Pemacu Schmitt: Apakah Itu dan Bagaimana Ia Berfungsi

Medan: Elektrik Asas

China

Apakah Schmitt Trigger?

Schmitt Trigger adalah litar pembanding dengan histeresis yang diimplementasikan dengan menerapkan maklum balik positif pada input tidak terbalik pembanding atau pengamplifier perbezaan pengamplifier. Schmitt Trigger menggunakan dua tahap ambang input berbeza untuk mengelakkan bunyi dalam isyarat input. Tindakan dari ambang ganda ini dikenali sebagai histeresis.

Schmitt Trigger dicipta oleh saintis Amerika Otto H Schmitt pada tahun 1934.

Pembanding biasa hanya mengandungi satu isyarat ambang. Dan ia membandingkan isyarat ambang dengan isyarat input. Tetapi, jika isyarat input mempunyai bunyi, ia mungkin mempengaruhi isyarat output. a schmitt trigger.png

Dalam rajah di atas, disebabkan oleh bunyi di lokasi A dan B, isyarat input (V1) melampaui tahap isyarat rujukan (V2). Semasa tempoh ini, V1 kurang daripada V2 dan output rendah.

Oleh itu, output pembanding dipengaruhi oleh bunyi dalam isyarat input. Dan pembanding tidak dilindungi daripada bunyi.

Kata "trigger" dalam nama "Schmitt Trigger" berasal dari fakta bahawa output mengekalkan nilai sehingga input berubah cukup untuk "memicu" perubahan.

Bagaimana Schmitt Trigger berfungsi?

Schmitt trigger memberikan hasil yang betul walaupun isyarat input bercampur dengan bunyi. Ia menggunakan dua voltan ambang; satu adalah voltan ambang atas (VUT) dan yang kedua adalah voltan ambang bawah (VLT).

Output Schmitt trigger kekal rendah sehingga isyarat input melampaui VUT. Setelah isyarat input melewati had VUT, isyarat output Schmitt trigger kekal tinggi sehingga isyarat input berada di bawah tahap VLT.

Mari kita fahami cara kerja Schmitt trigger dengan contoh. Di sini kita andaikan bahawa input awal adalah sifar.

Kesan bunyi dengan Schmitt Trigger

Di sini, kita telah mengandaikan bahawa isyarat input awal adalah sifar dan ia meningkat secara beransur-ansur seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas.

Isyarat output Schmitt trigger kekal rendah sehingga titik A. Di titik A, isyarat input melintasi paras ambang atas (VUT) dan ia menghasilkan isyarat output tinggi.

Isyarat output kekal tinggi sehingga titik B. Di titik B, isyarat input melintasi di bawah ambang bawah. Dan ini menjadikan isyarat output rendah.

Dan sekali lagi, di titik C, apabila isyarat input melintasi ambang atas, isyarat output menjadi tinggi.

Dalam keadaan ini, kita dapat melihat bahawa isyarat input bercampur baur. Tetapi bunyi tidak mempengaruhi isyarat output.

Litar Schmitt Trigger

Litar Schmitt trigger menggunakan maklum balas positif. Oleh itu, litar ini juga dikenali sebagai litar pembanding regeneratif. Litar Schmitt Trigger boleh direka dengan bantuan Op-Amp dan Transistor. Dan ia diklasifikasikan sebagai;

Schmitt trigger berdasarkan Op-amp
Schmitt trigger berdasarkan Transistor

Schmitt Trigger Berdasarkan Op-Amp

Litar Schmitt trigger boleh direka menggunakan Op-Amp dalam dua cara. Jika isyarat input disambungkan pada titik inverting Op-Amp, ia dikenali sebagai Inverting Schmitt Trigger. Dan jika isyarat input disambungkan pada titik non-inverting Op-Amp, ia dikenali sebagai Non-inverting Schmitt Trigger.

Inverting Schmitt Trigger

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

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

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

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

Sekarang, hitung persamaan V.

Menggunakan 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 andaikan bahawa output daripada Schmitt trigger adalah tinggi. Dalam keadaan ini,

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

Jadi, dari persamaan di atas;

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

Apabila isyarat input lebih besar daripada V1, keluaran trigger Schmitt akan menjadi rendah. Oleh itu, V1 adalah voltan ambang atas (VUT).

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

Keluaran akan kekal rendah sehingga isyarat input kurang daripada V. apabila keluaran trigger Schmitt rendah, dalam keadaan 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 sehingga isyarat input kurang daripada V2. Oleh itu, V2 dikenali sebagai voltan ambang bawah (VLT).

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

Pencetus Schmitt Tidak Invert

Dalam pencetus Schmitt tidak invert, isyarat input diterapkan pada terminal tidak invert Op-Amp. Dan maklum balas positif diterapkan dari output ke input. Terminal invert Op-Amp disambungkan ke terminal ground. Rajah litar untuk pencetus Schmitt tidak invert ditunjukkan seperti dalam gambar di bawah.

Dalam litar ini, output pencetus Schmitt akan tinggi apabila voltan V lebih besar daripada sifar. Dan output akan rendah apabila voltan V kurang daripada sifar.

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

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

Sekarang, mari kita cari persamaan voltan V. Untuk itu, kita menerapkan KCL pada nod 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, andaikan output Op-Amp adalah rendah. Oleh itu, voltan output Schmitt trigger adalah VL. Dan voltan V adalah sama dengan V1.

Dalam keadaan ini,

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

Dari persamaan di atas,

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

Apabila voltan V1 lebih besar daripada sifar, output akan tinggi. Dalam keadaan ini,

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

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

Apabila keadaan di atas dipenuhi, output akan tinggi. Oleh itu, persamaan ini memberikan nilai voltan ambang atas (VUT).

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

Sekarang andaikan bahawa output trigger Schmitt adalah tinggi. Dan voltan V adalah sama dengan V2.

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

Dari persamaan voltan V.

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

Keluaran Schmitt trigger akan menjadi rendah apabila voltan V2 adalah kurang daripada sifar. Dalam keadaan 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 voltan ambang bawah (VLT).

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

Penjana Schmitt berdasarkan transistor

Litar penjana Schmitt boleh direka dengan bantuan dua transistor. Rajah litar bagi penjana Schmitt berdasarkan transistor diberikan dalam litar di bawah.

Vin = voltan input
Vref = Voltan rujukan = 5V

Mari kita anda bahawa, pada permulaan, voltan input Vin adalah sifar. Voltan input diberikan kepada pangkalan transistor T1. Oleh itu, dalam keadaan ini, transistor T1 beroperasi dalam kawasan pemutusan dan ia kekal tidak mengalirkan arus.

Va dan Vb adalah voltan nod. Voltan rujukan diberikan 5V. Jadi, kita boleh mengira nilai Va dan Vb menggunakan peraturan pembahagian voltan.

Voltan Vb diberikan kepada asas transistor T2. Dan ia adalah 1.98V. Oleh itu, transistor T2 sedang mengalir. Dan kerana ini, output dari Schmitt trigger adalah rendah. Jatuh pada emiter adalah sekitar 0.7V. Jadi, voltan asas transistor adalah 1.28V.

Emiter transistor T2 disambungkan dengan emiter transistor T1. Oleh itu, kedua-dua transistor beroperasi pada tahap yang sama pada 1.28V.

Ini bermaksud bahawa transistor T1 akan beroperasi apabila voltan input adalah 0.7V di atas 1.28V atau lebih daripada 1.98V (1.28V + 0.7V).

Sekarang, kita meningkatkan voltan input melebihi 1.98V, dan transistor T1 akan mula mengalir. Ini menyebabkan jatuh voltan pada asas transistor T2 dan ia akan memutuskan transistor T2. Dan kerana ini, output dari Schmitt trigger adalah tinggi.

Voltan input mula menurun. Transistor T1 akan diputuskan apabila voltan input adalah 0.7V kurang daripada 1.98V dan ia adalah 1.28V. Dalam keadaan ini, transistor T2 mendapat voltan yang cukup dari voltan rujukan, dan ia akan hidup. Ini menjadikan output dari Schmitt trigger rendah.

Oleh itu, dalam keadaan ini, kita mempunyai dua ambang, ambang bawah pada 1.28V dan ambang atas pada 1.98V.

Pengosilasi Schmitt Trigger

Schmitt Trigger boleh digunakan sebagai pengosilasi dengan menyambungkan litar terpadu RC tunggal. Gambar rajah litar pengosilasi Schmitt trigger ditunjukkan seperti dalam gambar di bawah.

Keluaran litar adalah gelombang segi empat yang berterusan. Dan frekuensi gelombang bergantung pada nilai R, C, dan titik ambang Schmitt Trigger.

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

Di mana k adalah pemalar dan ia berkisar antara 0.2 hingga 1.

CMOS Schmitt Trigger

Litar pembalik isyarat mudah memberikan isyarat keluaran yang bertentangan dengan isyarat input. Sebagai contoh, jika isyarat input tinggi, isyarat keluaran rendah untuk litar pembalik mudah. Tetapi jika isyarat input mempunyai spike (bising), isyarat keluaran akan berubah mengikut spike tersebut. Yang ini tidak diinginkan. Oleh itu, CMOS Schmitt trigger digunakan.

Bentuk Gelombang Litar Pembalik Isyarat Mudah

Dalam bentuk gelombang pertama, isyarat input tidak mempunyai bising. Jadi, keluarannya sempurna. Tetapi dalam gambar kedua, isyarat input mempunyai beberapa bising. Keluaran juga bertindak balas terhadap bising tersebut. Untuk mengelakkan keadaan ini, CMOS Schmitt trigger digunakan.

Gambar rajah litar di bawah menunjukkan struktur CMOS Schmitt trigger. CMOS Schmitt Trigger terdiri daripada 6 transistor termasuk PMOS dan NMOS transistor.

Pertama, kita perlu tahu, apakah transistor PMOS dan NMOS? Simbol transistor PMOS dan NMOS ditunjukkan dalam gambar rajah di bawah.

Transistor NMOS mengkonduksi apabila VG lebih besar daripada VS atau VD. Dan transistor PMOS mengkonduksi apabila VG kurang daripada VS atau VD. Dalam CMOS Schmitt trigger, satu transistor PMOS dan satu transistor NMOS ditambah dalam litar pembalik mudah.

Dalam kes pertama, voltan input adalah tinggi. Dalam keadaan ini, transistor PN adalah ON dan transistor NN adalah OFF. Dan ia mencipta laluan ke tanah untuk nod-A. Oleh itu, output daripada CMOS Schmitt trigger akan menjadi sifar.

Dalam kes kedua, voltan input adalah tinggi. Dalam keadaan ini, transistor NN adalah ON dan transistor PN adalah OFF. Ia akan mencipta laluan ke voltan VDD (Tinggi) untuk nod-B. Oleh itu, output daripada CMOS Schmitt trigger akan menjadi tinggi.

Aplikasi Schmitt Trigger

Aplikasi Schmitt trigger adalah seperti berikut.

Schmitt trigger digunakan untuk mengubah gelombang sinus dan gelombang segitiga menjadi gelombang segi empat.
Penggunaan yang paling penting bagi Schmitt trigger adalah untuk menghilangkan bunyi hiruk dalam litar digital.
Ia juga digunakan sebagai penjana fungsi.
Ia digunakan untuk melaksanakan osilator.
Schmitt trigger dengan litar RC digunakan sebagai pengurangan getaran pada switch.

Sumber: Electrical4u.

Penyataan: Hormati asal, artikel yang baik layak dikongsi, jika terdapat pelanggaran hak cipta sila hubungi untuk dihapuskan.

Berikan Tip dan Galakkan Penulis

Tajuk:

Teori Litar

Pencetus Schmitt

Mengenai pakar

Electrical4u

China