Schmitt Trigger: Ano ito at Paano ito Gumagana?

Larangan: Pangunahing Elektrikal

China

Ano ang Schmitt Trigger?

Ang Schmitt Trigger ay isang circuit ng comparator na may hysteresis na inilapat sa pamamagitan ng pag-apply ng positibong feedback sa noninverting input ng comparator o differential amplifier. Gumagamit ang Schmitt Trigger ng dalawang iba't ibang threshold voltage level upang iwasan ang ingay sa input signal. Ang aksyon mula sa dual-threshold na ito ay kilala bilang hysteresis.

Inimbento ni American scientist na si Otto H Schmitt ang Schmitt Trigger noong 1934.

Ang normal na comparator ay naglalaman lamang ng isang threshold signal. At ito'y nagsasalungat ng threshold signal sa isang input signal. Ngunit, kung may ingay ang input signal, maaari itong makaapekto sa output signal. a schmitt trigger.png

Sa larawan sa itaas, dahil sa ingay sa mga lugar A at B, ang input signal (V1) ay lumampas sa lebel ng reference signal (V2). Sa panahong ito, ang V1 ay mas mababa kaysa V2 at ang output ay mababa.

Kaya, ang output ng comparator ay naapektuhan ng ingay sa input signal. At hindi protektado ang comparator mula sa ingay.

Ang “trigger” sa pangalan ng “Schmitt Trigger” ay nagmumula sa katotohanan na ang output ay nananatili sa kanyang halaga hanggang ang input ay sapat na magbago upang “trigger” ang pagbabago.

Kamusta gumagana ang Schmitt Trigger?

Nagbibigay ang Schmitt trigger ng tamang resulta kahit na noisy ang input signal. Gumagamit ito ng dalawang threshold voltages; ang isa ay ang upper threshold voltage (VUT) at ang ikalawa ay lower threshold voltage (VLT).

Ang output ng Schmitt trigger ay nananatili sa mababa hanggang ang input signal ay lumampas sa VUT. Kapag lumampas na ang input signal sa limit na ito ng VUT, ang output signal ng Schmitt trigger ay nananatili sa mataas hanggang ang input signal ay nasa ibaba ng lebel ng VLT.

Unawain natin ang paggana ng Schmitt trigger sa pamamagitan ng isang halimbawa. Dito, asumihin natin na ang initial input ay zero.

Epekto ng bulakbo sa Schmitt Trigger

Dito, inasumosyon namin na ang unang input signal ay zero at ito ay unti-unting tumataas tulad ng ipinapakita sa itaas na larawan.

Ang output signal ng Schmitt trigger ay nananatiling mababa hanggang sa punto A. Sa punto A, ang input signal ay lumilipad sa itaas ng lebel ng upper threshold (VUT) at ito ay nagbibigay ng mataas na output signal.

Ang output signal ay nananatiling mataas hanggang sa punto B. Sa punto B, ang input signal ay lumilipad sa ilalim ng lower threshold. At ito ay nagbibigay ng mababang output signal.

At muli, sa punto C, kapag ang input signal ay lumilipad sa itaas ng upper threshold, ang output ay mataas.

Sa kondisyong ito, makikita natin na ang input signal ay may bulakbo. Ngunit ang bulakbo ay hindi nakakaapekto sa output signal.

Sirkwitong Schmitt Trigger

Ang sirkwitong Schmitt trigger ay gumagamit ng positibong feedback. Kaya, ang sirkwitong ito ay kilala rin bilang regenerative comparator circuit. Ang sirkwitong Schmitt Trigger ay maaaring mailarawan gamit ang Op-Amp at Transistor. At ito ay klasipikado bilang;

Op-amp based Schmitt trigger
Transistor based Schmitt trigger

Op-Amp based Schmitt Trigger

Ang sirkwitong Schmitt trigger ay maaaring mailarawan gamit ang Op-Amp sa dalawang paraan. Kung ang input signal ay konektado sa inverting point ng Op-Amp, ito ay kilala bilang Inverting Schmitt Trigger. At kung ang input signal ay konektado sa non-inverting point ng Op-Amp, ito ay kilala bilang Non-inverting Schmitt Trigger.

Inverting Schmitt Trigger

Sa uri ng Schmitt trigger na ito, ang input ay ibinibigay sa inverting terminal ng op-amp. At ang positibong feedback mula sa output patungo sa input.

Ngayon, unawain natin kung paano gumagana ang circuit na ito. Sa punto A, ang voltage ay V at ang ipinapatong na voltage (input voltage) ay Vin. Kung ang ipinapatong na voltage na Vin ay mas mataas kaysa V, ang output ng circuit ay mababa. At kung ang ipinapatong na voltage na Vin ay mas mababa kaysa V, ang output ng circuit ay mataas.

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

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

Ngayon, kalkulahin ang ekwasyon ng V.

Pag-aapply ng Batang Kirchhoff sa Current (KCL),

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

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

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

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

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

Ngayon, ipinapalagay natin na mataas ang output ng Schmitt trigger. Sa kondisyong ito,

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

Kaya, mula sa itaas na ekwasyon;

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

Kapag ang input signal ay mas malaki kaysa sa V1, ang output ng Schmitt trigger ay magiging mababa. Kaya, V1 ay isang upper threshold voltage (VUT).

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

Ang output ay mananatiling mababa hanggang ang input signal ay mas maliit kaysa sa V. Kapag ang output ng Schmitt trigger ay mababa, sa kondisyong ito,

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

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

Ngayon, ang output ay mananatili sa mataas hanggang ang input signal ay mas mababa kaysa V2. Kaya, ang V2 ay kilala bilang lower threshold voltage (VLT).

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

Hindi Inverting Schmitt Trigger

Sa hindi inverting Schmitt trigger, ang input signal ay ipinapasa sa non-inverting terminal ng Op-Amp. At ang positibong feedback ay ipinapasa mula sa output patungo sa input. Ang inverting terminal ng Op-Amp ay konektado sa ground terminal. Ang circuit diagram ng hindi inverting Schmitt trigger ay tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Sa circuit na ito, ang output ng Schmitt trigger ay mataas kapag ang voltage V ay mas mataas kaysa zero. At ang output ay mababa kapag ang voltage V ay mas mababa kaysa zero.

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

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

Ngayon, hanapin natin ang ekwasyon ng voltag na V. Para sa iyon, ipinapalapat natin ang KCL sa node na iyon.

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

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

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

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

Ngayon, ipinaparating na ang output ng Op-Amp ay mababa. Kaya, ang output voltage ng Schmitt trigger ay VL. At ang voltage V ay katumbas ng V1.

Sa kondisyong ito,

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

Mula sa equisyon sa itaas,

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

Kapag ang tensyon V1 ay mas mataas kaysa sa sero, ang output ay mataas. Sa kondisyong ito,

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

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

Kapag natugunan ang kondisyon na ito, ang output ay mataas. kaya, ang ekwasyon na ito ay nagbibigay ng halaga ng itaas na threshold voltage (VUT).

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

Ngayon, ipinapalagay natin na ang output ng Schmitt trigger ay mataas. At ang tensyon V ay katumbas ng V2.

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

Mula sa ekwasyon ng tensyon V.

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

Ang output ng Schmitt trigger ay maging mababa kapag ang tensyon V2 ay mas mababa sa sero. Sa kondisyong ito,

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

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

Ang ekwasyon sa itaas ay nagbibigay ng halaga ng mas mababang threshold voltage (VLT).

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

Transistor based Schmitt Trigger

Maaaring disenyan ang Schmitt trigger circuit gamit ang dalawang transistor. Ang diagrama ng circuit para sa transistor-based Schmitt trigger ay ibinibigay sa ibaba.

Vin = input voltage
Vref = Reference voltage = 5V

Ipagpalagay natin na, sa simula, ang input voltage na Vin ay zero. Binibigay ang input voltage sa base ng transistor T1. Sa kondisyong ito, ang transistor T1 ay gumagana sa cut-off region at hindi ito nagkokondukt.

Va at Vb ang node voltage. Binibigay ang reference voltage na 5V. Kaya, maaari nating kalkulahin ang halaga ng Va at Vb gamit ang voltage divider rule.

Ang tensyon Vb ay ibinibigay sa base ng transistor T2. At ito ay 1.98V. Kaya, ang transistor T2 ay nagko-conduct. Dahil dito, ang output ng Schmitt trigger ay mababa. Ang pagbaba sa emitter ay humigit-kumulang 0.7V. Kaya, ang tensyon sa base ng transistor ay 1.28V.

Ang emitter ng transistor T2 ay konektado sa emitter ng transistor T1. Kaya, parehong mga transistor ay gumagana sa parehong antas na 1.28V.

Ito ang nangangahulugan na ang transistor T1 ay mag-operate kapag ang input voltage ay 0.7V na mas mataas sa 1.28V o higit pa sa 1.98V (1.28V + 0.7V).

Ngayon, tataas natin ang input voltage higit sa 1.98V, at ang transistor T1 ay magsisimula na mag-conduct. Ito ay nagdudulot ng pagbaba ng tensyon sa base ng transistor T2 at ito ay tatanggalin ang transistor T2. Dahil dito, ang output ng Schmitt trigger ay mataas.

Ang input voltage ay nagsisimula na bumaba. Ang transistor T1 ay tatanggalin kapag ang input voltage ay 0.7V na mas mababa sa 1.98V at ito ay 1.28V. Sa kondisyong ito, ang transistor T2 ay makakakuha ng sapat na tensyon mula sa reference voltage, at ito ay lalagyan ng power. Ito ang nagpapababa ng output ng Schmitt trigger.

Kaya, sa kondisyong ito, mayroon tayong dalawang threshold, isang mas mababang threshold sa 1.28V at isang mas mataas na threshold sa 1.98V.

Schmitt Trigger Oscillator

Ang Schmitt Trigger ay maaaring gamitin bilang isang os c illator sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang single RC integrated circuit. Ang diagram ng circuit ng Schmitt trigger oscillator ay tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba.

Ang output ng circuit ay isang patuloy na square wave. At ang frequency ng waveform ay depende sa value ng R, C, at threshold point ng Schmitt Trigger.

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

Kung saan ang k ay isang constant at ito ay nasa pagitan ng 0.2 at 1.

CMOS Schmitt Trigger

Ang simple signal inverter circuit ay nagbibigay ng kabaligtarang output signal mula sa input signal. Halimbawa, kung ang input signal ay mataas, ang output signal ay mababa para sa simple inverter circuit. Ngunit kung ang input signal ay may spikes (noise), ang output signal ay magbabago sa spike. Ito ang hindi namin gustuhin. Kaya, ginagamit ang CMOS Schmitt trigger.

Waveform ng Simple Signal Inverter Circuit

Sa unang waveform, walang noise ang input signal. Kaya, perpekto ang output. Ngunit sa ikalawang figure, may ilang noise ang input signal. Nagsasagot din ang output sa noise na ito. Upang iwasan ang kondisyon na ito, ginagamit ang CMOS Schmitt trigger.

Ang sumusunod na diagrama ng circuit ay nagpapakita ng konstruksyon ng CMOS Schmitt trigger. Ang CMOS Schmitt Trigger ay binubuo ng 6 transistors kabilang ang PMOS at NMOS transistors.

Una, kailangan nating malaman, ano ang PMOS at NMOS transistor? Ang simbolo ng PMOS at NMOS transistors ay nasa sumusunod na figure.

Nagconduct ang NMOS transistor kapag ang VG ay mas mataas kaysa sa VS o VD. At nagconduct ang PMOS transistor kapag ang VG ay mas mababa kaysa sa VS o VD. Sa CMOS Schmitt trigger, isang PMOS at isang NMOS transistors ang idinagdag sa simple inverter circuit.

Sa unang kaso, ang input voltage ay mataas. Sa kondisyong ito, ang PN transistor ay NAKA-ON at ang NN transistor ay NAKA-OFF. At ito ay lumilikha ng daan patungo sa lupa para sa node-A. Kaya, ang output ng CMOS Schmitt trigger ay zero.

Sa ikalawang kaso, ang input voltage ay mataas. Sa kondisyong ito, ang NN transistor ay NAKA-ON at ang PN transistor ay NAKA-OFF. Ito ay maglilikha ng daan patungo sa voltage VDD (Mataas) para sa node-B. Kaya, ang output ng CMOS Schmitt trigger ay mataas.

Mga Application ng Schmitt Trigger

Ang mga application ng Schmitt trigger ay kasunod:

Ginagamit ang Schmitt trigger upang i-convert ang sine wave at triangular wave sa square waves.
Ang pinakamahalagang gamit ng Schmitt triggers ay upang alisin ang noise sa digital circuit.
Ito rin ay ginagamit bilang function generator.
Ito ay ginagamit upang ipatupad ang isang oscillator.
Ang Schmitt triggers na may RC circuit ay ginagamit para sa switch debouncing.

Source: Electrical4u.

Statement: Respetuhin ang orihinal, ang mga mabubuting artikulo ay karapat-dapat na ibahagi, kung mayroong paglabag sa copyright mangyari lamang kontakin upang ma-delete.

Magbigay ng tip at hikayatin ang may-akda!

Mga Paksa:

Teorya ng Sirkuito

Trigger ni Schmitt

Tungkol sa mga eksperto

Electrical4u

China

Larangan ng Eksperto

Basic Electrical

Artikulong Propesyonal

607