Schmitt Tetikleyici: Nedir ve Nasıl Çalışır?

Alan: Temel Elektrik

China

Schmitt Tetikleyici Nedir?

Bir Schmitt Tetikleyici, bir karşılaştırıcı devresidir ve bu devre, karşılaştırıcının veya diferansiyel amplifier'ın ters girişi ile pozitif geribildirim uygulanarak histerizis uygulanır. Schmitt Tetikleyici, giriş sinyalindeki gürültüyü önlemek için iki farklı eşiği kullanır. Bu çift-eşik eylemi, histerizis olarak bilinir.

Schmitt Tetikleyici, Amerikan bilim adamı Otto H Schmitt tarafından 1934 yılında icat edilmiştir.

Normal karşılaştırıcı sadece bir eşik sinyali içerir. Ve bu eşik sinyali, giriş sinyaliyle karşılaştırılır. Ancak, eğer giriş sinyalinde gürültü varsa, bu gürültü çıkış sinyalini etkileyebilir. a schmitt trigger.png

Yukarıdaki resimde, A ve B noktalarındaki gürültü nedeniyle, giriş sinyali (V1) referans sinyalinin (V2) seviyesini aşar. Bu süre zarfında, V1, V2'den küçük olduğundan ve çıkış düşük kalır.

Bu nedenle, karşılaştırıcının çıkışı, giriş sinyalindeki gürültüden etkilidir ve karşılaştırıcı, gürültüden korunmaz.

“Schmitt Tetikleyici” ismindeki “tetikleyici” kelimesi, çıkışın, girişin yeterince değişerek “tetiklemeyi” sağlayana kadar değerini korumasından kaynaklanır.

Schmitt Tetikleyici Nasıl Çalışır?

Schmitt tetikleyici, giriş sinyali gürültülü olsa bile doğru sonuçlar verir. İki eşik gerilim kullanır; biri üst eşik gerilimi (VUT) ve diğeri alt eşik gerilimidir (VLT).

Schmitt tetikleyicinin çıkışı, giriş sinyali VUT'yi geçene kadar düşük kalır. Giriş sinyali bu sınırı (VUT) aştığında, Schmitt tetikleyicinin çıkış sinyali, giriş sinyali VLT'nin altında olana kadar yüksek kalır.

Schmitt tetikleyicinin çalışma mantığını bir örnekle anlayalım. Burada, ilk girişin sıfır olduğunu varsayıyoruz.

Schmitt Tetikleyici ile gürültü etkisi

Burada, ilk giriş sinyalinin sıfır olduğunu ve yukarıdaki grafikte gösterildiği gibi yavaş yavaş arttığını varsaydık.

Schmitt tetikleyicinin çıkış sinyali, A noktasına kadar düşük kalır. A noktasında, giriş sinyali üst eşik seviyesini (VUT) aşar ve yüksek bir çıkış sinyali oluşturur.

Çıkış sinyali, B noktasına kadar yüksek kalır. B noktasında, giriş sinyali alt eşiği aştığında, çıkış sinyali düşük olur.

Ve tekrar, C noktasında, giriş sinyali üst eşiği aşınca, çıkış yüksek olur.

Bu durumda, giriş sinyalinin gürültülü olduğunu görebiliriz. Ancak gürültü, çıkış sinyalinde etkilenmez.

Schmitt Tetikleyici Devresi

Schmitt tetikleyici devresi pozitif geribildirim kullanır. Bu nedenle, bu devre aynı zamanda yeniden üreten karşılaştırıcı devresi olarak da bilinir. Schmitt Tetikleyici devresi, Operasyonel Amplifikatör ve Transistör yardımıyla tasarlanabilir. Ve şu şekilde sınıflandırılır:

Operasyonel amplifikatör tabanlı Schmitt tetikleyici
Transistör tabanlı Schmitt tetikleyici

Operasyonel Amplifikatör Tabanlı Schmitt Tetikleyici

Schmitt tetikleyici devresi, operasyonel amplifikatör kullanılarak iki şekilde tasarlanabilir. Eğer giriş sinyali operasyonel amplifikatörün ters giriş noktasına bağlanırsa, bu Inverting Schmitt Tetikleyici olarak adlandırılır. Eğer giriş sinyali operasyonel amplifikatörün doğrudan giriş noktasına bağlanırsa, bu Non-inverting Schmitt Tetikleyici olarak adlandırılır.

Ters Schmitt Tetikleyici

Bu tür Schmitt tetikleyicide, giriş operasyonel amplifikatörün ters girdi terminaline verilir. Ve çıkıştan girdiye olumlu geribildirim sağlanır.

Şimdi, bu devrenin nasıl çalıştığını anlamaya çalışalım. Nokta A'da, gerilim V ve uygulanan gerilim (giriş gerilimi) Vin'dir. Eğer uygulanan gerilim Vin, V'den büyükse, devrenin çıkışı düşük olacaktır. Eğer uygulanan gerilim Vin, V'den küçükse, devrenin çıkışı yüksek olacaktır.

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

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

Şimdi, V'nin denklemini hesaplayalım.

Kirchhoff Akım Yasası (KCL) uygulanarak,

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

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

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

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

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

Şimdi, Schmitt tetikleyicinin çıkışı yüksek olduğunu varsayalım. Bu durumda,

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

Yukarıdaki denklemden;

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

Giriş sinyali V1 değerinden büyük olduğunda Schmitt tetikleyicinin çıkışı düşük seviyeye geçer. Bu nedenle, V1, üst eşiğin gerilimi (VUT) olur.

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

Çıkış, giriş sinyali V'den küçük olduğu sürece düşük kalır. Schmitt tetikleyicisinin çıkışı düşük olduğunda bu durumda,

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

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

Şimdi, çıkış girdi sinyali V2 den küçük olduğu sürece yüksek kalır. Bu nedenle, V2, düşük eşik gerilimi (VLT) olarak bilinir.

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

Ters Çevrilmiş Schmitt Tetikleyici

Ters çevrilmiş Schmitt tetikleyicide, giriş sinyali Op-Amp'in ters çevrilmiş terminaline uygulanır. Ve çıkıştan girişe olumlu geribildirim uygulanır. Op-Amp'in ters çevrilmemiş terminali yer terminaline bağlanır. Ters çevrilmiş Schmitt tetikleyicinin devre şeması aşağıdaki gibidir.

Bu devrede, Schmitt tetikleyicinin çıkışı, V gerilimi sıfırdan büyük olduğunda yüksek olacaktır. Ve V gerilimi sıfırdan küçük olduğunda çıkışı düşük olacaktır.

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

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

Şimdi, gerilim V'nin denklemini bulalım. Bunun için, o düğümde KCL uyguluyoruz.

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

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

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

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

Şimdi, Op-Amp'ın çıktısının düşük olduğunu varsayalım. Bu nedenle, Schmitt tetikleyicinin çıkış gerilimi VL'dir. Ve V gerilimi V1'e eşittir.

Bu koşulda,

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

Yukarıdaki denklemle,

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

V1 voltajı sıfırdan büyük olduğunda, çıkış yüksek olacaktır. Bu durumda,

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

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

Yukarıdaki koşul sağlandığında, çıkış yüksek olacaktır. bu nedenle, bu denklem üst eşik gerilimi (VUT) değerini verir.

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

Şimdi Schmitt tetikleyicinin çıkışı yüksek olduğunu varsayalım. Ve V gerilimi V2 ye eşittir.

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

Voltaj V denkleminden.

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

Schmitt tetikleyicinin çıkışı, voltaj V2 sıfırdan küçük olduğunda düşük olur. Bu durumda,

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

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

Yukarıdaki denklem alt eşiği voltajının (VLT) değerini verir.

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

Transistöre dayalı Schmitt Tetikleyici

Schmitt tetikleyici devresi iki transistör yardımıyla tasarlanabilir. Transistöre dayalı Schmitt tetikleyicinin devre şeması aşağıdaki devrede verilmiştir.

Vin = giriş voltajı
Vref = Referans voltajı = 5V

Diyelim ki, başlangıçta, bir giriş voltajı Vin sıfırdır. Giriş voltajı transistör T1'in bazına verilir. Bu durumda, transistör T1 kesme bölgesinde çalışır ve iletken olmaz.

Va ve Vb düğüm voltajlarıdır. Referans voltaj 5V olarak verilmiştir. Bu nedenle, Va ve Vb değerlerini gerilim bölücü kuralı ile hesaplayabiliriz.

T2 transistörüne Vb gerilimi verilmektedir ve bu gerilim 1.98V'dır. Bu nedenle, T2 transistörü iletken hale gelir. Bu durumda, Schmitt tetikleyicisinin çıkışı düşük seviyededir. Emitterdeki düşüş yaklaşık 0.7V'dır. Bu nedenle, transistörün baz gerilimi 1.28V'dır.

T2 transistörünün emitteri, T1 transistörünün emitterine bağlıdır. Bu nedenle, her iki transistör de 1.28V'de aynı seviyede çalışır.

Bu, T1 transistörünün giriş geriliminin 1.28V'nin 0.7V üzerinde veya 1.98V'den (1.28V + 0.7V) daha fazla olduğunda çalışacağını anlamına gelir.

Şimdi, giriş gerilimini 1.98V'den daha fazla artırıyoruz ve T1 transistörü iletken hale gelecektir. Bu, T2 transistörünün baz geriliminde düşüşe neden olur ve T2 transistörünü kapatır. Bu nedenle, Schmitt tetikleyicisinin çıkışı yüksek seviyeye çıkar.

Giriş gerilimi azalmaya başlar. T1 transistörünün giriş geriliminin 1.98V'den 0.7V daha düşük olduğu ve 1.28V olduğunda kapanacaktır. Bu durumda, T2 transistörü referans geriliminden yeterli gerilim alır ve açılır. Bu, Schmitt tetikleyicisinin çıkışını düşük seviyeye getirir.

Bu nedenle, bu durumda, 1.28V'de bir alt eşiği ve 1.98V'de bir üst eşiğimiz vardır.

Schmitt Tetikleyici Oszilatörü

Schmitt Tetikleyici, tek bir RC entegre devre ile birleştirildiğinde bir oszil l ator olarak kullanılabilir. Schmitt tetikleyici oszilatörünün devre diyagramı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Devrenin çıktısı sürekli bir kare dalga şeklindedir. Ve dalga formunun frekansı R, C ve Schmitt Tetikleyicinin eşiği değerine bağlıdır.

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

Burada k sabit bir değerdir ve bu değer 0.2 ile 1 arasında değişir.

CMOS Schmitt Tetikleyici

Basit bir sinyal inversör devresi, giriş sinyalinin tam tersi çıkış sinyali verir. Örneğin, giriş sinyali yüksekse, basit bir inversör devresi için çıkış sinyali düşük olur. Ancak, giriş sinyalinde zıplamalar (gürültü) varsa, çıkış sinyali bu zıplamaya tepki verecektir. Bu durumu istemiyoruz. Bu nedenle, CMOS Schmitt tetikleyici kullanılır.

Basit Sinyal Inversör Devresinin Dalga Formu

İlk dalga formunda, giriş sinyalinde gürültü yoktur. Bu nedenle, çıkış mükemmel bir şekilde oluşur. Ancak, ikinci figürde, giriş sinyalinde bazı gürültüler bulunmaktadır. Çıkış da bu gürültülere tepki vermektedir. Bu durumu önlemek için, CMOS Schmitt tetikleyici kullanılır.

Aşağıdaki devre şeması, CMOS Schmitt tetikleyicinin yapısını göstermektedir. CMOS Schmitt Tetikleyici, PMOS ve NMOS transistörlerini içeren 6 transistörden oluşur.

Öncelikle, PMOS ve NMOS transistörleri hakkında bilgi sahibi olmalıyız. PMOS ve NMOS transistörlerinin sembolleri aşağıdaki figürde gösterilmiştir.

NMOS transistörü, VG'nin VS veya VD'den büyük olduğunda iletken olur. PMOS transistörü ise, VG'nin VS veya VD'den küçük olduğunda iletken olur. CMOS Schmitt tetikleyicide, basit bir inversör devresine bir PMOS ve bir NMOS transistörü eklenir.

İlk durumda, giriş gerilimi yüksektir. Bu şart altında, PN transistörü açık ve NN transistörü kapalıdır. Ve bu, düğüm-A için bir yere doğru bir yol oluşturur. Bu nedenle, CMOS Schmitt tetikleyicisinin çıkışı sıfır olacaktır.

İkinci durumda, giriş gerilimi yüksektir. Bu şart altında, NN transistörü açık ve PN transistörü kapalıdır. Bu, düğüm-B için VDD (Yüksek) gerilimine doğru bir yol oluşturacaktır. Bu nedenle, CMOS Schmitt tetikleyicisinin çıkışı yüksek olacaktır.

Schmitt Tetikleyici Uygulamaları

Schmitt tetikleyicinin uygulamaları aşağıdaki gibidir.

Schmitt tetikleyicisi, sinüzoidal ve üçgen dalga formlarını kare dalga formlarına dönüştürmek için kullanılır.
Schmitt tetikleyicilerin en önemli kullanımı, dijital devrelerde gürültüyü kaldırmaktır.
Ayrıca işlev üreteci olarak da kullanılır.
Oscilatör uygulamasında kullanılır.
Schmitt tetikleyicileri ile RC devresi anahtarlama titreşimini azaltmak için kullanılır.

Kaynak: Electrical4u.

Açıklama: Orijinal kaynakları saygılıyorum, iyi makaleler paylaşılabilir, telif hakkı ihlali varsa lütfen silme talebinde bulunun.

Yazarı Ödüllendir ve Cesaretlendir

Konular:

Devre Teorisi

Schmitt Tetikleyici

Uzmanlar hakkında

Electrical4u

China