Schmitt Trigger: Kaj je in kako deluje?

Kaj je Schmittovo okvirje

Schmittovo okvirje je komparator z implementirano histerezijo, ki jo dosežemo s pozitivno povratno zvezo na nenegativnem vhodu komparatorja ali diferencialnega posiljnika. Schmittovo okvirje uporablja dva različna praga napetosti, da se izogni šumu v vhodnem signalu. Dejanje zaradi tega dvojnega praga se imenuje histereza.

Schmittovo okvirje je leta 1934 izumil ameriški znanstvenik Otto H Schmitt.

Običajni komparator vsebuje le en pragovni signal. In ga primerja z vhodnim signalom. Če pa vhodni signal vsebuje šum, lahko to vpliva na izhodni signal.

Na zgornji sliki zaradi šuma pri lokacijah A in B vhodni signal (V1) prekorači raven referenčnega signala (V2). V tem obdobju je V1 manjše od V2 in izhod je nizok.

Torej, izhod komparatorja je vpliven šum v vhodnem signalu. Komparator ni zaščiten pred šumom.

Beseda "trigger" v imenu "Schmittovo okvirje" izhaja iz dejstva, da izhod ohranja svojo vrednost, dokler se vhod dovolj ne spremeni, da "aktivira" spremembo.

Kako deluje Schmittovo okvirje?

Schmittovo okvirje daje pravilne rezultate, tudi če je vhodni signal šumilen. Uporablja dve pragovni napetosti; ena je zgornja pragovna napetost (VUT) in druga je spodnja pragovna napetost (VLT).

Izhod Schmittovega okvirja ostane nizek, dokler vhodni signal ne prekorači VUT. Ko vhodni signal prekorači to mejo VUT, izhodni signal Schmittovega okvirja ostane visok, dokler je vhodni signal pod raven VLT.

Razumimo delovanje Schmittovega okvirja z primerom. Predpostavljamo, da je začetni vhod enak nič.

Učinek šuma z Schmitt triggerjem

Tukaj smo predpostavili, da je začetni vhodni signal enak nič in se povečuje postopoma, kot je prikazano na zgornji sliki.

Izhodni signal Schmitt triggerja ostane nizek do točke A. V točki A vhodni signal preseže raven zgornje meje (VUT) in ustvari visoki izhodni signal.

Izhodni signal ostane visok do točke B. V točki B vhodni signal preseže spodnjo mejo. To povzroči, da postane izhodni signal nizek.

Nato ponovno v točki C, ko vhodni signal preseže zgornjo mejo, izhod postane visok.

V tej situaciji lahko opazimo, da je vhodni signal šumljiv. Vendar šum ne vpliva na izhodni signal.

Škematski pogojnik Schmitt

Škematski pogojnik Schmitt uporablja pozitivno povratno zvezo. Zato se ta vezij tudi imenuje regenerativni komparator. Škematski pogojnik Schmitt se lahko oblikuje z uporabo Operacijskega posiljnika in Tranzistorja. In je razdeljen na:

• Škematski pogojnik Schmitt na osnovi operacijskega posiljnika

• Škematski pogojnik Schmitt na osnovi tranzistorja

Škematski pogojnik Schmitt na osnovi operacijskega posiljnika

Škematski pogojnik Schmitt se lahko oblikuje z uporabo operacijskega posiljnika na dva načina. Če je vhodni signal povezan na inverzno točko operacijskega posiljnika, govorimo o inverznem škematskem pogojniku Schmitt. Če je vhodni signal povezan na neinverzno točko operacijskega posiljnika, govorimo o neinverznem škematskem pogojniku Schmitt.

Inverzni škematski pogojnik Schmitt

V tem tipu Schmittovega spustnika je vhod podan na inverzni terminal operacijskega posiljnika. In pozitivna povratna zanka od izhoda do vhoda.

Sedaj pa razumemo, kako ta krog deluje. V točki A je napetost V in uporabljena napetost (vhodna napetost) je Vin. Če je uporabljena napetost Vin večja od V, bo izhod kroga nizak. In če je uporabljena napetost Vin manjša od V, bo izhod kroga visok.

Sedaj izračunajmo enačbo za V.

Uporabimo Kirchhoffov zakon o toku (KCL),

Najprej predpostavimo, da je izhod Schmittovega spina visok. V tej situaciji

Torej, iz zgornje enačbe sledi;

Ko je vhodni signal večji od V1, bo izhod Schmittovega triigerja nizki. Torej, V1 zgornja pragovna napetost (VUT).

Izhod bo ostal nizki, dokler bo vhodni signal manjši od V. Ko je izhod Schmittovega triigerja nizki, v tej situaciji,

Sedaj izhod ostane visok, dokler je vhodni signal manjši od V2. Torej, V2 je znano kot spodnja pragovna napetost (VLT).

Neverjetni Schmittova klopa

V neverjetni Schmittovi klopi je vhodni signal priključen na neinverzni terminal operacijskega posiljnika. Pozitivna povratna zanka je priključena od izhoda nazaj na vhod. Inverzni terminal operacijskega posiljnika je povezan s talom. Shema neverjetne Schmittove klope je prikazana na spodnjem prikazu.

V tej vezji bo izhod Schmittove klope visok, ko bo napetost V večja od nič. Izhod bo nizko, ko bo napetost V manjša od nič.

Sedaj najdemo enačbo napetosti V. Za to uporabimo KCL na tem vozlišču.

Nedavno, predpostavljamo, da je izhod op-Amp nizek. Torej, izhodna napetost Schmittovega triggerja je VL. In napetost V je enaka V1.

V tej situaciji,

Iz zgornje enačbe sledi,

Ko je napetost V1 večja od nič, bo izhod visok. V tem primeru,

Ko je zgornji pogoj izpolnjen, bo izhod visok. Zato ta enačba daje vrednost zgornje pragovne napetosti (VUT).

Predpostavimo sedaj, da je izhod Schmittovega sprožilca visok. In napetost V je enaka V2.

Iz enačbe napetosti V.

Izhod Schmittovega trigerja bo nizko, ko bo napetost V2 manjša od nič. V tej situaciji,

Zgoraj navedena enačba daje vrednost spodnje meje napetosti (VLT).

Schmittov trigger z tranzistorji

Schmittov trigger lahko zgradiš s pomočjo dveh tranzistorjev. Shema Schmittovega triggerja z tranzistorji je podana v spodnjem električnem vezju.

Vin = vhodna napetost
Vref = referenčna napetost = 5V

Predpostavimo, da je na začetku vhodna napetost Vin enaka nič. Vhodna napetost je podana na bazi tranzistorja T1. V tej situaciji tranzistor T1 deluje v območju odseka in ostane neprovodni.

Va in Vb so nodalne napetosti. Referenčna napetost je 5V. Zato lahko izračunamo vrednosti Va in Vb z uporabo pravila deljenja napetosti.

Napetost Vb je podana na bazi tranzistorja T2. In ta napetost znaša 1,98 V. Zato tranzistor T2 vodi. Zaradi tega je izhod Schmittovega spustnika nizek. Padec na emiterju znaša približno 0,7 V. Torej, napetost na bazi tranzistorja znaša 1,28 V.

Emiter tranzistorja T2 je povezan s emiterjem tranzistorja T1. Zato oba tranzistorja delujeta na enaki ravni pri 1,28 V.

To pomeni, da bo tranzistor T1 deloval, ko bo vhodna napetost 0,7 V večja od 1,28 V ali večja od 1,98 V (1,28 V + 0,7 V).

Nastavimo zdaj vhodno napetost večjo od 1,98 V, in tranzistor T1 bo začel voditi. To povzroči padec napetosti na bazi tranzistorja T2 in ta bo izključen. Zaradi tega je izhod Schmittovega spustnika visok.

Vhodna napetost se začne zmanjševati. Tranzistor T1 bo izključen, ko bo vhodna napetost 0,7 V manjša od 1,98 V, torej 1,28 V. V tej situaciji tranzistor T2 dobi dovolj napetosti od referenčne napetosti in se vklopi. To povzroči, da je izhod Schmittovega spustnika nizki.

Torej, v tej situaciji imamo dva pragovska, nižji prag pri 1,28 V in višji prag pri 1,98 V.

Schmittov spustnik kot oscilator

Schmittov spustnik se lahko uporablja kot oscillator, če ga povežemo s posameznim RC integriranim obvezkom. Shema Schmittovega spustnega oscilatorja je prikazana na spodnjem prikazu.

Izhod krpitev je zvezna kvadratna valovanje. Frekvenca valovanja je odvisna od vrednosti R, C in točke praga Schmittovega spina.

Kjer je k konstanta in se giblje med 0,2 in 1.

CMOS Schmittov spin

Preprosta krpitev za obrnljanje signala daje izhodni signal, ki je nasproten vhodnemu signalu. Na primer, če je vhodni signal visok, je izhodni signal nizki pri preprosti krpitvi. Če pa ima vhodni signal šipe (šum), bo izhodni signal reagiral na šip. To ne želimo. Zato se uporablja CMOS Schmittov spin.

V prvem valovanju vhodni signal ni šumljiv. Torej, izhod je popoln. V drugi figuri pa ima vhodni signal nekaj šuma. Izhod tudi reagira na ta šum. Za izogibanje temu stanju se uporablja CMOS Schmittov spin.

Spodnji shema krpite prikazuje sestavo CMOS Schmittovega spina. CMOS Schmittov spin sestavlja 6 tranzistorjev, vključno z PMOS in NMOS tranzistorji.

Najprej moramo vedeti, kaj je PMOS in NMOS tranzistor. Simboli PMOS in NMOS tranzistorjev so prikazani v spodnji figuri.

NMOS tranzistor prevodi, ko je VG večji od VS ali VD. PMOS tranzistor prevodi, ko je VG manjši od VS ali VD. V CMOS Schmittovem spinu je dodan en PMOS in en NMOS tranzistor v preprosto krpitev za obrnljanje signala.

V prvem primeru je vhodna napetost visoka. V tej situaciji je PN tranzistor vklopljen in NN tranzistor izklopljen. To ustvari pot do zemlje za vozlišče A. Zato bo izhod CMOS Schmittovega spustila nič.

V drugem primeru je vhodna napetost visoka. V tej situaciji je NN tranzistor vklopljen in PN tranzistor izklopljen. To ustvari pot do napetosti VDD (Visoka) za vozlišče B. Zato bo izhod CMOS Schmittovega spustila visok.

Uporaba Schmittovih spustil

Uporabe Schmittovih spustil so naslednje.

• Schmittovo spustilo se uporablja za pretvarjanje sinusnih in trikotnih valov v pravokotne valove.

• Najpomembnejša uporaba Schmittovih spustil je odstranjevanje šuma v digitalnih vezjih.

• Uporabljajo se tudi kot generator funkcij.

• Uporabljajo se za izvedbo oscilatorja.

• Schmittova spustila s RC vezjem se uporabljajo za odstranjevanje dvoumnosti pri preklopnikih.

Vir: Electrical4u.

Izjava: Spoštujte original, dobri članki so vredni delitve, če je kršenje avtorskih pravic, se obrnite za brisanje.