Расчет триггера шмитта на транзисторах. Триггер Шмитта на транзисторах: принцип работы, схемы и применение

Что такое триггер Шмитта. Как работает схема триггера Шмитта на транзисторах. Какие существуют варианты реализации триггера Шмитта. Где применяются триггеры Шмитта в электронике. Как рассчитать параметры триггера Шмитта.

Что такое триггер Шмитта и его основные свойства

Триггер Шмитта — это электронное устройство с двумя устойчивыми состояниями, которое переключается между ними при достижении входным сигналом определенных пороговых уровней. Ключевые особенности триггера Шмитта:

• Наличие гистерезиса — разных пороговых уровней для прямого и обратного переключения
• Формирование прямоугольного выходного сигнала из плавно меняющегося входного
• Устранение дребезга и шумов во входном сигнале
• Быстрое переключение состояний

Передаточная характеристика триггера Шмитта имеет вид петли гистерезиса. Это обеспечивает четкое переключение даже при наличии шумов во входном сигнале.

Принцип работы триггера Шмитта на транзисторах

Рассмотрим принципиальную схему простейшего триггера Шмитта на двух биполярных транзисторах:

Принцип работы схемы:

1. В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, VT2 открыт
2. При повышении входного напряжения выше порога срабатывания VT1 открывается
3. Ток через R3 растет, VT2 закрывается
4. Напряжение на выходе резко возрастает до Uпит
5. Для обратного переключения входное напряжение должно упасть ниже порога отпускания

Таким образом, реализуется гистерезис и формируется прямоугольный выходной сигнал.

Варианты реализации триггера Шмитта

Помимо базовой схемы на двух транзисторах, существуют и другие варианты реализации триггера Шмитта:

На операционном усилителе

Триггер Шмитта можно построить на основе операционного усилителя с положительной обратной связью. Это позволяет легко задавать пороги срабатывания резистивным делителем.

На логических элементах

Триггер Шмитта реализуется на двух логических элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ, охваченных положительной обратной связью. Такая схема удобна при использовании цифровых микросхем.

В интегральном исполнении

Существуют готовые интегральные микросхемы триггеров Шмитта, например 74HC14. Они удобны для применения в цифровых схемах.

Области применения триггеров Шмитта

Триггеры Шмитта широко используются в электронике для следующих целей:

• Формирование прямоугольных импульсов из синусоидального сигнала
• Устранение дребезга механических контактов
• Восстановление цифровых сигналов, искаженных помехами
• Пороговые устройства в системах автоматики
• Преобразование медленно меняющихся аналоговых сигналов в цифровую форму

Расчет параметров триггера Шмитта

При проектировании триггера Шмитта необходимо рассчитать следующие параметры:

1. Пороги срабатывания и отпускания
2. Ширину петли гистерезиса
3. Номиналы резисторов в схеме
4. Быстродействие переключения

Приведем основные формулы для расчета транзисторного триггера Шмитта:

Порог срабатывания:

U_ср = U_пит * (R4 / (R4 + R6))

Порог отпускания:

U_отп = U_пит * (R4 / (R4 + R6)) — I_к.нас * R5

Ширина петли гистерезиса:

ΔU = U_ср — U_отп = I_к.нас * R5

Где:

• U_пит — напряжение питания
• I_к.нас — ток коллектора насыщения транзистора
• R4, R5, R6 — сопротивления резисторов в схеме

Преимущества и недостатки триггера Шмитта

Рассмотрим основные достоинства и ограничения триггеров Шмитта:

Преимущества:

• Высокая помехоустойчивость за счет гистерезиса
• Формирование четких прямоугольных импульсов
• Простота реализации
• Широкие возможности по настройке порогов

Недостатки:

• Невысокое быстродействие простых схем
• Зависимость параметров от температуры и питания
• Сложность точной установки порогов в дискретных схемах

Альтернативы триггеру Шмитта

В некоторых случаях вместо триггера Шмитта могут использоваться:

• Компараторы с гистерезисом
• АЦП с гистерезисом
• Программная обработка сигналов в микроконтроллерах
• Фильтры нижних частот для подавления шумов

Выбор конкретного решения зависит от требований к быстродействию, точности, стоимости и других факторов.

Заключение

Триггер Шмитта является простым, но очень полезным устройством в электронике. Его способность формировать четкие цифровые сигналы из зашумленных аналоговых делает его незаменимым во многих применениях. Понимание принципов работы и расчета триггера Шмитта важно для разработчиков электронных устройств.

Триггер Шмитта

26 декабря 2021 — Admin

Главная / Теория

Триггер Шмитта — один из представителей большого семейства схем, объединённых названием триггер. Слово «триггер» переводится как «спусковой крючок», и обозначает устройство, способное находится в двух устойчивых состояниях, и менять эти состояния под действием внешних сигналов.

Триггер Шмитта назван в честь изобретателя, Отто Герберта Шмитта, который  сконструировал это устройство на электровакуумных триодах в 1934 году. С тех пор придумано множество вариантов реализации данной схемы, а сама она широко применяется во всевозможных электронных устройствах.

Краткое содержание статьи:

• Принцип работы триггера Шмитта. Пороги переключения и гистерезис
• Схема на транзисторах
• Реализация на операционном усилителе
• Реализация на логических элементах
• Прецизионный триггер Шмитта без ПОС
• Пример применения: устранение дребезга контактов

Принцип работы

У классического триггера Шмитта один вход и один выход. И, как и положено триггеру, два состояния: на выходе 0 (низкий потенциал) или 1 (высокий потенциал).

На вход может поступать аналоговый сигнал сложной формы. При достижении определённого порога на входе триггер переключается из одного состояния в другое.

Но главная его особенность — наличие гистерезиса, то есть порог переключения зависит от текущего состояния самого триггера.

Допустим, наш триггер изначально в состоянии 0, и мы начинаем плавно поднимать напряжение на входе. При достижении порога U₁ триггер переключится в состояние 1. И теперь, чтобы вернуть его в состояние 0, уже недостаточно опустить входное напряжение ниже U₁, переключение произойдёт только при значительно меньшем напряжении U₀. Для большей наглядности посмотрите вот эти графики:

График входного и выходного сигналов триггера Шмитта

Ну, а если нарисовать график зависимости выходного сигнала от входного, то получится как раз такая симпатичная петелька гистерезиса ⎎. Если вы увидите такое обозначение на схеме, скорее всего, где-то там скрывается триггер Шмитта.

Схема триггера Шмитта на транзисторах

Давайте перейдём к практике и соберём вот такую простенькую схему, чтобы поэкспериментировать с триггером Шмитта (картинки можно кликать для увеличения).

Схема триггера Шмитта на транзисторах

R_вх здесь у нас имитирует входной сигнал: вращая ручку резистора, можно подавать на вход разные напряжения. Ну а чтобы наглядно увидеть работу триггера, в коллекторную цепь второго транзистора включён светодиод, который горит, если транзистор открыт.

В исходном состоянии (на входе нет сигнала) транзистор Т₁ закрыт. При этом на базе Т₂ оказывается почти половина напряжения питания — через делитель R₂-R₄-R₅. T₂ открыт, светодиод горит, а на выходе низкий потенциал.

Триггер в состоянии «ноль»

Если мы начнём поднимать напряжение на входе, в какой-то момент оно окажется достаточным, чтобы открылся T₁. Тем самым он фактически зашунтирует R₄-R₅, потенциал на базе T₂ резко упадёт и он закроется. Светодиод погаснет, а на коллекторе появится высокий уровень (1).

Триггер в состоянии «единица»

Откуда же в этой схеме берётся гистерезис? Всё дело в резисторе R₃, который осуществляет положительную обратную связь. Какой бы из транзисторов ни был открыт, его ток течёт через R₃. Но, для этой схемы очень важно, что коллекторная нагрузка Т₂ меньше нагрузки T₁. То есть суммарное сопротивление R₆ и светодиода меньше, чем R₂. А, значит, когда открыт Т₂, через R₃ течёт больший ток, чем когда открыт T₁. Соответственно, и падение напряжение на R₃ больше, когда триггер в состоянии 0.

Это напряжение приложено плюсом к эмиттеру T₁, оно мешает ему открываться, т. к. уменьшает разницу потенциалов между базой и эмиттером. Вот и получается, что для перекидывания триггера из 0 в 1 нужно приложить большее напряжение к базе T₁. А обратное переключение происходит при более низком входном напряжении, т. к. в этот момент плюс на эмиттере поменьше. Фактические напряжения, которые я измерил в работающей схеме, отмечены на рисунках выше. Пороги переключения U₀ и U₁ у меня получились, соответственно, 1.78 и 1.94 В.

Схема собрана на макетной плате

Ну и конечно, параметры триггера (пороги срабатывания) можно менять, подбирая номиналы резисторов.

Улучшения схемы

Иногда в подобных схемах ставят ещё конденсатор параллельно R4. Это так называемый ускоряющий конденсатор.

Вариант схемы с ускоряющим конденсатором

Когда триггер в стабильном состоянии, на конденсаторе постоянное напряжение и он не оказывает влияние на токи. Но, в момент переключения, когда происходит резкий скачок напряжений, в первый момент конденсатор имеет близкое к нулевому сопротивление и тем самым обеспечивает резкое изменение тока базы Т₂, который затем плавно «устаканивается» до стабильного значения. Тем самым ускоряется переключение транзистора Т₂. Это может иметь значение, если планируется работа схемы на высоких частотах, где время переходных процессов в транзисторе может начать играть заметную роль.

Также можно встретить дополнительный буферный транзистор между T₂ и T₁, включённый по схеме эмиттерного повторителя. Он нужен, чтобы снизить влияние T₁ и T₂ друг на друга, а также получить большую чувствительность схемы.

Добавляем в схему буферный каскад

Реализация триггера Шмитта на операционном усилителе

Два примера схемы на операционном усилителе:

Триггер Шмитта на операционном усилителе: с двухполярным питанием (слева) и однополярным (справа)

На рисунке приведены два варианта: с двухполярным и с однополярным источником питания. В первом случае порог срабатывания одинаковый по модулю, но с разным знаком. Во втором случае пороги зависят от соотношения резисторов. Но, в обеих схемах часть выходного сигнала попадает на вход через резистор положительной обратной связи R_ос, тем самым смещая порог срабатывания.

Обратите внимание, что однополярный вариант схемы получился инвертирующим: когда на входе высокий сигнал, на выходе низкий, и наоборот. Дело в том, что мы подаём входной сигнал на инвертирующий вход, поэтому «шиворот на выворот».

Кстати, в данную схему можно добавить ограничитель выходного напряжения. Это стабилитрон, через который осуществляется отрицательная обратная связь. Включается он таким вот образом:

Триггер Шмитта с ограничителем выходного напряжения

Это решение полезно, если необходимо согласовать высокие напряжения предыдущего каскада и низкие следующиего. Например, на входе может быть до 15 вольт от автомобильной электроники, а на выходе ТТЛ микросхема, притающаяся от 5 Вольт.

Триггер Шмитта на логических элементах

Далее приведена схема на логических элементах, принцип работы тот же самый: положительная обратная связь с выхода на вход, так что потенциал на выходе влияет на порог для входа.

Схема триггера Шмитта на логических элементах

Прецизионный триггер с задаваемыми порогами

Чуть более сложная схема, позволяющая регулировать верхний и нижний порог независимо, и даже при необходимости менять их прямо во время работы устройства. Что характерно, здесь нет положительной обратной связи.

Триггер Шмитта без ПОС

На схеме мы видим два отдельных компаратора, которые управляют работой асинхронного RS-триггера. Для работы схемы необходимо на входы U

0 и U₁ подать соответствующие пороговые напряжения.

Тогда весь диапазон входного сигнала можно поделить на три части.

• Когда U_вх < U₀, компаратор К2 выдаёт 1, которая попадает на R-вход триггера и переключает его в нулевое состояние.
• Когда U₀ < U_вх < U₁, на выходе обоих компараторов нули, и триггер хранит предыдущее состояние, каким бы оно ни было.
• Наконец, когда U_вх > U₁, единица появляется на выходе только первого компаратора, и перекидывает RS-триггер в состояние «1».

Применение триггера Шмитта

Триггер Шмитта используется там, где нужно хаотично меняющийся аналоговый сигнал преобразовать в приемлемые для машинной логики нули и единицы. Например, восстановить искаженный шумами цифровой сигнал.

Классический пример — устранение дребезга контактов. Рассмотрим его подробнее, как весьма часто встречающийся в электронной практике.

Когда нажимается обычная кнопка, в сам момент переключения контакт может много раз за доли секунды возникать и снова разрываться, пока состояние выключателя не стабилизируется. Происходит это в силу чисто механических причин и может привести к непредсказуемым результатам: схема, которая «считывает» сигнал с кнопки, воспримет это как множество быстрых включений/выключений.

Иногда дребезг контактов устраняют программно. Но, если это невозможно, на помощь может прийти вот такая простенькая схемка.

Схема устранения дребезга контактов с помощью триггера Шмитта

Конденсатор сгладит пульсации, а триггер Шмитта превратит всё в аккуратный прямоугольный импульс с крутым фронтом.

Поделиться в соцсетях:

Триггер шмитта на транзисторах

Триггер, это устройство, имеющее два устойчивых состояния и способное под действием управляющего сигнала скачком переходить из одного устойчивого состояния в другое. Передаточная характеристика триггера представляет собой практически прямоугольную петлю гистерезиса с пороговыми уровнями напряжения, при которых происходит переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое. В отсутствии гистерезиса при входных медленно изменяющихся напряжениях, будет наблюдаться многократное переключение триггера дребезг , что крайне не желательно. Гистерезис увеличивает стабильность работы триггера при напряжениях близких к пороговому. Триггер Шмитта, как нельзя лучше подходит для формирования фронтов и спадов импульсов управления мощными транзисторами. Чем круче фронты и спады импульсов, тем меньше коммутационные потери транзистора, тем меньше рабочая температура транзистора при одинаковой коммутируемой мощности.

Поиск данных по Вашему запросу:

Триггер шмитта на транзисторах

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Интересные схемы
• Триггер Шмидта. Подробное описание нессиметричного триггера. Схема триггера на транзисторе
• Триггер Шмитта на транзисторах
• Триггер Шмитта принцип действия
• Интересные схемы
• 3.5. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах
• Триггер Шмитта на транзисторах
• Триггер Шмитта на транзисторе и оптроне
• Как работает схема триггера на транзисторах

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как работает триггер Шмитта

Интересные схемы

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о симметричных триггерах — RS- и T-триггерах. Сегодняшняя моя статья познакомит вас с ещё одной разновидностью триггеров — несимметричный триггер, который имеет более известное название — триггер Шмитта. О триггерах Шмитта в интегральном исполнении я уже рассказывал в одной из предыдущих статей.

Давайте вспомним чем, прежде всего, характеризуется данный тип триггера. Как мы помним из предыдущей статьи триггеры характеризуются несколькими устойчивыми состояниями. Так вот в триггере Шмитта переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется только при определённых значениях входного напряжения, которые называются уровнями срабатывания триггера или просто пороговыми уровнями. Таким образом, можно сказать, что несимметричный триггер имеет гистерезисный характер передаточной характеристики.

Передаточная характеристика триггера Шмитта. В идеальном случае передаточная характеристика триггера Шмитта имеет вид изображённый на рисунке выше. После этого напряжение на входе может изменяться в некоторых пределах, но на выходе останется постоянным и равным рабочему напряжению Е 1.

Чтобы вернуть триггер Шмитта в исходное состояние, необходимо, чтобы напряжение на входе уменьшилось до некоторого уровня, называемого порогом отпускания триггера. Величины напряжений пороговых уровней срабатывания и отпускания триггера полностью определяются элементами электронной схемы данного типа триггера.

Как правило, в настоящее время триггеры Шмитта изготавливаются в интегральном исполнении, параметры которого удовлетворяют в большинстве случаев. Но в некоторых случаях имеет место изготовление данного типа триггеров и в дискретном исполнении, например, в экспериментальной или высоковольтной отраслях. Давайте рассмотрим схему триггера Шмитта в дискретном исполнении на транзисторах.

Схема триггера Шмитта представлена на изображении ниже. Триггер Шмитта или несимметричный триггер имеет схожую структуру с симметричным триггером, отличие между ними заключается в том, что одна из коллекторно-базовой цепи симметричного триггера заменена на общую эмиттерную связь.

В результате коллектор транзистора VT2 не связан с базовой цепью VT1 и нагрузка, подключённая к коллектору VT2, мало влияет на работу триггера. Схема триггера Шмитта на биполярных транзисторах. В общем случае несимметричный триггер или триггер Шмитта состоит из следующих элементов: транзисторы VT1 и VT2, имеющие гальваническую связь между собой и через резистор R5 присоединены к общей шине питания; резисторы R1 и R2, обеспечивающие режим работы транзистора VT1 и исходное состояние схемы в целом; резисторы R3 и R7, являющиеся коллекторными нагрузками транзисторов VT1 и VT2 соответственно; резисторы R4 и R6, которые образуют делитель напряжения, тем самым определяя необходимые пороги срабатывания триггера; конденсатор C1, служащий для ускорения переключения триггера.

Временные диаграммы входных и выходных напряжений триггера Шмитта несимметричный триггер. Рассмотрим принцип работы триггера Шмитта по его временным диаграммам изображенным выше. При подключении источника питания к триггеру, он переходит в исходное состояние, при котором транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт. В этом случае на выходе триггера присутствует некоторое напряжение Uэ, которое зависит от элементов обвязки транзистора VT2.

В случае, когда входное напряжение превысит порог срабатывания, транзистор VT1 откроется, а VT2 соответственно закроется и напряжение на выходе триггера резко возрастёт до значения примерно равному напряжению источника питания. Как я уже писал выше, триггер Шмитта имеет два уровня напряжения пороги срабатывания , разность между которыми называется шириной петли гистерезиса.

Ширина петли гистерезиса зависит от величины резистора, а порог срабатывания триггера от соотношения делителя напряжения, который образуется резисторами R4 и R6.

Вследствие чего большой проблемой является отдельная регулировка, как ширины петли гистерезиса, так и порогов срабатывания триггера. Для осуществления независимой регулировки параметров триггера Шмитта между транзисторами VT1 и VT2 включается буферный элемент очень часто эмиттерный повторитель. В результате этого уменьшается влияние резистора R3 на делитель напряжения R4R6, а также повышается чувствительность схемы в целом. Схема триггера Шмитта с буферным элементом. Вычисляем сопротивление резистора R5 в эмиттерных цепях транзисторов.

Находим сопротивления резисторов R4 и R6. Сопротивление резистора R4 вычислим по следующей формуле Тогда сопротивление резистора R6 будет равно Определяем сопротивление резисторов R2. Определяем сопротивление резистора R1. Вычисляем значение ёмкости ускоряющего конденсатора С1. Выполненный расчёт является предварительным, так как из-за разброса параметров элементов схемы возможны некоторые отклонения от заданных условий схемы.

После выбора номиналов элементов необходимо провести прямой проверочный расчёт пороговых уровней напряжения U 1 и U 2 по следующим формулам.

Прямой проверочный расчёт важен, в случае если ширина петли гистерезиса U 2 — U 1 находится в пределах нескольких долей вольта. Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова. Здесь можно всё сделать своими руками. Голову сломал пока допетрил, что схема нарисована для отрицательного напряжения.

Вообще надо указывать, что схема питается от -U, иначе по умолчанию выходит, что минус питания внизу схемы. В пункте 6 определения сопротивления R2 в формуле наверное ошибка, так-как в качестве аргумента используется тот же R2.

Внес все ваши формулы и исходные значения в Excel таблицу, все расчеты сопродают до 2х последниж формул проверки порогов напряжения U1 и U2, у меня получается 33 и 6 вольт соотвественно. При вводе исходных нужных мне данных получается вообще бред! Исходные данные U1 напряжение срабатывания триггера 17 U2 напряжение отпускания триггера 16 Um амплитуда напряжения выхода 15 Im амплитуда тока выхода 0. Формулы ввел правильно, так как все вычисления с вашими исходными данными повторяют ваши результаты ну кроме проверки U1 и U2.

Поддерживаю,не тратьте время на эту писанину, в формулах ошибки. Так же в эксельвсе вводил, с разными транзисторами пробывал 2N, 2N в мультисим. Так нет расчетов по мощности рассеивания резисторов и температурных поправок, нет поправок источника питания на нагрузку и что сами транзисторы питания хотят на батарейке с не сделать тригера руководствуясь этой статьей. По пункту 5: 1.

Уточните формулу расчёта R6. Расчётную формулу R6 уже исправил Скрипт неправильно отработал. Спасибо за замечание!!! Ваш e-mail не будет опубликован. Предыдущий пост: Симметричные триггеры. Следующий пост: Что такое мультивибратор? Расчёт мультивибратора. Часть 4. Отрицательная обратная связь. Евгений :. Николай :. Глеб :. Денис :. SarmAt :. Chernik :. Evgen :. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.

Разделы сайта Импульсная техника Начинающим Новости Силовая электроника Усилительная схемотехника Цифровая схемотехника. Последнии посты Классификация трансформаторов Дроссель переменного тока и его расчёт Дроссель фильтра и его расчёт Нагрев и охлаждение дросселя Потери мощности в дросселе. Часть 2. Свежие комментарии Алексей к записи Дифференциальные усилители Михаил к записи Дифференциальные усилители Сергей к записи Блокинг-генератор.

Расчёт блокинг-генератора Тимур к записи Блокинг-генератор. Расчёт блокинг-генератора Edward к записи Катушки индуктивности с малым воздушным зазором. Популярные Блокинг-генератор.

Расчёт блокинг-генератора Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения Компенсационные стабилизаторы напряжения. Что такое мультивибратор? Расчёт мультивибратора Схемы включения операционных усилителей Обратная связь. Часть 1. Часть 1 Диодные ограничители Триггер Шмитта на транзисторах.

About This is the deafult sidebar, add some widgets to change it. Все права защищены. Запрещено использование материалов сайта без согласия его авторов и обратной ссылки. Дизайн: TechElectronics Themes.

Триггер Шмидта. Подробное описание нессиметричного триггера. Схема триггера на транзисторе

Подобные триггеры широко используются, в вычислительной технике и всевозможных промышленных приборах, где нужно менять форму сигнала, преобразовывать прямоугольные импульсы из синусоиды колебаний и регистрировать завышение сигнала определенного порога. Для правильного уяснения работы триггера Шмитта сперва допустим, что на входе транзистора VT1 нет сигнала. Сопротивления R1, R2 и R3, подключены к минусу и плюсу питания, и создают своеобразный делитель напряжения. По отношению к эмиттеру транзистора VT2, падение напряжения на сопротивлении R3 окажется положительным, по причине этого данный транзистор будет открыт. От источника питания на коллектор транзистора VT2 через резистор R4 идет положительный потенциал. Когда транзистор открыт, ток эмиттера, протекающий через R4, создает на нем падение напряжения.

Триггеры Шмитта на транзисторах. Инвертор и конъюктор на дискретных элементах. Транзисторный ключ. Исходные числовые данные. Уровень.

Триггер Шмитта на транзисторах

В идеальном случае передаточная характеристика триггера Шмитта имеет вид изображённый на рисунке выше. После этого напряжение на входе может изменяться в некоторых пределах, но на выходе останется постоянным и равным рабочему напряжению Е1. Чтобы вернуть триггер Шмитта в исходное состояние, необходимо, чтобы напряжение на входе уменьшилось до некоторого уровня, называемого порогом отпускания триггера. Величины напряжений пороговых уровней срабатывания и отпускания триггера полностью определяются элементами электронной схемы данного типа триггера. Как правило, в настоящее время триггеры Шмитта изготавливаются в интегральном исполнении, параметры которого удовлетворяют в большинстве случаев. Но в некоторых случаях имеет место изготовление данного типа триггеров и в дискретном исполнении, например, в экспериментальной или высоковольтной отраслях. Давайте рассмотрим схему триггера Шмитта в дискретном исполнении на транзисторах. Схема триггера Шмитта представлена на изображении ниже.

Триггер Шмитта принцип действия

Триггерная система относится к тем электронным устройствам, которые способны в течение длительного времени поочередно пребывать в двух устойчивых состояниях. Эти состояния могут чередоваться в результате воздействия на них сигналов извне. Точно такими же свойствами обладает триггер Шмитта на транзисторах. Для распознавания того или иного состояния устройства, используется значение напряжения, образующееся на его выходе. Все триггеры действуют, фактически, как импульсные устройства.

Фазовая траектория статическая характеристика триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса.

Интересные схемы

В Википедии есть около семи-восьми определений, многообразие которых обусловлено множеством назначений элемента. Пользуясь простым и доступным языком, сложный физический термин объяснить можно следующим образом. Триггером называют устройство с функциональной способностью быстро возвращаться в одно из двух своих стабильных состояний. Иными словами, так называются устройства, находящиеся в состоянии или нуля, или единицы. В статье будут рассмотрены виды триггеров, работающих на транзисторах, реле и микросхеме.

3.5. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах

Типичная схема триггера Шмитта на двух транзисторах n- р- n типа изображена на рисунке. Поэтому Т 1 закрыт. Когда ток коллектора транзистора Т 2 спадет от максимальной величины до нуля и соответственно падение напряжения на резисторе R 4 станет уменьшаться, напряжение на коллекторе, которое является выходным, начнет возрастать. Когда напряжение входного импульса спадет до нуля, схема вновь возвратится в исходное состояние: транзистор Т 1 закрыт, а транзистор Т 2 открыт. На частотах повторения импульсов более 20 кГц эффективность схемы можно повысить путем применения конденсатора связи вместо входного трансформатора.

Ждущее устройство, но полевом транзисторе этот элемент в режим триггера Шмитта с заданными порогами переключения. sadavod.

Триггер Шмитта на транзисторах

Триггер шмитта на транзисторах

Простейшая схема компаратора, представленная на рис 4. При медленно изменяющемся входном сигнале напряжение на выходе также может изменяться достаточно медленно. Более того, если во входном сигнале присутствует шум, то на выходе может происходить дребезг в те моменты, когда напряжение на входе проходит через точку переключения рис. Оба недостатка позволяет устранить положительная обратная связь рис.

Триггер Шмитта на транзисторе и оптроне

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о симметричных триггерах — RS- и T-триггерах. Сегодняшняя моя статья познакомит вас с ещё одной разновидностью триггеров — несимметричный триггер, который имеет более известное название — триггер Шмитта. О триггерах Шмитта в интегральном исполнении я уже рассказывал в одной из предыдущих статей. Давайте вспомним чем, прежде всего, характеризуется данный тип триггера. Как мы помним из предыдущей статьи триггеры характеризуются несколькими устойчивыми состояниями.

Радиотехника начинающим перейти в раздел.

Как работает схема триггера на транзисторах

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о симметричных триггерах — RS- и T-триггерах. Сегодняшняя моя статья познакомит вас с ещё одной разновидностью триггеров — несимметричный триггер, который имеет более известное название — триггер Шмитта. О триггерах Шмитта в интегральном исполнении я уже рассказывал в одной из предыдущих статей. Давайте вспомним чем, прежде всего, характеризуется данный тип триггера. Как мы помним из предыдущей статьи триггеры характеризуются несколькими устойчивыми состояниями. Так вот в триггере Шмитта переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется только при определённых значениях входного напряжения, которые называются уровнями срабатывания триггера или просто пороговыми уровнями.

Слово trigger, в переводе на русский, значит, спусковой крючок. Функциональность устройства заключается в быстром переходе из одного устойчивого состояния в другое под внешним воздействием. Большинство подобных устройств имеют заданное одинаковое значение для нарастающего сигнала.

Фотореле на триггере Шмитта на транзисторах, расчет пороговых уровней.

Триггер шмитта — это устройство с двумя устойчивыми состояниями и гистерезисом. Может быть реализован на транзисторах, логических инверторах или на операционном усилителе. Рассмотрим схему триггера шмитта с эмиттерной связью на двух транзисторах:

Для нахождения сопротивлений резисторов выполним расчет триггера Шмитта. Для начала нужно выбрать напряжение питания E и первый пороговый уровень триггера U1. Пусть E=12В, U1=5В.

Выбираем транзисторы и смотрим их характеристики. Для расчета понадобятся:

• Iсmax — максимальный ток коллектора
• hfe — коэффициент передачи тока
• Icbo — обратный ток коллектора

Я взял транзисторы C1815GR с током коллектора 150мА, коэффициентом передачи не менее 200 и обратным током коллектора 0,1мкА.

1. Находим сопротивление резистора Rс2:

Rс2 = (E — U1) / (0.7 * Icmax) = (12 — 5) / (0,7 * 0,15) = 67 Ом

Это минимальное сопротивление этого резистора, его нужно выбрать больше, в зависимости от желаемого тока нагрузки. Я буду ставить в коллекторную цепь светодиод, поэтому возьму сопротивление этого резистора в 1кОм.

2. Находим сопротивление резистора Re:

Re = (Rc2 * U1 * ( hfe / (hfe +1) ) / (E — U1) = (1000 * 5 * ( 200 / (200 +1) ) / (12 — 5) = 711 Ом

Возьмем ближайшее значение 680 Ом.

3. Выбираем второй пороговый уровень.

Второй пороговый уровень определяется резистором Rc1, если его взять таким же как Rc2, то второй уровень будет почти таким же как и первый. То есть гистерезис будет минимальным. Если Rc1 будет меньше Rc2, схема потеряет триггерный эффект. Чем больше Rc1 по сравнению с Rc2 тем шире петля гистерезиса. Возьмем резистор Rc1 на 2кОм и рассчитаем второй пороговый уровень:

U2 = (E * Re) / (Rc1 + Re) = (12 * 680) / (2000 + 680) = 3,044В

Первый пороговый уровень мы выбрали в 5В, проверим его по формуле:

U1 = (E * Re) / (Rc2 + Re) = (12 * 680) / (1000 + 680) = 4,857В

Получилось чуть меньше, потому что эмиттерный резистор взяли 680Ом вместо расчетных 711ти.

4. Найдем номинал базового резистора Rb.

Rb

Для транзистора С1815 обратный ток коллектора Icbo указан для температуры 25 градусов. При повышении температуры на каждые 10 градусов Icbo увеличивается в 2-2,5 раза. Найти обратный ток коллектора при температуре T можно по формуле:

Icbo = Icbo * 2(T — 25) / 10

Возмем максимальную рабочую температуру транзистора из даташита 125 градусов и посчитаем каким будет обратный ток коллектора:

Icbo = Icbo * 2(125 — 25) / 10 = 0,000002 = 2мкА

Теперь пересчитаем резистор Rb:

Rb

Я взял резистор на 670кОм. Если обратный ток коллектора достаточно мал и в расчете получаются значения более 1МОм, этот резистор можно не ставить.

5. Найдем резистор Rcb

Этот резистор расчитывается по достаточно сложной формуле:

Сильнее всего он зависит от hfe, поэтому формулу можно упростить:

Rcb = hfe * Rc2 — Rc1 = 200 * 1000 — 2000 = 198000 Ом

Получилось 198кОм, а если считать по большой формуле 195кОм. Разница не столь велика и можно считать по упрощенной формуле.

6. Находим резисторы делителя Rd1, Rd2:

Сначала найдем начальное напряжение смещения Q1:

Un = U2 + (U1 — U2) / 2 = 3,044 + (4,857 — 3,044) / 2 = 3,95В

Найдем ток в цепи делителя Rd1, Rd2:

Id = Icmax / hfe = 0,15 / 200 = 0,00075 = 0,75мА

Rd2 = Un / Id = 3,95 / 0,00075 = 5267 Ом

Rd1 = E / Id — Rd2 = 12 / 0,00075 — 5267 = 10733 Ом

В верхнее плечо делителя поставим резистор 11кОм, а в нижнее переменный резистор 22кОм. Подсоединив вольтметр к средней точке делителя и вращая ручку переменного резистора можно проверить пороги срабатывания триггера. У меня верхний порог получился 4,93В вместо расчетных 4,85 а нижний 3,54В вместо расчетных 3,04В. Без резистора Rcb оба порога выросли на 250мВ.

На основе триггера Шмитта можно собрать фотореле. Вот его схема:

Резистор R1 ограничивает коллекторный ток Q2. Делитель R2, R3 определяет напряжение, которое подается на вход триггера. Резистором R3 устанавливается уровень освещенности, при котором реле срабатывает. При малом сопротивлении R3 реле срабатывает уже при незначительном затенении, а при высоком практически в полной темноте: достаточно в другом конце комнаты зажечь спичку чтобы реле выключилось.

Резистор R4 отвечает за нижний порог(U2) срабатывания и тем самым определяет ширину петли гистерезиса. Чем больше его сопротивление, тем ниже порог U2 и шире гистерезис.

R5 ограничивает базовый ток Q4. R6 нужен для более надежного запирания Q4. Транзистор может приоткрываться обратным током коллектора, что вызывает едва заметное свечение светодиода. Этот обратный ток коллектора нужно отвести от базы. Вот для этого и служит резистор R6, хотя можно его и не ставить, если обратный ток коллектора достаточно мал.

R7 ограничивает ток через светодиод, а от резистора R8 зависят оба порога переключения триггера и ширина петли гистерезиса.

Транзисторы Q1 и Q2 можно заменить одним транзистором Дарлингтона, например bc517. А еще лучше поставить готовый фототранзистор.

Расчет порогового напряжения триггера Шмитта BJT

Прошу прощения за задержку. Я был занят. Я надеюсь, вы не будете возражать, если я воспользуюсь моментом, чтобы расширить свой предыдущий комментарий о подходе к расчету переходного напряжения \$\uparrow\$. Вы можете решить, полезно ли это.

Предварительный просмотр

Выключение \$Q_2\$ начинается при выходе из насыщения и заканчивается как раз в момент отсутствия коллекторного или базового тока для \$Q_2\$. В этом случае, учитывая отсутствие базового тока \$Q_2\$, также нет падения напряжения на \$R_{\text{B}_2}\$ и, следовательно, \$Q_1\$ \$V_{\text{ CE}_1}\$ имеет ровно одно падение напряжения на диоде — как и следовало ожидать непосредственно перед тем, как \$Q_1\$ начнет переходить в состояние насыщения.

По сути, это означает, что едва ток коллектора в активном режиме в \$Q_1\$ должен быть всего лишь \$I_{\text{C}_1}=\frac{V_\text{CC}-V_{\text {BE}_2}}{R_\text{E}+R_{\text{C}_1}}\$. Зная \$\beta_1\$, это позволяет вам рассчитать падение напряжения на \$R_{\text{B}_1}\$, и единственная оставшаяся проблема – найти падение напряжения на \$R_\text{ Е}\$.

Итак, мы ожидаем увидеть подтверждение ожидаемого значения для \$I_{\text{C}_1}\$ и достаточно дополнительной информации, чтобы найти падение напряжения на \$R_\text{E}\$.

Токи

Есть три значимых тока (без учета базового тока \$Q_1\$): \$I_{\text{C}_1}\$, \$I_{\text{C}_2}\$ и \$I_{\text{B}_2}\$. Их сумма пройдет через \$R_\text{E}\$. \$I_{\text{C}_1}\$ просто отводит ток вокруг \$Q_2\$, но фактически не меняет ток в \$R_\text{E}\$, так что это быстро приводит к выводу, что в этом состоянии и вплоть до непосредственно перед переходом напряжение на \$R_\text{E}\$ будет постоянным.

В этом контексте \$I_{\text{C}_2}\$ и \$I_{\text{B}_2}\$ являются функцией \$I_{\text{C}_1}\$.

Два уравнения КВЛ

Необходимо решить одновременно только два уравнения КВЛ для \$I_{\text{C}_2}\left(I_{\text{C}_1},\beta_2,V_{\text{CE }_2}\right)\$ и \$I_{\text{B}_2}\left(I_{\text{C}_1},\beta_2,V_{\text{CE}_2}\right)\$ :

$$\begin{выравнивание*} V_\text{CC}-I_{\text{C}_2}\:R_{\text{C}_2}-V_{\text{CE}_2}-\left(I_{\text{C}_1} +I_{\text{C}_2}+I_{\text{B}_2}\right)\:R_\text{E}&=0\:\text{V}\\\\ V_\text{CC}-\left(I_{\text{C}_1}+I_{\text{B}_2}\right)\:R_{\text{C}_1}-I_{\text{B }_2}\:R_{\text{B}_2}-V_{\text{BE}_2}-\left( I_{\text{C}_1} + I_{\text{C}_2} + I_{ \text{B}_2} \right)\:R_\text{E} &=0\:\text{V} \end{выравнивание*}$$

Их можно решить с помощью двух параметрических уравнений, основанных на \$I_{\text{C}_1}\$.

Переход

\$\beta_2\$ насыщен и низкий в начале, но постепенно повышается до значения активного режима. В этот момент система меняет состояние до тех пор, пока ток коллектора \$Q_2\$ не станет фактически равным нулю (подразумевая переход к \$\beta_2=\frac{I_{\text{C}_2}=0\:\text{ A}}{I_{\text{B}_2}}=0\$.) Вот почему я написал свой предыдущий комментарий.

Другими словами, система проходит через переход, когда падение напряжения на \$R_{\text{C}_2}\$ становится равным нулю, а на \$V_{\text{CE}_2}\$ занимает все напряжение, которое остается после вычитания напряжения эмиттера.

Алгоритм

1. Сначала решите одновременные уравнения KVL для \$I_{\text{C}_2}\left(I_{\text{C}_1},\beta_2,V_{\text{CE}_2} \right)\$ и \$I_{\text{B}_2}\left(I_{\text{C}_1},\beta_2,V_{\text{CE}_2}\right)\$.
2. Найти \$I_{\text{C}_1}\left(V_{\text{CE}_2}\right)\$, где \$\frac{I_{\text{C}_2}\left(I_{ \text{C}_1},\beta_2,V_{\text{CE}_2}\right)}{I_{\text{B}_2}\left(I_{\text{C}_1},\beta_2, V_{\text{CE}_2}\right)}=\beta_2\$.
3. Подставьте \$I_{\text{C}_1}\$ и решите \$I_{\text{C}_2}\left(I_{\text{C}_1},\beta_2\right)=0\ $, чтобы найти \$V_{\text{CE}_2}\$.
4. Решите \$I_{\text{C}_1}\$.

Здесь нужно искать переход, где \$V_{\text{CE}_2}\$ переходит из насыщенного в полностью открытое состояние. Это обрабатывается между шагами 2 и 3, описанными выше, которые находят \$V_{\text{CE}_2}\$, необходимые в конце перехода. (Шаг 2 находит \$I_{\text{C}_1}\$, необходимые в начале перехода.)

\$\uparrow\$ Пороговое напряжение

Выполнение всех вышеперечисленных результатов приводит к очень простому уравнению. для переходного тока коллектора \$Q_1\$:

$$I_{\text{C}_1}=\frac{V_\text{CC}-V_{{BE}_2}}{R_\text{E}+R_{\text{C}_1}} $$

Обратите внимание, что это подтверждает грубую идею, предложенную вначале. Но теперь есть больше информации, из которой можно выработать остальное. Можно вычислить сумму трех токов и, следовательно, напряжение на \$R_\text{E}\$. Базовый ток можно оценить для \$Q_1\$ и, следовательно, падение напряжения на \$R_{\text{B}_1}\$. Подключите \$V_{\text{BE}_1}\$, и у вас есть напряжение.

Резюме

Обоснование приведенного выше алгоритма представляет собой следующую цепочку:

1. В цепи есть три значимых тока: токи коллектора для \$Q_1\$ и \$Q_2\$ плюс ток базы для \$Q_2\$ .
2. Уравнения KVL содержат только два уравнения. Ясно, что мы не можем решить для всех трех токов только двумя уравнениями.
3. Решите уравнения KVL в два параметрических уравнения, зависящих от параметра \$I_{\text{C}_1}\$.
4. Не зная \$I_{\text{C}_1}\$, мы не можем определить значение \$V_\text{E}\$, так как для этого нам нужны все три тока. Но, не зная \$V_\text{E}\$, мы также не можем знать значение \$I_{\text{C}_1}\$.
5. Критический момент наступает, когда \$Q_2\$ быстро выходит из состояния насыщения и переходит в активный режим. В этом узком промежутке времени \$\frac{I_{\text{C}_2}}{I_{\text{B}_2}}=\beta_2\$ всегда верно. Итак, решите уравнение активного режима для \$I_{\text{C}_1}\$ как функцию \$V_{\text{CE}_2}\$.
6. Выберите удобное значение для \$V_{\text{CE}_2}\$. Лучше всего это делать в тот момент, когда \$I_{\text{C}_2}=0\:\text{A}\$ и \$V_{\text{CE}_2}\$ максимально. Однако мы пока не знаем \$V_\text{E}\$.
7. Однако у нас есть параметрическое уравнение для него, и у нас есть уравнение активного режима для \$I_{\text{C}_1}\$, и мы можем вставить его в наше параметрическое уравнение для \$I_{\text{ C}_2}\$, чтобы получить уравнение для \$I_{\text{C}_2}\$ как функции \$V_{\text{CE}_2}\$. Присвойте этому уравнению значение \$0\:\text{A}\$, чтобы найти \$V_{\text{CE}_2}\$.
8. Примените это значение \$V_{\text{CE}_2}\$ к уравнению, составленному на шаге 5 выше, чтобы получить последнее значение перехода \$I_{\text{CE}_1}\$.
9. Теперь все три тока известны, и схема для этого перехода решена.

Надеюсь, понятно объяснил. Конечно, все это подлежит тестированию. Мне нужно будет сделать несколько прогонов, чтобы проверить это.

— РЕАЛИЗАЦИЯ —

Вот скрипт sympy, который я использовал для реализации вышеизложенного, без необходимости использовать кучу бумаги (и чтобы избежать tl;dr текстов здесь):

 var('ic1 ic2 ib2 beta1 beta2 rb1 rb2 re rc1 rc2 vbe1 vbe2 vce2 vcc')
    kcl = решить([Eq(vcc - ic2*rc2 - vce2 - (ic2+ic1+ib2)*re, 0),
                 Уравнение (vcc - (ic1+ib2)*rc1 - ib2*rb2 - vbe2 - (ic2+ic1+ib2)*re, 0)],
                 [ic2, ib2])
    ic1_active_q2 = решить (уравнение (kcl [ic2]/kcl [ib2], beta2), ic1) [0]
    vce2_final = решить (Eq (kcl [ic2].  subs ({ic1: ic1_active_q2}), 0), vce2) [0]
    ic1_final = ic1_active_q2.subs({vce2:vce2_final})
 

Результатом этой последней строки является следующее уравнение для окончательного тока коллектора \$Q_1\$ в конце переходного периода:

$$I _{\text{C}_1}=\frac{V_\ text{CC}-V_{\text{BE}_2}}{R_\text{E}+R_{\text{C}_1}}$$

Складывая эти строки, я могу вычислить значение порогового напряжения только в точке, где \$Q_2\$ оставляет насыщение как:

 ic2_final = kcl[ic2].subs({ic1:ic1_final})
    ib2_final = kcl[ib2].subs({ic1:ic1_final})
    ire_final = ic1_final + ic2_final + ib2_final
    vth_high = ire_final*re + vbe1 + rb1*ic1_final/beta1
    vth_low = ic1_final*re + vbe1 + rb1*ic1_final/beta1
 

Предположим, что \$R_{\text{B}_1}=27\:\text{k}\Omega\$, \$R_{\text{B}_2}=100\:\Omega\$, \$ R _ {\ text {C} _1} = 1,5 \: \ text {k} \ Omega \ $, \ $ R _ {\ text {c} _2} = 1 \: \ text {k} \ Omega \ $ и \ $R_\text{E}=47\:\Omega\$. Предположим, что \$V_\text{BE}=700\:\text{мВ}\$ для обоих транзисторов и что оба имеют \$\beta=200\$ в активном режиме. Предполагая, что просто выход из насыщения и переход в активный режим происходит при \$V_{\text{CE}_2}=700\:\text{мВ}\$, тогда я получаю: \$V_\text{H}\примерно 1,388 \:\text{V}\$ и \$V_\text{L}\ок. 1,206\:\text{V}\$.

Давайте посмотрим, что показывает spice:

Используя триггеры .MEAS в LTspice, он сообщает: \$V_\text{H}\приблизительно 1,374\:\text{V}\$ и \$V_\text{L }\примерно 1,209\:\текст{V}\$. Хм. Неплохо, просто делаю это на лету, так сказать.

---

Пусть установлено \$R_\text{E}=100\:\Omega\$. Отсюда я получаю: \$V_\text{H}\приблизительно 1,678\:\text{V}\$ и \$V_\text{L}\приблизительно 1,332\:\text{V}\$.

Используя триггеры .MEAS в LTspice, он сообщает: \$V_\text{H}\приблизительно 1,669\:\text{V}\$ и \$V_\text{L}\приблизительно 1,340\:\text {V}\$. Тоже неплохо.

Как построить триггер Шмитта на транзисторах?

Задавать вопрос

Спросил 5 лет, 8 месяцев назад

Изменено 5 лет, 8 месяцев назад

Просмотрено 7k раз

3

Новинка! Сохраняйте вопросы или ответы и организуйте свой любимый контент.
Узнать больше.

\$\начало группы\$

Насколько я понимаю, триггер Шмитта представляет собой компараторную схему с гистерезисом и что он используется для преобразования сигналов из аналоговых в цифровые и для удаления шума из сигнала с помощью положительной обратной связи. Однако то, как это на самом деле работает, сбивает с толку, и чтобы лучше понять это, я решил создать его самостоятельно.

Я решил сделать схему с источником питания \$V_{cc} = 8,5V\$, которая включает светодиод, когда входное напряжение \$V_{in}\$ превышает верхний порог \$V_{ HT} = 7,5 В\$ и отключает его, когда оно опускается ниже нижнего порога \$V_{LT} = 3 В\$, я использовал потенциометр в качестве делителя напряжения для управления входным напряжением. Я использовал следующие схемы:

^{смоделировал эту схему — схема создана с помощью CircuitLab}

следовательно: $$R_E = \frac{V_{HT}}{I_E} = \frac{7,5}{1 \times 10^{-3}} = 7,5 k\Omega$$ $$R_{C2} = \frac{V_{CC} — V_{HT}}{I_E} = \frac{8,5 — 7,5}{10^{-3}} = 1 k\Omega$$ Когда Q1 включается, а Q2 выключается, ток эмиттера изменяется и, следовательно: $$I_E = \dfrac{V_{LT}}{R_E} = \dfrac{3}{7,5 \times 10^3} = 0,4 мА$$ $$R_{C1} = \frac{V_{CC} — V_{LT}}{I_E} = \frac{ 8,5 — 3}{0,4 \times 10^{-3}} = 13,75 к\Omega$$ Теперь я не уверен, как рассчитать R1, R2, поэтому я предположил, что \$V_{B2}\$ равен верхнему порогу и использует делитель напряжения между \$R_{C1} + R1\$ и \$R2 \$: $$ V_{HT} = \dfrac{R2}{R_{C1} + R1 + R2} \quad V_{CC}$$ Я выбрал R1 равным \$1 k\Omega\$, поэтому: $$R1 = 1к\Омега\Стрелка вправо R2 = 15к\Омега$$

Однако, когда я тестировал схему, она вообще не работала, и светодиод постоянно горел независимо от входного напряжения. Почему это не работает так, как должно быть?

• транзисторы
• триггер Шмитта

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Часть триггера Шмитта (Q1 и Q3) действительно работает. Что не работает, так это ваш выходной каскад. Проверить возможные напряжения на коллекторе Q3:

• Когда Q3 выключен, очевидно, что он близок к напряжению питания. Следовательно, через R3 и Q4 будет ток.
• Когда Q3 проводит, ток через RC2 будет проходить через RE и, хотя он будет немного ближе к земле, напряжение на RE по-прежнему делает его намного ближе к источнику питания, чем к земле. Q4 на самом деле все еще проводит. Текущий путь: RC2 -> (R3 || RE).

Чтобы быстро это исправить, можно использовать на выходе PNP вместо NPN. Вам также придется увеличить RC2, потому что с 1 кОм вы все еще слишком близки к напряжению питания (которое затем меняет пороги, да, но в любом случае. ..). Кроме того, вы можете удалить R3, так как RE уже здесь для ограничения тока через базу Q4.

Вот новая схема:

^{симуляция этой схемы – схема создана с помощью CircuitLab ). Вот asc-файл pastebin LTspice (который я считаю гораздо более продуктивным, чем Circuitlabs).}

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Однако, когда я проверил схему, она вообще не работала, и светодиод был постоянно включен независимо от входного напряжения. Почему это не работает как надо?

Не буду разбирать всю схему, а укажу только на проблему выключения светодиода.

Для выключения светодиода необходимо, чтобы Q4 был выключен. Это означает, что коллектор Q3 должен упасть до уровня около 0,5 вольта или ниже. Чтобы получить 0,5 вольта, это означает, что импеданс заземления, обращенный к коллектору Q3, должен быть значительно ниже, чем RC2 (1 кОм). Однако, как бы вы ни старались, коллектор Q3 представит сопротивление заземления не менее RE (7,5 кОм).

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Входная цепь триггера Шмитта для снижения шума

Об авторе: Ламмерт Бис папа, муж и полиглот. Он занимается разработкой встраиваемых систем с восьмидесятых годов. Использовали машинное обучение до того, как у него появилось название. Специализируется на соединении компьютеров, роботов и людей. Был защитником Google Mapmaker и докладчиком на нескольких международных конференциях Google с 2011 года, пока в 2017 году Mapmaker не отключили. Охотник за ошибками в Google. В настоящее время искусственный интеллект распространяется в самых диких местах в производственной среде. Он никогда не прекращает учиться.

• Шумоподавление с гистерезисом
• Низкий уровень триггера Шмитта
• Расчет верхнего уровня триггера
• Расчет нижнего триггерного уровня

Шумоподавление с гистерезисом скорость передачи данных и более длинные кабели связи. Есть несколько способов уменьшить шум.

Линии связи могут быть экранированы. Дифференциальная связь, такая как RS422 и RS485, совершенно невосприимчива к помехам, особенно когда провода скручены. Низкий выходной импеданс и надлежащие согласующие резисторы для уменьшения отражений также могут помочь, но в линии всегда останется некоторый шум. Этот шум можно уменьшить, добавив входные фильтры, например, с помощью RC-цепи, но входные фильтры имеют тот недостаток, что они уменьшают не только шум, но и максимально допустимую скорость передачи данных. Другой возможностью является добавление гистерезиса в строку ввода. Входная линия с гистерезисом использует два уровня переключения В _{высокий} и В _низкий . Когда входное напряжение превышает В _{высокий} , выход переключается на высокий уровень. Только когда входное напряжение падает ниже В _низкий (которое должно быть ниже В _{высокий} ), выход переключается обратно в низкое состояние. Этот тип шумоподавления реализован на входах шины I²C. Эффект гистерезиса можно увидеть на следующем рисунке.

Уровни напряжения триггера Шмитта

На первом графике показан фактический входной сигнал. На линии имеется довольно много шума, и если центральное напряжение используется для определения того, находится ли вход во включенном или выключенном состоянии, в сигнале могут быть обнаружены четыре высоких периода, как показано на втором графике. Однако, если мы используем два уровня запуска с гистерезисом, можно уменьшить количество обнаруженных логических максимумов до одного. Это то, что делает триггер Шмитта на последнем графике.

Цепь триггера Шмитта низкого уровня

Сделать электронную схему с гистерезисом несложно благодаря Отто Шмитту, американскому ученому. Он изобрел простую электронную схему со встроенным эффектом гистерезиса. Эта схема теперь известна как триггер Шмитта. Для создания схемы достаточно двух транзисторов и нескольких тщательно подобранных резисторов. Значения резисторов определяют уровни входного напряжения, при которых схема триггера Шмитта изменяет состояние. Базовая схема триггера Шмитта показана на следующем рисунке.

Общая схема триггера Шмитта

Расчет высокого уровня триггера

Давайте попробуем понять эту схему, предположив, что входное напряжение равно нулю. Транзистор T ₁ не будет проводить ток из-за нулевого входного напряжения. Состояние транзистора T ₂ полностью определяется резисторами R _C1 , R ₁ и R ₂ . Эти три резистора образуют делитель напряжения. Предположим, что базовый ток, протекающий через T ₂ достаточно мал, чтобы им можно было пренебречь. Для современных транзисторов, где коэффициент усиления h _FE часто больше, чем 150 , это допущение создаст лишь очень небольшую ошибку. The base voltage of T ₂ can then be calculated as

V _B2 = V _supply * R ₂ /( R _C1 + R ₁ + Р ₂ )

Напряжение эмиттера T ₂ будет меньше из-за разницы напряжений между базой и эмиттером. Для кремниевого транзистора, по которому течет ток, напряжение В _BE можно оценить примерно как 0,61 Вольт . Напряжение эмиттера можно рассчитать как:

В _E2 = В _B2 – В _BE2 = V _supply * R ₂ /( R _C1 + R ₁ + R ₂ ) – 0.61

The Schmitt trigger circuit uses emitter coupled logic . Следовательно, В _Е = В _Е1 = В _Е2 .

Теперь рассмотрим ситуацию, когда входное напряжение схемы увеличивается. Как только V _B1 больше V _E1 , через транзистор T ₁ начнет протекать очень небольшой ток. Этот ток также проходит через резистор R _C1 , поэтому базовое напряжение транзистора T ₂ уменьшится. По мере снижения базового напряжения снижается и напряжение эмиттера транзистора T ₂ , а поскольку эмиттеры транзистора T ₁ и T ₂ напрямую связаны, разность напряжений равна V _BE1 увеличится. Через транзистор T ₁ начнет протекать больший ток и транзистор T ₂ закроется. Обратите внимание, что напряжение эмиттера на резисторе R _E не упадет до нуля. Хотя T ₂ закрывается, T ₁ открывается, в то же время сохраняя напряжение эмиттера более или менее стабильным на уровне В _в – В _БЭ . Когда T ₂ полностью закрыт, а T ₁ открыт, состояние системы изменилось. Выход изменится на высокий уровень, потому что резистор R _C2 подтянет выход к источнику питания. Напряжение запуска, при котором этот эффект начинает проявляться, называется высоким напряжением запуска и может быть приблизительно рассчитано как

В _{высокое} = В _{питание} * R ₂ /( R _C1 + R ₁ + R ₂ ) – 0. 61

It is evident that an increasing voltage at the input of the circuit will keep the circuit в высоком состоянии. Это связано с тем, что более высокое напряжение на входе создаст более высокий ток базы и коллектора, и этот более высокий ток коллектора еще сильнее понизит базовое напряжение транзистора T ₂ . Но когда схема снова возвращается в нулевое состояние? Это требует дальнейшего анализа схемы.

Расчет нижнего уровня срабатывания

Если В _в понизить, ток, протекающий через T ₁ , уменьшится. Это вызывает уменьшение тока через резистор R _C1 и увеличение уровня напряжения на базе транзистора T ₂ . Поскольку транзисторы эмиттерно связаны, напряжение эмиттера этого транзистора уменьшается, и когда В _в достаточно низкое, базовое напряжение транзистора T ₂ станет немного выше, чем напряжение эмиттера, вызывая небольшой ток базы через T ₂ . Этот небольшой базовый ток создаст эмиттерный ток через общий резистор R _E . Напряжение на эмиттере увеличится, и через T ₁ будет протекать меньший ток, поскольку разность напряжений между базой и эмиттером T ₁ станет меньше. Это приводит к тому, что меньший ток протекает через R _C1 а базовое напряжение на T ₂ возрастает еще больше. T ₂ одновременно откроется и T ₁ закроется. При этом входном уровне В _в схема изменила состояние обратно на ноль. Но при каком конкретном напряжении запускается это изменение состояния?

Расчет низкого напряжения срабатывания для схемы триггера Шмитта немного сложнее, чем расчет высокого уровня срабатывания. T ₂ начнет открываться, когда базовое напряжение V _B2 станет немного больше напряжения эмиттера V _E2 . Попробуем рассчитать входное напряжение, где В _В2 и В _Е2 равны, когда Т ₂ равно
замкнутому.

Сначала некоторые базовые расчеты напряжений и токов в цепи, когда T ₂ замкнут. Как указано выше, мы предполагаем, что базовые токи, протекающие через транзисторы, малы. Поэтому ток коллектора и ток эмиттера через T ₁ считаются равными. Кроме того, поскольку T ₂ закрыт, через этот транзистор не будет протекать ток базы.

V _E = I _E1 * R _E

V _C1 = I _R1R2 * ( R ₁ + R ₂ )

В _{питание} – В _C1 = ( I _C1 + I _R1R2 ) * R _C1

Важным фактором в этом расчете является напряжение коллектора транзистора легко рассчитать базовое напряжение транзистора T ₂ . Учитывая приведенные выше уравнения и предположение, что I _E1 равно I _C1 , мы можем получить

V _C1 = V _supply – R _C1 * ( V _E / R _E + V _C1 /( R ₁ + R ₂ ))

V _C1 по-прежнему находится в обеих частях уравнения, но его можно решить с помощью простой математики. Это дает:

В _С1 = ( В _{питание} – В _E * R _C1 / R _E ) / ( 1 + R _C1 /( R ₁ + R ₂ ))

С помощью этого уравнения мы можем легко рассчитать уровень напряжения В _В2 второго транзистора.

В _В2 = В _С1 * Р ₂ /( Р _{1 Р 3 + 0234 )}

V _B2 = ( V _supply * R ₂ – V _E * R _C1 * R ₂ / R _E ) / ( R _C1 + R ₁ + R ₂ )

Это где магия прыгает. Мы смотрим на ценность )

. Вот где магия прыгает. Мы ищут значение )

. Вот где магия. где транзистор T ₂ начинает проводить. Это точка, в которой базовое напряжение В _B2 равно напряжению эмиттера В _E . Следовательно, мы можем заменить V _B2 V _E на V _B2 и еще больше сократить уравнение. Я пропущу некоторые шаги, но конечный результат можно показать ниже:

В _E = В _{питание} * R ₂ /( R 3 C10231 R ₁ + R ₂ + R _C1 * R ₂ / R _E )

When transistor T ₂ starts to conduct, the Транзистор T ₁ все еще открыт, поэтому для расчета входного напряжения, когда T ₂ начинает проводить, мы должны добавить V _BE или 0,61 Вольт для расчета значения . в базовом порту Т ₁ .