“ промена.

Како функционира Шмит тригер?

Шмит тригерот дава правилни резултати и кога входниот сигнал е шумест. Тој користи два прагови напони; еден е горниот прагов напон (VUT) а другиот е долниот прагов напон (VLT).

Излезниот сигнал на Шмит тригерот останува нисок сѐ додека входниот сигнал не пресече VUT. Кога входниот сигнал пресече овој лимит VUT, излезниот сигнал на Шмит тригерот останува висок сѐ додека входниот сигнал не е под нивото на VLT.

Да разбереме како функционира Шмит тригер со пример. Тука претпоставуваме дека почетниот вход е нула.

Ефект на шум со Шмитов тригер

Овде се претпоставува дека почетниот входен сигнал е нула и потоа се зголемува постепено како што е прикажано на горната слика.

Излезните сигнал од Шмитовиот тригер останува нисок до точката А. Во точката А, входниот сигнал преминува над нивото на горниот праг (VUT) и го прави излезните сигнал висок.

Излезните сигнал останува висок до точката Б. Во точката Б, входниот сигнал преминува подолу од долниот праг. И тоа го прави излезните сигнал нисок.

И отново, во точката Ц, кога входниот сигнал преминува над горниот праг, излезните сигнал е висок.

Во овој услов, можеме да видиме дека входниот сигнал е шумлив. Но шумот не влијае на излезните сигнал.

Шмитов тригер

Шмитовиот тригер користи позитивна обратна врска. Затоа, овој циркуит е познат и како регенеративен компараторски циркуит. Шмитовиот тригер може да се дизајнира со помош на Оп-Амп и Транзистор. И тоа се класифицира како;

Шмитов тригер базиран на Оп-Амп
Шмитов тригер базиран на Транзистор

Шмитов тригер базиран на Оп-Амп

Шмитовиот тригер може да се дизајнира со помош на Оп-Амп на два начини. Ако входниот сигнал е поврзан на инвертиращата точка на Оп-Амп, тогаш се нарекува Инвертирачко Шмитов тригер. А ако входниот сигнал е поврзан на неинвертирачката точка на Оп-Амп, тогаш се нарекува Неинвертирачко Шмитов тригер.

Инвертирачко Шмитов тригер

В овој тип на Шмитов тригер, влезот се дава на инверзниот терминал на операцијалниот амплификатор. И позитивната повратна врска од излезот кон влезот.

Сега, да разбереме како функционира овој коло. Во точка А, напонот е V, а применетиот напон (влезната напон) е Vin. Ако применетиот напон Vin е поголем од V, излезот од колото ќе биде нисок. А ако применетиот напон Vin е помал од V, излезот од колото ќе биде висок.

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

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

Сега, пресметајте ја равенката за V.

Применувајќи Законот на Кирхоф за струја (KCL),

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

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

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

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

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

Сега, да претпоставиме дека излезот на Шмитовиот тригер е висок. Во оваа состојба,

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

Така, од горната равенка;

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

Кога влезниот сигнал е поголем од V1, излезниот сигнал на Шмитовиот тригер ќе стане нисок. Значи, V1 е горна прагова напонска вредност (VUT).

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

Излезниот сигнал ќе остане нисок сѐ додека влезниот сигнал е помал од V. Кога излезниот сигнал на Шмитовиот тригер е нисок, во оваа состојба,

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

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

Сега, излезот останува висок сѐ додека сигналот на вход е помал од V2. Затоа, V2 е познат како нижна порогска напонска разлика (VLT).

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

Неинверзен Шмит тригер

В неинверзен Шмит тригер, сигналот на вход се применува на неинверзниот терминал на оп-амп. И позитивната обратна врска се применува од излезот до входот. Инверзниот терминал на оп-амп е поврзан со земјиниот терминал. Схемата на неинверзниот Шмит тригер е прикажана на следната слика.

В овој коло, излезот на Шмит тригер ќе биде висок кога напонот V е поголем од нула. И излезот ќе биде низок кога напонот V е помал од нула.

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

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

Сега, да ја најдеме равенката за напонот V. За тоа, применуваме KCL во таа чворна точка.

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

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

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

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

Сега претпоставете дека излезот на оп-амп е нисок. Следователно, излезната напонска вредност на Шмит тригерот е VL. И напонската вредност V е еднаква со V1.

В оваа состојба,

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

Од горенаведената равенка,

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

Кога напонот V1 е поголем од нула, излезот ќе биде висок. Во оваа состојба,

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

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

Кога горенаведената состојба е исполнета, излезот ќе биде висок. Значи, оваа равенка дава вредноста на горниот прагов напон (VUT).

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

Сега претпоставете дека излезот од Шмит тригерот е висок. И напонот V е еднаков на V2.

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

Од равенката за напонот V.

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

Излезот од Шмитовиот тригер ќе стане нисок кога напонот V2 е помал од нула. Во оваа состојба,

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

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

Погоре приведена равенка дава вредноста на нижниот прагов напон (VLT).

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

Транзисторски Шмит тригер

Шмит тригерот може да се дизајнира со помош на два транзистора. Дијаграмот на колата за транзисторски Шмит тригер е даден во колата подолу.

Vin = входен напон
Vref = референтен напон = 5V

Претпоставуваме дека, на почеток, входниот напон Vin е нула. Входниот напон се дава на базата на транзисторот T1. Во оваа состојба, транзисторот T1 функционира во регионот на прекин и не проводи.

Va и Vb се напони на јазлите. Референтниот напон е 5V. Значи, можеме да пресметаме вредноста на Va и Vb според правилото за делбен напон.

Напонот Vb се даден на базата на транзисторот T2. И тоа е 1,98V. Затоа, транзисторот T2 проводи. И поради ова, излезот од Шмит тригерот е нисок. Падната напрега на емитерот е околу 0,7V. Значи, напонот на базата на транзисторот е 1,28V.

Емитерот на транзисторот T2 е поврзан со емитерот на транзисторот T1. Затоа, обата транзистори функционираат на ист напон од 1,28V.

Тоа значи дека транзисторот T1 ќе функционира кога входниот напон е 0,7V над 1,28V или повеќе од 1,98V (1,28V + 0,7V).

Сега, го зголемуваме входниот напон повеќе од 1,98V, и транзисторот T1 ќе почне да проводи. Ова предизвикува пад на напонот на базата на транзисторот T2 и ќе го прекине транзисторот T2. И поради ова, излезот од Шмит тригерот е висок.

Входниот напон започнува да се намалува. Транзисторот T1 ќе биде прекинат кога входниот напон е 0,7V под 1,98V, а тоа е 1,28V. Во оваа состојба, транзисторот T2 добива доволен напон од референтниот напон и ќе се вклучи. Ова прави излезот на Шмит тригерот нисок.

Значи, во оваа состојба, имаме две прагови, долен праг на 1,28V и горен праг на 1,98V.

Шмит тригер осцилатор

Шмит тригерот може да се користи како осцил л атор со поврзување на еден RC интегриран систем. Схемата на Шмит тригер осцилаторот е прикажана на следната слика.

Излезот на колата е непрекинат квадратен бран. Фреквенцијата на формата зависи од вредноста на R, C и точката на праг за Шмитов тригер.

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

Константата k се движи во опсегот помеѓу 0.2 и 1.

CMOS Шмитов тригер

Једноставната кола за инвертирање на сигнал дава излезен сигнал кој е спротивен на входниот сигнал. На пример, ако входниот сигнал е висок, излезниот сигнал е низок за једноставна инверзна кола. Но ако входниот сигнал има шипчиња (шум), излезниот сигнал ќе реагира на шипчињата. Тоа не го сакаме. Затоа, CMOS Шмитов тригер се користи.

Волнови форма на једноставна кола за инвертирање на сигнал

Во првата волнови форма, входниот сигнал нема шум. Значи, излезот е перфектен. Но во втората фигура, входниот сигнал има неколку шумови. Излезот исто така реагира на овој шум. За да се избегне оваа состојба, се користи CMOS Шмитов тригер.

Дијаграмот на колата подолу покажува конструkcijata на CMOS Шмитов тригер. CMOS Шмитов тригер се состои од 6 транзистори, вклучувајќи PMOS и NMOS транзистори.

Прво, треба да знаеме, што е PMOS и NMOS транзистор? Симболите на PMOS и NMOS транзисторите се прикажани во дијаграмот подолу.

NMOS транзисторот проводи кога VG е поголем од VS или VD. А PMOS транзисторот проводи кога VG е помал од VS или VD. Во CMOS Шмитов тригер, еден PMOS и еден NMOS транзистори се додаваат во једноставна инверзна кола.

В прв случај, влезната напона е висока. Во оваа состојба, транзисторот PN е во состојба ON, а транзисторот NN е во состојба OFF. И создава пат до земјата за јазел А. Затоа, излезот на CMOS Шмит тригерот ќе биде нула.

Во вториот случај, влезната напона е висока. Во оваа состојба, транзисторот NN е во состојба ON, а транзисторот PN е во состојба OFF. Тоа ќе создаде пат до напонот VDD (висок) за јазел Б. Затоа, излезот на CMOS Шмит тригерот ќе биде висок.

Применувања на Шмит тригерот

Применувањата на Шмит тригерот се следниве:

Шмит тригерот се користи за преобразување на синусна и триаголна таласна форма во квадратна таласна форма.
Најважната примена на Шмит тригерите е за елиминација на шумови во дигиталните кола.
Тие исто така се користат како генератори на функции.
Се користат за имплементација на осцилатори.
Шмит тригерите со RC кола се користат за дефансирање на прекинувачи.

Извор: Electrical4u.

Забелешка: Поштето од оригиналот, добри статии се достојни да се споделат, ако постои нарушение на авторските права контактирајте за брисање.

Дадете бакшиш и одобрувајте авторот!

Теми:

Теорија на колцо

Шмит тригер

За експертите

Electrical4u

China