Работа триггера шмитта: Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ

Компараторы и триггеры Шмитта на ОУ

Всем доброго времени суток. В предыдущих статьях я рассказывал о применении операционных усилителей в линейных схемах, где ОУ охвачен отрицательной обратной связью, которая позволяет строить усилители, параметры которых будут в основном определяться элементами обвязки ОУ. Данная статья расскажет о применении ОУ без обратной связи или даже с положительной обратной связью (ПОС).

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Работа операционного усилителя без обратной связи

Как известно напряжение на выходе ОУ U_ВЫХ определяется произведением входного дифференциального напряжения U_Д (разность напряжений между входными выводами) на коэффициент усиления ОУ по напряжению К_U

Операционные усилители имеют очень большой коэффициент усиления ОУ по напряжению К_U = 10⁵ … 10⁶, а выходное напряжение не может выйти за пределы напряжения питания (обычно несколько меньше). Поэтому, для того чтобы ОУ работал в качестве усилителя напряжения максимальное входное дифференциальное напряжение не должно превышать нескольких десятков мкВ (при U_ПИТ = 15 В, К_U = 10⁵, U_Д ≈ 150 мкВ). С учётом вышесказанного можно сделать вывод, что без применения отрицательной обратной связи, которая снижает усиление ОУ в схеме, применение ОУ бесполезно, так как при входных напряжениях в несколько милливольт ОУ войдёт в насыщение с выходным напряжением равным напряжению питания.

Но существуют схемы, в которых операционные усилители применяются без обратной отрицательной связи, а в некоторых случаях специально вводят положительную обратную связь (ПОС) для увеличения коэффициента усиления схем. Одним из видов таких схем являются пороговые устройства, в состав которых входят различные компараторы, триггеры Шмитта, детекторы уровней напряжения.

Принцип работы компаратора

Простейшим пороговым устройством является компаратор. Он сравнивает напряжение, которое поступает на один из его входов, с опорным напряжением, которое присутствует на другом его входе. Простейший компаратор получается из операционного усилителя, в котором отсутствует отрицательная обратная связь. Рассмотрим принцип работы компаратора напряжений на основе ОУ, схема которого изображена ниже

Использование ОУ в качестве компаратора и графики входного и выходного напряжений.

В основе компаратора лежит ОУ на инвертирующий вход, которого поступает входное напряжение U_BX, а неинвертирующий вход соединён с источником опорного напряжения U_ОП. Принцип работы компаратора изображённого на рисунке заключается в следующем: когда входное напряжение U_BX больше опорного U_ОП, то выходное напряжение принимает значение отрицательного напряжения насыщения –U_НАС и остаётся неизменным пока входное напряжение U_BX не уменьшиться ниже опорного напряжения U_ОП, в этом случае на выходе будет напряжение положительного насыщения +U_НАС.

На рисунке изображен компаратор с инвертирующим выходным сигналом по отношению к входному сигналу. Для того, чтобы не происходило инверсии на выходе необходимо поменять подключение выводов ОУ, то есть входной сигнал должен поступать на неивертирующий вход, а опорное напряжение на инвертирующий вывод. Тогда при превышении опорного напряжения на выходе ОУ будет положительное напряжение насыщения, а при входном напряжении меньше, чем опорное напряжение на выходе будет присутствовать отрицательное напряжение насыщения ОУ.

Основные схемы компаратора

Существует много разновидностей компараторов, но в из основе лежат две основные схемы: одновходовая и двухвходовая. Одновходовая схема позволяет сравнивать разнополярные напряжения по модулю, то есть по абсолютной величине. Двухвходовый же компаратор сравнивает два напряжения с учётом знака. Расссмотрим обе схемы подробнее.

Схема одновходового компаратора.

На рисунке выше изображён одновоходовый компаратор, позволяющий сравнивать два разнополярных напряжения по абсолютному значению (по модулю). В его основе лежит инвертирующий сумматор, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому ослабления коэффициент усиления операционного усилителя не происходит. В результате чего на инвертирующем входе ОУ происходит суммирование входного напряжения U_BX и опорного напряжения U_ОП приведённого к инвертирующему входу U_ПРИВ, а результат суммирования усиливается ОУ и выводится на его выход. Для того чтобы происходило сравнение необходимо фактически производить операцию вычитания, то есть напряжения на входах U_BX и U_ПРИВ должны иметь разную полярность.

Приведённое напряжение U_ПРИВ можно вычислить по следующему выражению

Резистор R3 предназначен для компенсации входного тока смещения и должен быть равен величине параллельно соединённых резисторов R1 и R2

Основным недостатком данной схемы является необходимость использования стабилизированного отрицательного напряжения, что приводит к усложнению схемы. Поэтому одновходовый компаратор не получил широкого распространения.

Наибольшее распространение получила схема двухвходового компаратора, в котором отсутствует необходимость в отрицательном напряжении. Схема данного компаратора приведена ниже

Схема двухвходового компаратора.

В основе двухвходового компаратора лежит дифференциальный усилитель, в котором отсутствует отрицательная обратная связь, поэтому разность между входным напряжением U_BX и U_ОП опорным напряжение усиливается ОУ, не имеющего снижения коэффициента усиления из-за отсутствуя ООС, и выделяется на выходе ОУ. В данной схеме входные резисторы R1 и R2 имеют одинаковое значение.

Компараторы применяются в широком спектре схем:

1. Триггеры Шмитта и в схемах формирования сигнала, преобразующих сигнал произвольной формы в прямоугольный или импульсный сигнал.
2. Детекторы уровня – схемы, в которых происходит индицирование момента достижения входным сигналом заданного уровня опорного напряжения.
3. Генераторы импульсных сигналов, например, треугольной или прямоугольной формы.

При использовании компаратора в схемах, где входное напряжение медленно меняется и амплитуда сигнала очень близка к опорному напряжению, то шумы на входном выводе могут вызвать ложные срабатывания компаратора и на его выходе могут появиться дополнительные импульсы, что продемонстрировано на рисунке ниже

Появление ложных импульсов на выходе компаратора.

Для устранения таких ложных срабатываний компаратора, в его схему вводится некоторый гистерезис, путём добавления положительной обратной связи (ПОС) к операционному усилителю.

Триггер Шмитта

Как сказано выше для устранения ложных срабатываний компаратора, известных, как «дребезг контактов» необходимо использовать схему компаратора с петлёй гистерезиса, которая получила название триггера Шмитта.

В одной из статей я рассказывал о триггере Шмитта выполненном на транзисторах. Он характеризуется тем, что в отличие от компаратора имеет так называемую петлю гистерезиса. То есть компаратор переключается из высокого уровня напряжения в низкий при одной и той же величине входного напряжения, а триггер Шмитта имеет два уровня (порога) переключения. Данное различие иллюстрирует изображение ниже

Изменение входного и выходного напряжения компаратора (справа) и триггера Шмитта (слева).

Уровни напряжения, при которых происходит переключение триггера Шмитта называются верхним уровнем (порогом) срабатывания триггера U_ВП и нижним уровнем (порогом) срабатывания триггера U_НП.

Для реализации триггера Шмитта применяют ОУ охваченные положительной обратной связью (ПОС), которая реализуется подачей на неинвертирующий вход части выходного напряжения. Схема триггера Шмитта изображена ниже

Триггер Шмитта на операционном усилителе.

Работа триггера Шмитта во многом похожа на работу компаратора, только в отличие от него в триггере опорное напряжение не постоянно, а зависит от разности выходного и опорного напряжений, то есть имеет различные значения.

Рассмотрим инвертирующий триггер Шмитта. В исходном входное напряжение не превышает верхнего уровня срабатывания триггера U_ВП, поэтому на выходе присутствует положительное напряжение насыщения U_НАС+ (примерно на 1 – 2 В ниже положительного напряжения питания U_ПИТ+). Когда входное напряжение достигает верхнего порога переключения U_ВП выходное напряжение резко упадёт до уровня отрицательного напряжения насыщения U_НАС-(примерно на 1 – 2 В выше отрицательного напряжения питания U_ПИТ-). Верхний уровень напряжения переключения триггера Шмитта определяется следующим выражением

Далее триггер остаётся в устойчивом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не станет меньше нижнего порога срабатывания U_НП, а на выходе триггера установится положительное напряжение насыщения U_НАС+. Нижний порог срабатывания триггера определяется следующим выражением

Таким образом, петля гистерезиса будет зависеть от соотношения резисторов R2 и R3, а ширина петли гистерезиса U_ГИС определяется разностью верхнего порога срабатывания U_ВП и нижнего порога срабатывания U_НП

Триггеры Шмитта на ОУ являются основой для построения различных генераторов импульсов, поэтому важнейшими характеристиками ОУ работающих в импульсных схемах является быстродействие, которое зависит от задержек срабатывания и времени нарастания выходного напряжения.

Ограничение уровня выходного напряжения компаратора и триггера Шмитта

Применение положительной обратной связи (ПОС) в компараторах и триггерах Шмитта ускоряет переключение схем, но в связи с тем, что выходное напряжение U_ВЫХ изменяется от U_НАС+ до U_НАС-, то время переключения составляет довольно значительную величину (от долей до единиц микросекунд).

Кроме того существует проблема несовместимостей уровней выходного напряжения, к примеру, при напряжении питания ОУ U_ПИТ = ±15 В, выходное напряжение составит U_ВЫХ ≈ ±14 В (U_НАС+ ≈ +14 В, а U_НАС- ≈ -14 В), в то время как уровни ТТЛ микросхем составляют около +5 В или 0 В.

Для устранения вышеописанных проблем применяют так называемую привязку или ограничение уровня выходного напряжения, для этого в компаратор или триггер Шмитта вводят ООС в виде различных схем ограничения. Простейшими ограничительными схемами являются диоды или стабилитроны. Схема триггера Шмитта с ограничение выходного напряжения показана ниже

Триггер Шмитта с ограничением выходного напряжения при помощи стабилитрона в цепи ООС.

Ограничение выходного напряжения в триггере Шмитта работает следующим образом. При поступлении на инвертирующий вход напряжения меньше, чем напряжение опорного уровня (U_ВХОП), то выходное напряжение U_ВЫХ начинает изменяться в положительном направлении и при достижении напряжения стабилизации стабилитрона U_СТ напряжение на выходе перестанет расти, а будет изменяться только ток. При этом выходное напряжение будет равняться напряжению стабилизации стабилитрона (U_ВЫХ = U_СТ).

В случае если входное напряжение начнёт увеличиваться, выше опорного напряжения, то на выходе напряжение начнёт уменьшаться и в этом случае направление тока через стабилитрон начнёт изменяться на противоположный, а стабилитрон начнёт вести себя как диод. В результате падение напряжения на нём составит примерно 0,7 В независимо от величины протекающего через него тока, а на выходе напряжение составит -0,7 В.

Таким образом, при использовании стабилитрона выходное напряжение триггера Шмитта составит: U_ВЫХ1 = U_СТ (при отсутствии ограничения U_НАС+) или U_ВЫХ2 ≈ 0,7 (при отсутствии ограничения U_НАС-).

Для симметричного ограничения выходного напряжения могут применяться последовательно включенные диоды или стабилитроны, что показано на рисунке ниже

Триггер Шмитта с симметричным ограничением выходного напряжения.

В данной схеме реализуется симметричное ограничение выходного напряжения относительно опорного напряжения, причем выходное напряжение выше опорного напряжения ограничивается стабилитроном VD1, а напряжение при этом составит на 0,7 В больше напряжения стабилизации. В случае же выходного напряжения ниже опорного, то выходное напряжение будет на 0,7 В ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD2.

При расчёте компараторов и триггеров Шмитта с ограничением выходного напряжения в качестве U_НАС+ необходимо использовать U_СТ (когда используется один стабилитрон) или U_СТVD1 (при двухстороннем ограничении). А вместо U_НАС- необходимо использовать значение падения напряжения на диоде примерно 0,7 В (при одном стабилитроне) или U_СТVD2 (при двухстороннем ограничении).

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Рассчитать схему триггера Шмитта

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Поволжский  государственный технологический  университет

                                                                Кафедра ИВС

 

 

Рассчитать  схему триггера Шмитта

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к расчетно-графической работе по дисциплине

«Электротехника, электроника и схемотехника» 

 

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           Выполнил:___________________  

                                

                                                                                                                                         ___________   _______

            (подпись)         (дата)

 

                              

     Проверил:____________________                       ___________   _______ 

            (подпись)         (дата) 

 

 

                                                                                    Оценка: ______________

 

Йошкар – Ола

2013

Аннотация

 

     В данной пояснительной  записке представлены описание  схемы и временных диаграмм, расчетные  методики триггера Шмитта. В соответствии с заданием рассчитаны необходимые параметры схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать  схему триггера Шмитта. Исходные данные: амплитуда выходных импульсов U

вых u, длительность t_u, запуск осуществляется синусоидальным сигналом Е_r=U_msin(wt). Остальные параметры выбрать самостоятельно. U_{вых u} =+8В , t_u  =75мкс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Титульный лист……………………………………………..………………….1

Аннотация……………………………………………… ..…………………….2

Техническое задание…………………………………………………. …………..3

Содержание……………………………………………………………………..4

Введение…………………………………………………………………………5

  1.Описание схемы устройства  Триггера Шмитта..…………….…………………………………..…………7

  2.Расчет схемы Триггера Шмитта …..…..10

  2.1.Электрические  расчеты…………………………..….…….…..………..10

  2.2.Выбор  обоснования элементной базы………..…….………………….12

Заключение…………………………..……………………………….……….13

Библиографический список…………..…………………………….………..14

Спецификация…………………………………………………..…………….15

Временные диаграммы………..…………………………………….………..16

Схема……………………………………………….….…….……..….……….17

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Электронная вычислительная техника  – сравнительно молодое научно-техническое  направление, но она оказывает самое  революционизирующее воздействие  на все области науки и техники, на все стороны жизни общества. Характерно постоянное развитие элементной базы ЭВМ. Элементная база развивается  очень быстро; появляются новые типы логических схем, модифицируются существующие. Имеется множество различных  электронных устройств: логические элементы, регистры, сумматоры,  дешифраторы, мультиплексоры, счетчики, делители частоты, триггеры, генераторы и др.

Строение триггера Шмитта

Триггер Шмитта состоит из двух транзисторов, эмиттеры которых гальванически  соединены и через общий резистор _{присоединены к шине питания. Потенциал коллектора транзистора через резистивный делитель передается на базу транзистора . В двух устойчивых состояниях равновесия один из транзисторов открыт, второй закрыт. Исходное состояние схемы устанавливается напряжением на базе транзистора с помощью источника и делителя . Обычно в исходном состоянии транзистор закрыт, а транзистор открыт. Транзистор может работать в активной области или в области насыщения. Для формирования выходных импульсов стандартной амплитуды целесообразно использовать насыщенный режим работы транзистора}

, а для повышения чувствительности схемы к изменению входного сигнала следует использовать ненасыщенный режим.

1.2. Качественная работа триггера  Шмитта

После подачи входного сигнала в  базовую цепь транзистора  _{он открывается. Изменение тока транзистора передается через токораспределительную цепь в базу транзистора , тем самым запирая его. Цепь положительной обратной связи в схеме замыкается через резистор , падение напряжения на котором во время переброса зависит от суммарного эмиттерного тока транзисторов и .}

В зависимости от напряжения смещения на базе _{триггер может срабатывать как от однополярных, так и от двуполярных сигналов. При однополярном входном сигнале длительность выходного сигнала зависит от длительности входного сигнала и в основном определяется временем его изменения между порогом срабатывания и порогом отпускания триггера.}

Разность между напряжениями, при  которых происходит срабатывание и отпускание схемы, называется шириной петли гистерезиса _{. Чем сильнее положительная обратная связь в схеме, тем больше . При работе несимметричного триггера в качестве дискриминатора амплитуды необходимо уметь регулировать величину порога срабатывания и ширину петли гистерезиса, независимо друг от друга. Обычно порог срабатывания зависит от сопротивлений резисторов , а ширина петли гистерезиса—от сопротивления резистора . Однако все эти резисторы образуют цепь передачи сигнала с коллектора на базу , поэтому независимую регулировку осуществить не удается.}

1.3. Триггеры с эммитерным повторителем  и компенсирующим диодом

Для разделения _{, , и R2 сигнал с коллектора на базу}

передается через эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель уменьшает влияние сопротивления резистора R на порог срабатывания схемы и повышает ее чувствительность, так как усиливает изменения тока транзистора .

Важной характеристикой триггера является стабильность его порога срабатывания. Нестабильность обусловлена изменением тепловых токов обратно смещенных р-п переходов, напряжений на переходах, коэффициентов передачи _{. До некоторой степени температурную нестабильность удается компенсировать, включая диод в базовую цепь транзистора . С увеличением температуры падение напряжения на диоде уменьшается, следовательно, уменьшается по абсолютной величине напряжение на базе , что способствует поддержанию его в закрытом состоянии.}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание схемы Тригера Шмитта

 

1.Описание  работы схемы.

Триггер Шмидта представляет собой устройство, в котором переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется только при определенных уровнях входного напряжения E_r1 и E_r2, называемых пороговыми уровнями.

Наличие двух пороговых уровней  входного сигнала в схеме свидетельствует  о гистерезисном характере передаточной характеристики данного устройства. Идеализированная передаточная характеристика триггера Шмидта имеет вид см.(Рис. 1)

 

Рис.1

При E_r<E_r1 триггер Шмитта находится в одном из устойчивых состояний, например когда U_вых=E⁰. Как только входное напряжение достигает порогового уровня срабатывания E_r1 схема скачком переходит в другое устойчивое состояние (рабочий режим), когда U

вых=E¹. Дальнейшее повышение напряжения генератора не приводит к изменению состояния схемы. Однако уменьшение напряжения генератора E_г до порогового уровня отпускания E_r2 вызывает скачкообразное возвращение схемы в исходное состояние (U_вых=E⁰). Пороговые уровни срабатывания и отпускания, а следовательно, ширина петли гистерезиса определяются элементами схемы.

 

Схема триггера Шмитта на дискретных элементах имеет вид см.(Рис 2)

Рис.2

 

Временные диаграммы, характеризующие  данную схему, будут следующими см.(Рис. 3)

 

Рис.3

 

 

В исходном состоянии (при E_r<E_r1) схемы транзистор Т₁ закрыт, а транзистор Т₂

открыт и насыщен. Напряжение на входе схемы U_вых=U_э2=I_э2*R_э= E_k R_э/( R_k2 +R_э). При переключении схемы в рабочий режим (E_r>E_r1) транзистор Т₁ открывается и насыщается, а транзистор Т₂ закрывается. Напряжение на выходе возрастает до значения, близкого к напряжению источника питания. При снижении напряжения E_r до E_r2 схема возвращается в исходное состояние.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 . РАСЧЕТ ТРИГГЕРА ШИТТА

2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

       1. За время положительного полупериода синусоидального входного сигнала триггер Шмитта должен сформировать один импульс на выходе, т.е. сработать и вернутся в исходное состояние. Следовательно, Е/2=(1.2¸1.6)t

вых, откуда можно определить частоту входного сигнала:

Принимаем w=2.5/t_вых=27.8 кГц.

2. Зададим значения срабатывания  и отпускания триггера Е_г1=2 В, Е_г2=1 В.

Полагая U>> Е_г1, Е_г2, из решения системы уравнений

где t₁ – момент срабатывания триггера, найдем, что амплитуда входного сигнала, необходимая для получения заданной длительности выходного импульса,

_.

Получим U_m= 4.68 В.

3. Определим напряжение источника  питания из соотношения

Е_к=(1.1¸1.2)(U_вых+Е_г1).

Принимаем Е_к= -9.6 В.

4. Выбираем транзистор типа КТ202Б,  удовлетворяющий требованиям надежности (U_кб.доп=15 В > E_k) и полярности выходного сигнала

5. Определим сопротивление резистора  R_k2, учитывая следующее:

а) коллекторный ток насыщения транзистора  Т₂ не должен превышать значений допустимого тока для данного типа транзистора I_кн<I_кдоп. Следовательно,

_{232 Ом;}

б) для исключения влияния обратного  тока транзистора Т₂ при его запирании необходимо, чтобы

_{1.16*10⁷ Ом;}

в) для исключения влияния емкости  коллекторного перехода при переключении транзистора необходимо, чтобы

_{764 Ом.}

Учитывая вышеприведенные неравенства, принимаем R_k2=500 Ом.

6. Так как I_КБОmxR_r<<E_r1, можно принять E_r1»U_э2. Тогда сопротивление резистора R_э в эмиттерной цепи транзисторов определим из соотношения

Получим R_э=Е_г1R_г2/u_вых=100 Ом

7. Поскольку выполняется неравенство   R_г<<b_1minR_э(0.1 кОм<< 5 кОм) принимаем R_k1=2R_k2=1 кОм.

8. Из формулы  _{определяем}

_0.19.

9. Из условия насыщения транзистора  Т₂ без учета тока смещения U_э2/R₂ и обратного теплового тока I_КБОmax<< U_э2/R_k1, получим R_г<<b_2minR_к2— R_к1. Принимаем R₁=0.8(b_2minR_к2— R_к1)=2.2 кОм.

10. Тогда R₂=_{=1.5 кОм.}

 

11. Определяем емкость конденсатора  из условия 

t_вых³3t_р=3(R₁||R₂)C

В этом случае влияние динамического  смещения можно не учитывать. Поэтому

_{0.024 мкФ.}

12. Принимаем длительность фронта  равной 0.8t_а, т.е. t_ф=0.8t_а=2. 4мкс. Длительность спада определим по формуле t_С»(1.2¸2.8)t_a.: t_С=5.4мкс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Выбор и обоснование  элементной базы

    На основании приведенного  выше расчета выбираем элементы (для схемы электрической принципиальной):

1. В качестве транзисторов VТ1,VТ2 был взят высокочастотный биполярный транзистор  BF244 со следующими характеристиками:

               структура: n-p-n;

               граничная частота коэффициента передачи тока: 170 МГц;

              максимально допустимое напряжение коллектор-база: 30 В;

               максимально допустимый постоянный  ток коллектора: 100 мА;

               максимально допустимая рассеивающая  мощность коллектора: 300   мВт.

 

2. В соответствии с рассчитанной емкостью С₁ подбираем следующий конденсатор: К10 U_ном=16 В; С=1 мкФ ±10% — удовлетворяющий нашим требованиям и расчетам.

            

3. В соответствии с рассчитанными номиналами резисторов в пункте 2.1.  имеем:

Электронное ТЕРМОРЕЛЕ на триггере Шмидта. Особенности работы термореле и его применения.

Устройства на основе триггера Шмидта (другое написание – Шмитта, Шмита…) достаточно популярны у любителей самодельной электроники благодаря простоте и надежности. Триггер Шмидта работает как «триггер-защелка», имея всего один вход управления, на который подается управляющее напряжение. При его определенном уровне триггер переключается в противоположное состояние практически скачкообразно. Поэтому такой триггер удобно использовать для устранения дребезга контактов и в простейших устройствах автоматики.

Работа триггера Шмидта.

Если немного перерисовать схему и сделать резистор обратной связи в триггере «основной» фигурой, а также показать внутренний выходной каскад микросхемы, то становится очевидным и принцип работы триггера и способы его настройки.

Как видно, выходной каскад микросхемы представляет собой электронный ключ – транзистор, подтянутый на напряжение питания через резистор. Выход с коллектора транзистора через резистор обратной связи подключен ко входу триггера. Напряжение на входе задается как правило каким либо делителем напряжения (в нашем случае – парой резисторов, один из которых терморезистор).

Если транзистор открыт, и на выходе – логический «0», то его сопротивление составляет всего несколько десятков Ом, и получается, что резистор обратной связи R2 подключен параллельно резистору R3. А поскольку при параллельном подключении сопротивление уменьшается, то делитель еще больше снижает напряжение на входе схемы.

А если напряжение на делителе начнет повышаться (например при нагреве терморезистора), то в какой-то момент триггер переключится в состояние «1». При этом транзистор закроется, его сопротивление возрастет до нескольких мегОм, и резистор R2 вместе с резистором R1 окажется подключенным параллельно терморезистору. Что уменьшит сопротивление этого плеча делителя на входе.

Именно поэтому триггер Шмидта имеет значительный гистерезис, т.е. разницу напряжений, переключающих его из одного состояния в другое. Все это значительно осложняет применение этой схемы в качестве термореле, особенно при невысоких температурах, так как разница температур включения и выключения составляет несколько градусов как минимум. Следить с помощью такого реле за температурой в аквариуме довольно проблематично.

Однако существует масса вариантов применения такого «неточного» термореле. Например, следить за температурой в бойлере с горячей водой, радиатора охлаждения, и т.п. Т.е. там, где разница в 5 и даже 10 градусов не играет большой роли. Излишняя точность тоже иногда вредит, так как в случае очень «отзывчивого» исполнительного элемента (нагревателя или охладителя) все приходит в состояние автоколебания.

Схема термореле на микросхеме К561ЛА7 триггере Шмидта приведена на рисунке.

Первые два элемента «2И-НЕ» микросхемы представляют собой классический триггер. Резистор обратной связи R3 задает величину гистерезиса (при данном значении элементов она составляет около 5 градусов Цельсия). Если очень важно уменьшить или увеличить гистерезис, вместо него лучше включить цепочку из постоянного резистора на 100 кОм и подстроечного резистора 1-2 Мом. Резистор R1 — терморезистор (при нагреве уменьшает свое сопротивление). Резистор R2 переменный или подстроечный, устанавливает порог включения (или отключения). Схема работает как описано выше.

Как показывает практика, основная проблема в работе термореле — это помехи по питанию и наводки на кабель с термодатчиком. Именно они приводят к неустойчивому срабатыванию термореле и дребезгу в реле.

Поэтому для устранения этого явления в схему введен модуль задержки срабатывания и низкочастотный фильтр на конденсаторе С1. Задача модуля задержки – устроить запаздывание срабатывания реле на несколько секунд, когда закончатся все переходные процессы в триггере. Для пользователя эта задержка совершенно незаметна, но она значительно улучшает устойчивость схемы к помехам. Так же будет весьма полезно зашунтировать питание микросхемы конденсатором 0,01-0,1 мкФ, разместив его как можно ближе к ножкам питания (обычно его размещают непосредственно над микросхемой).

Особенно тщательно следует отнестись к источнику питания. Сейчас в основном все они импульсные и имеют много высокочастотных гармоник на выходе. Поэтому запитывать реле можно непосредственно от них, а вот саму схему и делитель напряжения с терморезистором — лучше через НЧ-фильтр (резистор 100-200 ом и конденсатор от 10 мкф), и стабилизированным напряжением.

Печатная плата термореле изображена на рисунке. Вид со стороны дорожек, элементы изображены зеркально. При изготовлении платы методом ЛУТ добейтесь масштабированием, что бы расстояние между ножками микросхемы составляло 2,54 мм. Место для терморезистора, резистора-регулятора, реле и стабилизатора на плате не предусмотрено, так как автор использовал готовые модули конвертера напряжения и блока реле.

Константин Тимошенко © 30.11.2013

Задать вопросы и обсудить другие варианты схемы термореле вы можете на форуме сайта –

Компараторы с гистерезисом (триггер Шмитта)

Переключить навигацию

• Инструменты разработки
  • Какие инструменты мне нужны?
  • Программные средства
    • Начни здесь
    • MPLAB® X IDE
      • Начни здесь
      • Установка
      • Введение в среду разработки MPLAB X
      • Переход на MPLAB X IDE
        • Переход с MPLAB IDE v8
        • Переход с Atmel Studio
      • Конфигурация
      • Плагины
      • Пользовательский интерфейс
      • Проектов
      • файлов
      • Редактор
        • Редактор
        • Интерфейс и ярлыки
        • Основные задачи
        • Внешний вид
        • Динамическая обратная связь
        • Навигация
        • Поиск, замена и рефакторинг
        • Инструменты повышения производительности
          • Инструменты повышения производительности
          • Автоматическое форматирование кода
          • Список задач
          • Сравнение файлов (разница)
          • Создать документацию
      • Управление окнами
      • Сочетания клавиш
      • Отладка
      • Контроль версий
      • Автоматизация
        • Язык управления стимулами (SCL)
        • Отладчик командной строки (MDB)
        • Создание сценариев IDE с помощью Groovy
      • Поиск и устранение неисправностей
      • Работа вне MPLAB X IDE
      • Прочие ресурсы
    • Улучшенная версия MPLAB Xpress
    • MPLAB Xpress
    • MPLAB IPE
    • Программирование на C
    • Компиляторы MPLAB® XC
      • Начни здесь
      • Компилятор MPLAB® XC8
      • Компилятор MPLAB XC16
      • Компилятор MPLAB XC32
      • Компилятор MPLAB XC32 ++
      Охват кода
      • MPLAB
    • Сборщики
    • Компилятор IAR C / C ++
    • Конфигуратор кода MPLAB (MCC)
    • Гармония MPLAB v2
    • Гармония MPLAB v3
    • среда разработки Atmel® Studio
    • Atmel START (ASF4)
    • Advanced Software Framework v3 (ASF3)
      • Начни здесь
      • ASF3 Учебники
        • ASF Audio Sine Tone Учебное пособие
        • Интерфейс ЖК-дисплея с SAM L22 MCU Учебное пособие
    • Блоки устройств MPLAB® для Simulink®
    • Утилиты
    Инструменты проектирования
    • FPGA
    • Аналоговый симулятор MPLAB® Mindi ™
  • Аппаратные средства
    • Начни здесь
    • Сравнение аппаратных средств
    • Средства отладки и память устройства
    • Исполнительный отладчик
    • Демо-платы и стартовые наборы
    • Внутрисхемный эмулятор MPLAB® REAL ICE ™
    • Эмулятор SAM-ICE JTAG
    Внутрисхемный эмулятор
    • Atmel® ICE
    • Power Debugger
    • Внутрисхемный отладчик MPLAB® ICD 3
    • Внутрисхемный отладчик MPLAB® ICD 4
    Внутрисхемный отладчик
    • PICkit ™ 3
    • Внутрисхемный отладчик MPLAB® PICkit ™ 4
    • MPLAB® Snap
    • MPLAB PM3 Универсальный программатор устройств
    • Принадлежности
      • Заголовки эмуляции и пакеты расширения эмуляции
      • Пакеты расширения процессора и отладочные заголовки
        • Начни здесь
        Обзор
        • PEP и отладочных заголовков
        • Требуемый список заголовков отладки
          • Таблица обязательных отладочных заголовков
          • AC162050, AC162058
          • AC162052, AC162055, AC162056, AC162057
          • AC162053, AC162054
          • AC162059, AC162070, AC162096
          • AC162060
          • AC162061
          • AC162066
          • AC162083
          • AC244023, AC244024
          • AC244028
          • AC244045
          • AC244051, AC244052, AC244061
          • AC244062
        • Необязательный список заголовков отладки
          • Дополнительный список заголовков отладки — устройства PIC12 / 16
          • Необязательный список заголовков отладки — устройства PIC18
          • Необязательный список заголовков отладки — устройства PIC24
        • Целевые следы заголовка отладки
        • Отладочные подключения заголовков
    • SEGGER J-Link
    • K2L Сетевые инструментальные решения
    • Рекомендации по проектированию средств разработки
    • Ограничения отладки — микроконтроллеры PIC
    • Инженерно-технические примечания (ETN) [[li]] Встраиваемые платформы chipKIT ™

• Функции
  • Интеграция встроенного программного обеспечения
    • Начни здесь
    • Программирование на C
    Программирование на языке ассемблера
    • MPASM ™
    • MPLAB® Harmony v3
      • Начни здесь
      • Библиотеки гармонии MPLAB®
      • MPLAB® Harmony Configurator (MHC)
      • Проекты и учебные пособия MPLAB Harmony
        • Периферийные библиотеки на SAM L10
          
          • Начало работы с Периферийными библиотеками Harmony v3
          • Периферийные библиотеки с низким энергопотреблением на SAM L10
            
        • Периферийные библиотеки на SAM C2x
          • Начало работы с периферийными библиотеками Harmony v3
          • Приложение с низким энергопотреблением с периферийными библиотеками Harmony v3
        • Периферийные библиотеки на SAM D21
          
        • Периферийные библиотеки на SAM D5x / E5x
          • Начало работы с периферийными библиотеками Harmony v3
          • Приложение с низким энергопотреблением с периферийными библиотеками Harmony v3
        • Периферийные библиотеки на SAM E70
        • Периферийные библиотеки на SAM L2x
          • Приложение с низким энергопотреблением с Harmony v3 с использованием периферийных библиотек
        • Периферийные библиотеки на PIC32 MZ EF
        • Периферийные библиотеки на PIC32 MX470
        • Периферийные библиотеки на PIC32 MK GP
        • Драйверы и системные службы для SAM E70 / S70 / V70 / V71
        • Драйвера и FreeRTOS на SAM D21
        • Драйверы и FreeRTOS на SAM E70 / S70 / V70 / V71
        • Драйверы, промежуточное ПО и FreeRTOS на PIC32 MZ EF
        • SD Card Audio Player / Reader Учебное пособие на PIC32 MZ EF
          
        • Управление двигателем на SAM E54
          
        • Arm® TrustZone® Начальное приложение для микроконтроллеров SAM L11
        • Миграция ASF на SAM C21 в MPLAB Harmony на PIC32CM MC
        • Начало работы с USB на микроконтроллерах SAM
    • MPLAB® Harmony v2
      • Начни здесь
      • Что такое MPLAB Harmony Framework?
      • Конфигуратор гармонии MPLAB (MHC)
      Обзор
      • MPLAB Harmony Framework
      • Библиотеки гармонии MPLAB
        • Библиотеки для общих периферийных устройств PIC32
        Библиотеки системных служб
        • • Служба системы прерывания
          • Обслуживание системы таймера
        Библиотеки драйверов
        • Периферийные библиотеки
          • Библиотека периферийных устройств АЦП
          • Периферийная библиотека прерываний
          • Выходная сравнительная периферийная библиотека
          • периферийная библиотека портов
          • Периферийная библиотека SPI
          • Периферийная библиотека таймера
          • Периферийная библиотека USART
        Промежуточное ПО
        • (TCP / IP, USB, графика и т. Д.)
        Библиотека пакета поддержки платы
        • (BSP)
      • Проекты и учебные пособия MPLAB Harmony
        • Проектов (создание, организация, настройки)
        • Примеры проектов в папке «apps»
        • Введение в обучение гармонии MPLAB
        • Периферийные устройства
          • АЦП
            • ADC Учебное пособие
            • Примеры проектов ADC
          • прерываний
          • Сравнение выходов
          • Порты
            Учебное пособие по портам
            • Примеры проектов портов
          • SPI / I2S
          • Таймер
            • Таймер Учебное пособие
            • Примеры проектов таймера
          • USART
            • USART Учебное пособие
            • Примеры проектов USART
        • Промежуточное ПО
          • SD-карта Audio Player Tutorial
          • Учебное пособие для диктофона / плеера
          • USB Audio Speaker Учебное пособие
          • USB Audio Speaker (с RTOS) Учебное пособие
          • USB Flash Drive Audio Player Руководство
          Учебное пособие по веб-фоторамке
          • SEGGER emWin Audio Player Руководство
          Учебное пособие по живым фоторамкам

Разница между компаратором и триггером Шмитта

Этот пост объясняет разницу между компаратором и триггером Шмитта. Компаратор представляет собой схему с двумя инвертирующими или неинвертирующими клеммами и выходом, который изменяется от шины к шине. Компаратор должен иметь низкое смещение, высокое усиление и высокое подавление синфазного сигнала.

Компараторы

могут быть независимым устройством или операционным усилителем и могут выполнять функции компаратора. Логический выход компаратора указывает, какой из двух его входов имеет более высокий потенциал и, как результат, находится на одной или другой шине. Он также может переключаться между рельсами.

Операционные усилители могут выполнять эти функции, но с некоторыми ограничениями.Они должны работать только как системы с обратной связью и никогда не должны быть перегружены до своих характеристик насыщения. Они идеально подходят для управления простыми резистивными или реактивными нагрузками.

Разница между операционными усилителями и собственно компараторами заключается в выходном сигнале, который аналогичен для большинства операционных усилителей и логике для компараторов. Схема операционного усилителя в режиме разомкнутого контура и операционного усилителя в качестве компаратора изображена на рисунке 1.

Эта схема сравнивает входное напряжение с уровнем земли, и если разница положительная, выходной сигнал будет положительным, а в противном случае — отрицательным.Математически эту функцию можно записать как v> 0, v <0, vout → v + vout → v–.

Входные и выходные характеристики операции усилителя изображены на рисунке 2. операционные усилители также предназначены для размещения опорного напряжения. Идею опорного напряжения можно увидеть в характеристиках передачи операционного усилителя схемы, изображенных на рисунке 3.

Если нам нужно использовать уровни напряжения, которые отличаются от фиксированных уровней напряжения V + и V– операционного усилителя, мы можем добавить в схему диоды Зеннера.Эта схема также сокращает время переключения операционного усилителя.

Это очень важно, потому что компаратор должен формировать очень малое время переключения. Операционный усилитель с диодом Ценнера изображен на рисунке 4 и называется схемой с зажимом Ценнера. Современные операционные усилители, выполняющие функции компараторов, представлены в виде независимых интегральных схем (ИС), разработанных многими производителями.

а

б

Рис. 1. Операционный усилитель без обратной связи (а) и операционный усилитель в качестве компаратора (б).

Рисунок 2. Входные и выходные характеристики компаратора.

Рисунок 3. Компаратор с опорным напряжением входных и выходных характеристик.

а

б

Рисунок 4. Компаратор с опорным напряжением и схемой на диоде Зеннера.

Одно из наиболее частых применений операционных усилителей — это определение того, достигает ли входное напряжение определенного порогового уровня. В этом случае операционный усилитель используется в схеме, изображенной на рисунке 5, и эта схема называется триггером Шмидта .

Эта схема обеспечивает положительную обратную связь и улучшает характеристики компаратора. Легко показать, что условия переключения триггера следующие: vin> R2R2 + R1V — это условие переключения из положительного состояния в отрицательное, а vin <–R2R2 + R1V - условие переключения с отрицательного на положительный уровень.

Если нужен уровень переключения, чтобы быть иными, чем 0, то необходимо добавить опорное напряжение в схему, как показано на Рисунке 6. И условие переключения будет Vin> r2R2 + R1V + R1R2 + R1Vref и Vin <-R2R2 + R1V + R1R1 + R2Vref соответственно.

Рисунок 5. Схема триггера Шмидта.

Рисунок 6. Триггер Шмидта с опорным напряжением.

Операционный усилитель также может выполнять функции синхронизации. С этой целью можно использовать операционный усилитель в схеме, показанной на рисунке 7, и называется мультивибратором. Эта схема генерирует прямоугольный сигнал с фиксированным периодом и амплитудой. Период результирующего сигнала можно найти как T = 2R1Cloge (2R2R3 + 1).

Рисунок 7. Схема мультивибратора.

Другие обучающие руководства доступны через сообщество Reddit r / ElectronicsEasy.

Триггер автоматизации — домашний помощник

---

Что такое триггеры

Триггеры — это то, что запускает обработку правила автоматизации. Когда любой из триггеров автоматизации становится истинным (триггер запускает ), Home Assistant проверяет условия, если таковые имеются, и вызывает действие.

Автоматизация может быть запущена событием, с определенным состоянием объекта, в заданное время и т. Д.Их можно указать напрямую или более гибко с помощью шаблонов. Также можно указать несколько триггеров для одной автоматизации.

В следующих разделах представлены все типы триггеров и дополнительные сведения, необходимые для начала работы.

Триггер события

Срабатывает при получении события. События — это необработанные строительные блоки Home Assistant. Вы можете сопоставлять события только по имени события или также требовать наличия определенных данных или контекста события.

События могут запускаться путем интеграции или через API. Нет ограничений по типам. Список встроенных событий можно найти здесь.

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: событие
    event_type: MY_CUSTOM_EVENT
    # необязательный
    event_data:
      настроение: счастливое
    контекст:
      Идентификатор пользователя:
      # любой из них будет соответствовать
        - MY_USER_ID
        - ANOTHER_USER_ID
  

Также можно прослушивать несколько событий одновременно. Это полезно для событие, которое не содержит или не содержит подобных данных и контекстов.

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: событие
    тип события:
      - automation_reloaded
      - scene_reloaded
  

Триггер Home Assistant

Срабатывает при запуске или завершении работы Home Assistant.

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: домашний помощник
    # Событие также может быть "выключено"
    событие: начало
  

Триггер MQTT

Срабатывает при получении определенного сообщения по данной теме MQTT. Необязательно может совпадать с полезной нагрузкой, отправляемой по теме. Кодировка полезной нагрузки по умолчанию — «utf-8». Для изображений и других байтовых данных используйте кодировку : '' , чтобы полностью отключить декодирование полезной нагрузки.

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: mqtt
    тема: living_room / switch / ac
    # Необязательный
    полезная нагрузка: "на"
    кодировка: "utf-8"
  

Триггер числового состояния

Срабатывает, когда числовое значение состояния объекта (или значение атрибута, если используется свойство атрибута ) пересекает заданный порог.При изменении состояния указанного объекта пытается проанализировать состояние как число и срабатывает, если значение изменяется сверху вниз или снизу вверх до указанного порога.

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: numeric_state
    entity_id: sensor.temperature
    # Необязательный
    value_template: "{{state. attributes.battery}}"
    # Требуется хотя бы одно из следующего
    выше: 17
    ниже: 25
    # Если задано, сработает, когда значение данного атрибута для данной сущности изменится
    attribute: attribute_name
    # Если задано, сработает, когда условие будет истинным в течение X времени; вы также можете использовать дни и миллисекунды.за:
      часов: 1
      минут: 10
      секунд: 5
  

Совместное перечисление выше и ниже означает, что numeric_state должен находиться между двумя значениями. В приведенном выше примере триггер сработает, если numeric_state перейдет в 17.1-24.9 (со строгого выше 17 и строгого ниже 25).

для: также можно указать как ЧЧ: ММ: SS , например:

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: numeric_state
    entity_id: sensor.temperature
    # Необязательный
    value_template: "{{состояние.attributes.battery}} "
    # Требуется хотя бы одно из следующего
    выше: 17
    ниже: 25

    # Если задано, сработает, когда условие было в течение X времени. 
    для: "01:10:05"
  

Вы также можете использовать шаблоны в опции для .

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: numeric_state
    entity_id:
      - сенсор. температура_1
      - датчик.температура_2
    выше: 80
    за:
      минут: "{{состояния ('input_number.high_temp_min') | int}}"
      секунд: "{{состояния ('input_number.high_temp_sec ') | int}} "
  действие:
    сервис: persistent_notification.create
    данные:
      сообщение:>
        {{trigger.to_state.name}} слишком высоко для {{trigger.for}}!
  

для шаблона (ов) будет оцениваться при изменении объекта, как указано.

Состояние триггера

Срабатывает при изменении состояния любого из заданных объектов. Если задано только значение entity_id , триггер будет срабатывать при всех изменениях состояния, даже если изменяются только атрибуты состояния.

Значения, которые вы видите в обзоре, часто не совпадают с фактическим состоянием объекта. Например, в обзоре может отображаться Connected , когда базовый объект фактически на . Вы должны проверить состояние объекта, просмотрев меню Состояния в разделе Инструменты разработчика .

  автоматика:
  спусковой крючок:
    платформа: состояние
    entity_id: device_tracker.paulus, device_tracker.anne_therese
    # Необязательный
    от: "not_home"
  

Триггер Шмитта - определение триггера Шмитта в The Free Dictionary

Для обоих подходов, показанных на рисунке 2, буфер триггера Шмитта, расположенный после оптрона, обеспечивает гистерезис для помехоустойчивости.Мы представляем конструкции на основе триггера Шмитта для устранения нежелательного энергопотребления. 2 состоит из двух частей: интегратора и компаратора (триггер Шмитта). Размах аналоговой волны [v.sub.a] (t) ограничен гистерезис триггера Шмитта. Полярность системы меняется каждый раз, когда [v.sub.a] (t) достигает верхнего или нижнего предела гистерезиса напряжения. Выходной сигнал подается на триггерный каскад Шмитта, который производит импульсы для входа в счетчик. Исследователи в Германии осуществил первую лабораторную демонстрацию стохастического резонанса в 1983 году, обнаружив доказательства этого эффекта в поведении электронной системы, известной как триггер Шмитта.Компаратор COMP с положительной обратной связью через резисторы R2 и R3 реализует гистерезисный триггер Шмитта [13]. Контроллеры предлагают триггер Шмитта для предотвращения нежелательных перемещений курсора, оптически связанный 2-битный цифровой выход и 500 000 циклов вращения и т. Д. Микросхема приемника RF9902 содержит входной усилитель, смеситель, ограничивающий усилитель ПЧ, фазовый детектор и выходной триггер Шмитта для генерации цифрового сигнала FSK, как показано на рисунке 3. Триггер Шмитта, представленный Отто Шмиттом в 1930-х годах (Schmitt , 1938), широко используется в области связи и методов обработки сигналов для улучшения управления включением / выключением, снижения шумовых эффектов в устройствах запуска, аналогово-цифрового преобразования (Mohd-Yasin et al, 2004; Reaz et al. , 2007; Marufuzzaman et al., 2010; Чавес, 1995; Akter et al., 2008) и ряд других новых приложений, включая удвоители частоты, датчики фокальной плоскости сетчатки, подпороговую SRAM, датчики изображения, схемы широтно-импульсной модуляции, беспроводные транспондеры, систему и датчики на основе FPGA и т. Д. интегрированная ИС датчика, в которой фотодиод, трансимпедансный усилитель и выходной каскад напряжения триггера Шмитта включены в микросхему датчика, обеспечивая стабильную светочувствительность во времени и по температуре.

Wilf Rigter на триггерах Шмитта

Триггеры Шмитта, логика и обратная связь
Вильф Ригтер рассказывает все ...

---

Этот урок начался с знакомства с Ричардом. Схема Петтера Schmitt.gif.

Эта схема простая, но не инвертирующая, не имеет входа диоды, и имеет относительно низкий входной импеданс, поэтому его нелегко используется как замена 74C14 / 74HC14 Шмитт триггерный инвертор для BEAM типа приложений.

Итак, я изменил его, как показано на следующей диаграмме, которая более точно имитирует 74C / HC14 Шмитт триггер, включая инверсию, достаточно высокий вход сопротивление (4M) и все важные входные защиты диоды.

Потом решил написать небольшое описание работы и прежде чем вы узнаете, он превратился в учебник.Шмитт триггер - хороший пример положительной обратной связи, поэтому Для описания этой концепции потребовалось еще несколько абзацев.

"Почему?" вы можете спросить. Четырнадцать компонентов могут показаться лот для моделирования 1/6 одного 74HC14, но эта дискретная схема показывает, что на самом деле происходит внутри этой маленькой черной микросхемы, которую мы так часто принимаем за предоставляется.

Шмитт триггер используется в BEAM для Nv и Nu нейроны но чаще используется для очистки аналоговых напряжений и преобразовать их в хорошие санитарные уровни двоичной логики. если ты спешите, можете сразу перейти к разделу о Шмитт триггер, но если вам нравится какой-то фон, прочитайте бит о цифровых и аналоговых сигналах и обратной связи в первую очередь.

ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ
Цифровые сигналы обычно считаются одними из два логических состояния, называемых разными именами: Вкл / Выкл, Высокий / Низкий, Один / Ноль, 1/0 и Vcc / Gnd.Это называется логикой сигналы, потому что они однозначно "или / или" значения.

В реальном мире уровни напряжения, логические состояния - это не совсем Vcc и Gnd. Когда эти нечеткие на цифровые входы инвертора подаются реальные уровни напряжения, они сравниваются с внутренним порогом напряжения и разница между приложенным входным напряжением и порог усиливается (умножается) примерно в раз 100. Эти реальные уровни напряжения, представляющие 1 и 0, должны быть в диапазоне значений, значительно выше и ниже фактический порог переключения, чтобы, несмотря на их нечеткость (шум) они всегда генерируют уровни логической 1 или 0 на выход схемы.

В 74HCxx логическая логическая «1» уровни сигналов определены как больше 2/3 Vcc, а сигнал логического «0» должен быть меньше чем 1/3 Vcc.Диапазон уровней напряжения от 1/3 В постоянного тока а 2/3 Vcc считается в «запрещенной» зоне. поскольку сигналы в этом диапазоне не могут быть гарантированы равными 1 или 0. При напряжении около порога переключения посередине «запрещенной» зоны подается на цифровой вход, цифровой выход может генерировать и генерирует пакет импульсов, который может нанести ущерб точному цифровому миру счетчиков и регистры.

В реальном мире мы также должны учитывать, что когда 1 меняется на 0 и наоборот, изменение не мгновенно, и пока уровень логического напряжения нарастает от 1 на 0 он проходит через «запрещенную» зону. Но с тех пор цифровая логика также не может мгновенно реагировать на изменения, есть спецификация для минимальной ставки изменение (время переключения), которое гарантированно не вызовет более одного перехода в ответ на логический уровень изменение.

Таким образом, наша однозначная цифровая логика игнорирует сбои до тех пор, пока поскольку время изменения достаточно короткое (< 500 нс). Короче говоря, цифровая схема реагирует на генерирует один из двух цифровых уровней напряжения, номинально помечены «1» и «0». Эти уровни должны быть выше и ниже «запрещенная» зона и любые изменения логических уровней должны быть достаточно быстро, чтобы обеспечить минимальное указанное переключение раз.Возможно, сейчас самое время упомянуть, что в мир BEAM схем, эти правила обычно игнорируются. Также обратите внимание, что On / One / 1 / High обычно, но не всегда, эквивалентен в Vcc; между тем, обычно Off / Zero / 0 / Low, но не всегда, эквивалентно Gnd. Иногда этот здравый смысл корреляция обратная (так что "On" обозначается Gnd, а "Off" по Vcc) - это называется "негативный" логика », и, случается, используется в микрочастицах.

Но я отвлекся.

АНАЛОГОВЫЕ СИГНАЛЫ
Цифровые сигналы относятся к аналоговым сигналам тем, что черные и белый - это полный спектр цветов. Аналоговый сигнал уровни могут иметь любое значение, и каждое значение имеет значение. В реальный мир есть предел минимуму и максимуму значения, которые можно различить при вводе аналогового цепь и значения, которые могут быть сгенерированы на выходе аналоговой схемы.Обычно эти сигналы попадают в диапазон между напряжениями питания схемы. Главный следует помнить, что такие датчики, как LDR, PDs, термисторы и схемы, чувствительные ко времени, такие как RC-цепи (Nv / Nu), все генерируют аналоговые напряжения, включая те, которые находятся в цифровая «запретная» зона.

Для взаимодействия аналогового и цифрового миров мы должны использовать специальные схемы, чтобы избежать генерации непредсказуемые хаотичные результаты.Это делается с помощью положительных отзывов .

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Одним из наиболее важных концепций в электронике является обратная связь . Как только вы поймете этот основной принцип что применимо ко всем динамическим системам, вы испытаете квантовый скачок в знаниях. Если я могу быть настолько смелым, чтобы предложить эта идея: правило хаоса, порядка и обратной связи в тонкой равновесие, порождающее все явления в этом Вселенная.

Обратная связь, как следует из названия, возникает, когда процесс или взаимодействие рекурсивно изменяется выходом или результатом что он производит. В электронных схемах это происходит, когда весь или часть выходных сигналов добавляется или вычитается от входного сигнала (ов). Таким образом, обратная связь имеет два различные формы: положительная и отрицательная. Чтобы все было просто и на знакомой почве мы просто обсудим в общих чертах, как ЛУЧ схемы используют обратную связь и подробно, как положительная обратная связь используется в Шмитте схемы запуска.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Суть BEAM - «автономное» взаимодействие. между электронным и механическим узлом, называемым робот и его окружение, видимые через его сенсоры. В датчики предоставляют входные сигналы, которые изменяют действие робот и, в свою очередь, это действие изменяет сигналы полученные датчиками.Что ж, это прекрасный пример электромеханическая обратная связь!

В фототропном роботе, таком как фотопоппер, схема который управляет двигателями, посылает больше импульсов тока на сторона, на которую попадает меньше света. Это заставляет ту сторону повернуться к источнику света, пока оба световых датчика не будут сбалансированный. Тогда обе стороны получают одинаковые импульсы тока как робот «качается» к свету.

В повторителе Херби движение непрерывное. а не в импульсном режиме, и робот следует широкой белой линии на темном фоне. Каждый двигатель получает ток в пропорционально дисбалансу (также называемый ошибкой или разницей сигнал) света на двух фотодатчиках, которые указывают на левый и правый края белой линии. Например, как Бот дрейфует влево, за центр линии, влево датчик получает меньше света, поскольку он перемещается в темноту фон, в то время как правый датчик получает больше от центр светоотражающей белой линии, таким образом создавая сигнал дисбаланса, увеличивающий ток вправо мотор и возвращает Херби в нужное русло.

Фототропизм пример отрицательной обратной связи потому что система в целом движется к "сбалансированному датчики сигнализируют о состоянии. Это очень важно отличие от состояния "максимальные сигналы датчиков". Фотофобное поведение - пример положительных обратная связь , которая направляет систему в целом "несбалансированные сигналы датчика", а не "датчик минимума" сигнализирует о состоянии.Однако не позволяйте этим тонким различия мешают основной идее, что действие системы влияет на датчики, которые влияют на действие системы и так далее - это петля обратной связи, которую мы так часто упоминают в обсуждении BEAM схемы.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Если у вас возникла идея механической обратной связи, то электронная обратная связь должна быть простой.В ЛУЧЕ типа приложений, которые используют цифровые инверторы для квази аналоговых приложений, точкой баланса обратной связи является уровень входного напряжения (порог), при котором переключается выход над. Для преобразователей 74HCxx, таких как 74HC240 этот уровень составляет 1/2 Vcc, прямо посередине «запретная» зона. Мы упоминали ранее, что отрицательный обратная связь вычитает из входного сигнала и управляет вывод цепи в сторону точки баланса.Положительный отзыв добавляет к входному сигналу и отклоняет выход схемы от точки баланса.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Отрицательная обратная связь вычитается из входного сигнала, потому что инвертируется до того, как появится на выходе, и любой инвертированный выходной сигнал будет вычитаться из входного сигнала.

Хорошим примером отрицательной обратной связи может служить 74HC240. инвертор с резистором, подключенным от входа к выходу.Если вы измеряете выход этой цепи с помощью вольтметра, который вы будет точно знать, какое пороговое напряжение инвертор есть. Для 74HC240 при Vcc = 5 В выход будет очень близок к 2,5 В. Поскольку упомянутая ранее цифровая логика не предназначена для работы с входными напряжениями из запрещенной зоны и если вы Измерьте ток Vcc, вы узнаете, почему он потребляет 50 мА или более актуальный. Кроме того, если вы включите радио возле цепи, высокочастотные колебания излучаются схема должна быть довольно мощной по сравнению с местным радио станции.

В целом отрицательная обратная связь нежелательна в цифровом цепей, но его можно использовать и использовать с пользой обсудим позже.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Положительная обратная связь добавляет к входному сигналу и поворачивает выход из точки баланса, из запрещенного зоны и к уровням идеальной логики Vcc или Gnd сигналы.Вот почему положительные отзывы обычно полезны. в схемах BEAM и фактически может быть используется для противодействия отрицательной обратной связи.

Есть много примеров внешних положительных отзывов в Двустворчатые, моноядерные и триггеры BEAM и защелки. Но 74HC14 Microcore слава, это пример внутренней положительной обратной связи, потому что обратная связь происходит внутри микросхемы.Как черный ящик, все мы знать о 74HC14 состоит в том, что у него есть два порога, и что независимо от входной сигнал, выходные сигналы всегда хорошо чистые одиночные переходы, всегда на Vcc или Gnd и никогда на какое-то среднее значение (если мы не забыли добавить резистор в серия со светодиодом индикаторы). Эта внутренняя положительная обратная связь делает 74HC14 Microcore работают и почему без положительных отзывов 74HC240 Microcore всегда перерождается в насыщение.

ТРИГГЕРЫ SCHMITT
Шмитт триггер - это специальная схема, которая действует как переключатель который изменяет состояние на двух разных порогах. Эти называется верхним и нижним порогом или положительным и отрицательный порог срабатывания. Разница в этих двух пороговые уровни называются гистерезисом напряжение. триггер не реагирует ни на один уровень входного напряжения в диапазон между двумя порогами, который для 74C / HC14 точно соответствует «запретной зоне».

А Шмитта триггер также можно сравнить с двумя компараторами управление RS-триггером на выходе. Фактически, схема 74C14 показывает, что это так. Верхний порог компаратор устанавливает выходную защелку и нижний порог компаратор сбрасывает выходной фиксатор.

Эти два порога (точки баланса) делают 74HC14 Шмитт триггер отличается от обычного 74HC240 инвертор с одним порогом на 1/2 Vcc.

Каждый из шести инверторов в 74C14 Шмитт триггер использует 12 полевых МОП-транзисторов, так что для сравнения дискретная версия Шмитта триггер с использованием 3 транзисторов и 11 других компонентов примерно так же сложно.

Обычно 74HC14 Пороговые параметры представляют собой фиксированное отношение Vcc. Это сохраняет устройство функционально простое и в результате 74HC14 Шмитт триггер - одно из самых популярных устройств для сопряжение сигналов реального мира с цифровой электроникой.Это просто не становится проще по сравнению с другими версиями мы обсудим.

Однако малоизвестный факт, что переделать пороги на 74HC14 с помощью отрицательной обратной связи от выхода к входу. За Например, добавив резистор 5,1 МОм между выходом и входом и входной резистор 1М обеспечит около 15% отрицательного Обратная связь. Это вычитается из внутреннего 30% положительного обратная связь, а при Vcc = 5V эффективно изменяет пороги на входе резистора 1М примерно до 2.1В и 2,9В. Очень полезно, если интересующий сигнал меньшие переходы, чем у обычного 74HC14 гистерезис напряжения.

Помимо 74HC14, есть несколько способов применить метод Шмитта. триггер в логике CMOS. Самый простой - использовать неинвертирующий буфер, такой как 74HC245 и подключите резистор 3M от выхода ко входу, чтобы обеспечить положительная обратная связь, суммируемая с входным сигналом через резистор серии 1М.Эти значения дадут те же пороги, что и у 74HC14 но имейте в виду, что входное сопротивление составляет 4 МОм на GND или Vccc. в зависимости от текущего состояния выхода.

Та же схема может быть получена с двумя инверторами, например 74HC240 Показана версия. Две инверсии сигнала генерируют требуется положительный отзыв. И истинный, и перевернутый выходные сигналы доступны.Одна вариация последнего схема должна добавить некоторую отрицательную обратную связь с 4,7 млн резистор с инвертированного выхода на вход. Это отменяет часть положительной обратной связи и уменьшает гистерезис напряжение при разрешении большего входного резистора.

Идеальные усилители, называемые операционными усилителями (также известные как операционные усилители). усилители) можно использовать для простого (по сравнению с дискретная версия) Шмитта триггер, но не позволяйте ему увести вас от объекта упражнения, показывающего, что происходит "под капотом" транзистора Шмитта триггер:

Я включил инвертирующие и не инвертирующие примеры операционного усилителя Шмитта триггер с регулируемым порогом и гистерезисом вольтаж. Обратите внимание, что в обоих случаях настройки потенциометров взаимодействуют так, чтобы порог и гистерезис поправил методом проб и ошибок.

Приведенная выше диаграмма воспроизводит базовую схему Шмитта. триггерная схема Ричарда Петтера. Он состоит из двух инверторы (NPN и PNP) которые дают двойную инверсию входного сигнала.В выходной сигнал второй ступени возвращается и суммируется с входной сигнал и резистор К земле, приземляться. Подумайте об этих резисторах как делитель напряжения, который определяет вход напряжение, необходимое для преодоления порога 0,6 В NPN база излучатель переход для поворота транзистора вкл выкл. С учетом значений положительного порог равен 1.95 В и отрицательный порог срабатывания 1,34 V при условии, что Vcc составляет 5 В. Выходной сигнал на PNP коллектор не инвертирующий относительно входа сигнал.

На этой диаграмме показано, как базовая схема изменяется на дают симметричные пороги 1/3 - 2/3 Vcc, равные 74C / HC14 Шмитт спусковой крючок. Это делается установкой NPN излучатель напряжение до 1/2 Vcc - 0.6 В, что делает включение / выключение порог переключения на входе NPN база ровно 1/2 Vcc. Входной резистор 1M и резисторы обратной связи 3M образуют делитель напряжения, который устанавливает значения положительного входной порог до 2/3 Vcc и отрицательный входной порог составляет 1/3 В постоянного тока.

Сигнал положительной обратной связи на одном конце 3M резистор обратной связи попеременно Vcc или Gnd в зависимости от состояния неинвертированный выходной сигнал на коллекторе PNP транзистор. Другой конец резистора обратной связи 3M находится в основании входа NPN который во время переключения составляет 1/2 В постоянного тока. Напряжение на вход резистора 1М поэтому 1/3 * 1/2 Vcc = 1/6 Vcc выше и ниже 1/2 Vcc что при Vcc = 5 В составляет 3,33 В и 1,66 В соответственно. Этот игнорирует влияние <0,1 мкА, которое попадает в база НПН при переключении.

Инвертирующий NPN выходной каскад обеспечивает изоляцию, а входные защитные диоды были добавлены для имитации 74C / HC14 обращая Шмитта триггер, так что эту схему теперь можно использовать в том же вид приложений, как это устройство, но при Vcc до 24 В или выше в зависимости от транзисторов.NPN выходной привод на положительный ограничивается резистором 4,7 кОм но его можно заменить резистором меньшего размера или даже мотор пейджера. Резистор в ПНП коллектор был выбран из-за малой мощности, но его можно заменить на 4.7K для увеличения базового привода для NPN выходной транзистор.

Входные диоды не нужны для защиты, так как Резистор 1M позаботится об этом, но может потребоваться для ограничения ввода конденсатор связи (я.е., НВ) к отрицательной и положительной рельсам. Это называется DC восстановление, так как он удаляет остаточный заряд с конденсатор поэтому он не помнит никаких предыдущих операций переключения которые в противном случае могли бы повлиять на время следующего коммутационная операция.

Хотя эта схема не является экономичной заменой 74HC14, дает хорошее представление о конструкции триггерных цепей в общем.

Наслаждайтесь

Wilf

Для дополнительной информации. ..

Материал на этой странице отредактирован и обновлен. (на основе переписки по электронной почте) версия BEAM-список публикация Уилфа Ригтера.

Учебное пособие по триггеру Шмитта с операционными усилителями

Базовые компоненты - триггер Шмитта Помогите мне, поделившись этим постом

Прошло много времени с момента нашего последнего руководства по основным компонентам, верно? В прошлый раз мы видели операционный усилитель и то, как его использовать. Что ж, это инвертор триггера Шмитта для тестирования CD40106B, и это то, что мы увидим сегодня. Итак, приступим.

ЧАСТЬ 1 - Почему инвертор триггера Шмитта?

Допустим, у нас есть сигнал переменного тока, который мы хотим кодировать, поэтому посчитайте частоту или количество импульсов. Но волна не идеальна, потому что она колеблется с некоторым шумом. Используя OPAMP с установленным порогом, мы будем получать высокий импульс каждый раз, когда сигнал переменного тока превышает этот порог. Но если у нас есть шум, он также может вызвать короткие импульсы, а мы этого не хотим. Вот почему нам нужны два пороговых значения.

Триггер Шмитта именно так и имеет. Два пороговых значения, скажем, 3 В и 2,8 В. Входное напряжение превышает 3 В, а затем выходное значение - высокий, затем на входе наблюдается пульсация и становится немного ниже 3 В, но, поскольку он не прошел ниже второго порогового значения, выход не изменился.Итак, теперь мы получили желаемый результат. Итак, это основная функция триггера Шмитта - преобразовать зашумленный сигнал в хороший прямоугольный сигнал, который затем может быть прочитан микроконтроллером или другими цифровыми компонентами.

ЧАСТЬ 2 - Триггер Шмитта с OPAMP

Хорошо, допустим, у вас нет IC триггера Шмитта, у вас есть только OPMP. Что ж, вот конфигурация триггера Шмитта, созданная с помощью OPAMP. Отрицательный вход подключен к земле, это означает, что точка V + также будет заземлена.

Итак, у нас были бы эти уравнения выше. Ток, который проходит через R1, такой же, как в R2, и поскольку V + равен нулю, мы получаем, что Vin, деленное на R1, равно отрицательному Vout, деленному на R2. Таким образом, Vin равно отрицательному R1, деленному на R2 и умноженному на Vout, где Vout может иметь значения минимального и максимального напряжения питания. В этом случае предположим, что на OPAMP подается напряжение плюс минус 5 В, поэтому Vout может быть плюс минус 5 В. Также предположим, что R1 составляет 1 кОм, а R2 - 1,7 кОм.Итак, мы получаем, что для того, чтобы переключение произошло, нам нужно, чтобы Vin было равно 1 кОм, деленному на 1,7 кОм и умноженному на плюс или минус 5 В, поэтому переключатель будет на плюс минус 3 В, верно? Итак, у нас есть два пороговых значения. Когда входное напряжение повышается с отрицательных 5 вольт до положительных 5 вольт, когда мы достигнем положительного значения 3 В, выход будет высоким. Но на заднем фронте, когда мы перейдем от положительного 5 В к отрицательному, только когда мы достигнем -3 В, выход будет низким. И вот почему на значке триггера Шмитта находятся эти два пороговых значения.

Когда входное напряжение повышается с отрицательных 5 вольт до положительных 5 вольт, когда мы достигнем положительного значения 3 В, выход будет высоким. Но на заднем фронте, когда мы перейдем от положительного 5 В к отрицательному, только когда мы достигнем -3 В, выход будет низким. И вот почему на значке триггера Шмитта находятся эти два пороговых значения.

ЧАСТЬ 3 - Несимметричные пороговые значения

Но что, если нам нужны разные пороговые значения, скажем, положительное 3,5 В и положительное 2 В.Для этого мы используем эту конфигурацию с 3 резисторами. Здесь у нас есть уравнения для повышения и понижения пороговых значений, и предположим, что мы снабжаем наш OPAMP напряжением 5 В.

Когда Vout заземлен, у нас фактически есть и R3, и R2, подключенные к земле, так что это параллель этих резисторов. Итак, мы получаем делитель напряжения, как в приведенных выше уравнениях. Итак, допустим, номиналы резисторов R1 равны 6,8 кОм, а R2 и R3 равны 10 кОм. Мы получаем порог спада, равный 2.1В. И когда Vout высокий, то есть 5V, мы получаем другое уравнение. Итак, при тех же номиналах резисторов мы получаем пороговое напряжение 3,5 вольта для нарастающего фронта. Итак, вот оно, возрастающее значение составляет 3,5 В, а пороговое значение падения - 2,1 В, и у нас есть триггер Шмитта, сделанный из OPAMP. Точно настроив номиналы резисторов, вы можете установить порог.

Другие руководства →

Помогите мне, поделившись этим постом
.