Триггер шмидта схема. Триггер Шмитта: принцип работы, схемы и применение

В этой схеме транзисторы T1 и T2 образуют петлю положительной обратной связи, обеспечивающую гистерезис. Пороги переключения определяются параметрами транзисторов и номиналами резисторов.

Применение триггеров Шмитта в электронике

Триггеры Шмитта широко применяются в различных областях электроники:

• Формирование прямоугольных импульсов из синусоидальных и других сигналов
• Подавление дребезга контактов в механических переключателях
• Преобразование медленно меняющихся аналоговых сигналов в цифровую форму
• Фильтрация шумов и помех во входных цепях цифровых устройств
• Детектирование пересечения сигналом заданного уровня
• Генерация импульсов и колебаний прямоугольной формы

Чем отличается триггер Шмитта от обычного компаратора

Основные отличия триггера Шмитта от обычного компаратора:

1. Триггер Шмитта имеет два пороговых уровня (верхний и нижний), а компаратор — один
2. Триггер Шмитта обладает гистерезисом между порогами переключения
3. Триггер Шмитта менее чувствителен к шумам и помехам во входном сигнале
4. Триггер Шмитта обеспечивает более четкое переключение выхода

Благодаря этим особенностям триггер Шмитта лучше подходит для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму в условиях помех.

Расчет параметров триггера Шмитта

При проектировании триггера Шмитта важно правильно рассчитать его основные параметры:

• Верхний порог переключения (UВП)
• Нижний порог переключения (UНП)
• Ширина петли гистерезиса (UГ = UВП — UНП)

Для триггера Шмитта на ОУ эти параметры определяются соотношением резисторов в цепи обратной связи:

Эти формулы позволяют рассчитать номиналы резисторов для получения требуемых порогов переключения и ширины петли гистерезиса.

Преимущества и недостатки триггеров Шмитта

Как и любое техническое решение, триггеры Шмитта имеют свои преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Эффективное подавление шумов и помех во входном сигнале
• Четкое переключение выхода между двумя состояниями
• Простота реализации и настройки
• Широкая область применения в аналоговой и цифровой электронике

Недостатки:

• Наличие гистерезиса может быть нежелательно в некоторых приложениях
• Ограниченная точность установки порогов переключения
• Зависимость параметров от температуры и напряжения питания

При проектировании электронных устройств важно учитывать эти особенности и выбирать оптимальное решение для конкретной задачи.

Что такое триггер Шмидта. Схемы триггера Шмитта

Что такое триггер Шмитта

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. Для быстрорастущих сигналов – это не проблема. Но для сигналов, которые имеют очень медленное нарастание (шумовые, например) – колебания назад и вперед из положения off в on и обратно могут вывести из строя прибор. Триггеры Шмитта применимы для медленно изменяющихся сигналов или шума.

Это решение для случаев, когда сигнал на входе колеблется вокруг заданной точки. Схема для получения петли гистерезиса – это значит, что есть два набора точек, одни на низкой стороне, другие на высокой. Допустим, что на стороне низкого заданное значение составляет 2,0 В, а на стороне высокого – 1,5 В. Как только нарастающий входной сигнал (шум) попадает в точку 2.0 В, триггер переключит выход на 1. И сигнал на выходе останется на 1 до тех пор, пока входной сигнал не упадёт обратно до 1,5 В. В зоне от 1,5 и 2.0 В сигнал не переключается.

Самым простым примером применения триггера Шмитта является однополюсный двухпозиционный тумблер.

Перемещением рычага вправо соединяются выступы в центре. Цифровые схемы работают на 1 и 0 (вкл. и выкл.) Серединных значений при этом нет.

Схемы триггеров Шмитта

Существует много схем триггеров Шмитта, в которых необходимо включение элементов, имеющих фиксированные пороги на входе. Можно применять дискретные транзисторы, а также операционный усилитель (ОУ) с дополнительными компонентами, способствующими созданию петли гистерезиса.

На схеме изображено как устройство формирует импульс правильной конфигурации, при произвольном входном сигнале. Подобная схема применяется для преобразования медленно изменяющихся сигналов в импульсы с чётко очерченными краями. Это выполняется и на нескольких устройствах, и на одном ОУ.

Схема триггера Шмитта на транзисторах

Для несимметричного триггера Шмитта характерно несколько устойчивых состояний, когда переход из одного в другое происходит лишь при пороговых уровнях. Поэтому для такого триггера Шмитта характерна гистерезисная передаточная характеристика. В нижеприведённой схеме использованы биполярные транзисторы.

Триггер Шмитта на логике

Добавлена обратная связь, обеспеченная двумя резисторами, способствует быстрому изменению напряжения на выходе схемы при пересечении сигналом порогового напряжения. Соотношение между резисторами влияет на глубину этой связи. Тот факт, что часть сигнала с выхода схемы поступает на вход, приводит к тому, что вместо одного порога у схемы получается два. Один из них назван порогом срабатывания схемы (когда на выходе устройства формируется уровень «1»). Второй порог назван порогом отпускания (когда на выходе схемы формируется уровень «0»). Наличие двух порогов дало триггеру Шмитта второе название — схема с гистерезисом. Положительная обратная связь используется для того, чтобы установить лимит для достижения точки насыщения на выходе и, таким образом, можно изменить синусоидальное напряжение в цифровое.

Как определить низкие и высокие пороговые уровни на входе схемы? Логика определения этих пороговых уровней следующая. Необходимо выбрать верхний порог, который ниже минимального высокого уровня сигнала. Другими словами, это тот уровень, когда входной сигнал будет превышать каждый импульс на выходе. Аналогичным образом выбирается нижний порог, который соответственно выше низкого уровня сигнала. Разница между верхним и нижним уровнем является гистерезис. Чем больше гистерезис, тем больше будет восприимчивость схемы к шуму. Также необходимо учесть влияние времени.

На изображении хорошо видны два порога там, где на вход устройства подаётся синусоидальное напряжение.

Генератор на триггере Шмитта

Для построения генераторов применяются инверторы. Посему для обеспечения устойчивых сигнальных волн нужно вывести элемент на участок между «0» и «1». Далее, требуется обеспечить положительную обратную связь посредством конденсаторов.

Ниже изображена схема простейшего генератора импульсов.

Инвертор генерирует сигнал, который заряжает и разряжает конденсатор. Это работает, потому что на выходе инверторов «0» или «1» (низкие или высокие пороговые значения). Представим, что мы смотрим на цепи в какой-то случайный момент времени. По своей природе, триггера Шмитта на выходе инвертора или 0 В или 5 В (или переход между ними, который мы можем игнорировать). Если на выходе 0 В, а на выходе конденсатора выше, чем на выходе инвертора, конденсатор будет разряжаться через резистор до падения порогового напряжения триггера Шмитта. Конденсатор разряжается до тех пор, пока на входе инвертора сигнал достаточно низкий. При пересечении порогового значения, цикл начнётся заново.

Ключ, который делает эту работу на «гистерезис» в триггер Шмитта. В основном это означает, что точка поездки инвертора зависит оттого, что мы идем от высокого напряжения или низкого напряжения.

Заключение

Достоинство схем заключается в том, что входное напряжение меняется незначительно, когда выходное изменяется резко к высокому или низкому пороговому значению. Процесс проводится благодаря устройству обратной связи и делителя напряжения.

В чём польза триггера Шмитта? Они весьма востребованы тогда, где на входе присутствуют шумы. Применяется для преобразования входного сигнала в прямоугольные, пренебрегая высокочастотными помехами. Такая входная цепь осуществляет гистерезис, эффективно фильтрующий различные типы шумов. Использование устройства будет гарантировать, что на входе цифрового устройства всегда будет либо «один» или «ноль» и ничего между ними.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Принцип работы триггера Шмитта на ОУ

Триггер Шмитта —  это компонент электронного устройства, функция  которого  является формирование постоянно изменяющегося сигнала на входе в серию прямоугольных импульсов на выходе. Применяется  в аналого-цифровых преобразователях, фильтрах, линиях связи.

Триггер Шмитта имеет свое отличие от других видов триггеров тем, что он имеет единственный вход и один выход и не имеет свойства памяти. Триггер Шмитта состоит из двух инверторов, имеющих положительно-обратную связь (ПОС), в результате чего состояние выхода триггера может меняться лавинообразно.

Описание работы схемы

Триггер Шмитта  это компаратор, имеющий ПОС.  В данной схеме доля выходного электрического сигнала ОУ поступает на прямой вход и устанавливает уровень, при котором схема будет переключаться.

Принципиальная схема работы триггера Шмитта на ОУ изображена ниже.

ОУ подключен к двухполярному блоку питания на 5 вольт. На инверсный вход DA1 поступает синусоидный  сигнал равный амплитуде 2 В. Сопротивления R1 и R2 имеют значения 25 кОм и 10 кОм. Напряжение на прямом выводе DA1 поступает с делителя напряжения построенного на резисторах R1 и R2, который подключен к выходу ОУ.  Формула расчета для определения напряжения насыщения:

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

1. Uвх1 = +U*R2/(R1+R2) = 3,5*10/35 = 1 В
2. Uвх1 = -U*R2/(R1+R2) = -3,5*10/35 = -1 В 

Когда на выходе ОУ напряжение с положительным потенциалом насыщения – на прямом входе напряжение равно  1 вольту. Предположим, входной электрический сигнал постепенно увеличивается с нуля. Пока потенциал входного сигнала не превышает напряжения на прямом входе – схема находится в стабильном состоянии. Чуть только входной электрический сигнал превзойдет величину в  1 вольт, напряжение на входе ОУ сменит свою полярность на отрицательное напряжение  насыщения. Это поменяет напряжение на прямом входе ОУ, и оно будет равно -1 вольт.

Входной электрический сигнал постепенно будет увеличиваться до максимума, а затем начнет уменьшаться. После того как амплитуда сигнала на входе станет менее 1 вольта, то на выходе ОУ будет так же отрицательный потенциал насыщения. Как только сигнал на входе пройдет величину -1В, напряжение на выходе   поменяется и будет равным положительному потенциалу насыщения.

На графике можно наблюдать зависимость выходного напряжения триггера Шмитта от входного.

В результате такой работы схемы шумы входного сигнала не будут влиять на выходной сигнал.

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

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.

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

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

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

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

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

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

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.

Что такое триггер Шмитта и его применение?

Большинство устройств имеют заданное значение, которое является одинаковым для нарастающего сигнала, так же, как и для сигнала с ошибкой. Для сигналов, которые имеют быстрое время нарастания, это не проблема, но для сигналов, которые имеют очень медленное время нарастания или являются шумными, это может привести к тому, что выходной сигнал устройства будет колебаться взад и вперед от выключения к включению и назад из-за сигнал зависает прямо на заданной точке.

Таким образом, триггер Шмитта — это устройство (или входная часть устройства), которое имеет отдельные пороговые значения для сигнала нарастания и сигнала сбоя. Очевидно, что порог для первого выше.

На этой диаграмме показаны две полосы. Верхняя представляет высокую уставку, а нижняя полоса представляет низкую уставку. Они показаны в виде полос, поскольку в спецификации будет допуск. Разница между нижней частью верхней полосы и верхней частью нижней полосы — это гистерезис устройства.

Как упоминалось ранее, триггеры Шмидта могут использоваться как для медленно меняющихся сигналов, так и для шумных. Вот несколько примеров мест, где можно использовать триггеры Шмитта:

Есть много способов купить или построить триггеры Шмидта. Существует много логических ИС, которые включают триггеры Шмитта на своих входах, такие как 74HCT132 , но он имеет фиксированные пороги. Вы также можете построить один с использованием дискретных транзисторов, но проще всего просто использовать операционный усилитель, так как только дополнительные компоненты Необходимо добавить гистерезис резисторов:

В отличие от многих схем триггеров Шмитта, которые можно найти в Интернете, в этой модели используется операционный усилитель с одним источником питания. Пороги напряжения и устанавливаются с помощью комбинации резисторов делителя напряжения и резистора обратной связи :ВвысокаяВвысокаяВнизкийВнизкийр1/р2р1/р2рFBрFB

р1 FBзнак равно(р1×рFB)( R 1 +рFB)р1FBзнак равно(р1×рFB)(р1+рFB)

Ввысокаязнак равно( V×р2)(р2+р1 FB)Ввысокаязнак равно(В×р2)(р2+р1FB)

р2 FBзнак равно(р2×рFB)(р2+рFB)р2FBзнак равно(р2×рFB)(р2+рFB)

Внизкийзнак равно( V×р2 FB)(р1+р2 FB)Внизкийзнак равно(В×р2FB)(р1+р2FB)

Есть хороший калькулятор триггера Шмитта, который позволяет легко определить нужные вам значения резисторов.

мир электроники — Триггер Шмитта

Электронные устройства 

 материалы в категории

Триггер Шмитта (говорить Шмидта и Шмита не корректно)- это особый вид триггера который так же имеет два устойчивых состояния (логический ноль или логическая единица), но работает несколько иначе- переключение триггера Шмитта происходит лишь при определенной амплитуде входного сигнала и удержание триггера в устойчивом состоянии возможно лишь пока уровень входного сигнала выше порога срабатывания триггера.

В общем триггер Шмитта это некое пороговое устройство: когда сигнал на входе достиг порогового значения он открывается и будет держаться в открытом состоянии пока уровень входного сигнала не упадет ниже порога срабатывания.

Область применения триггеров Шмитта:
1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой. В случаях когда требуется получить из аналогового сигнала прямоугольные импульсы/
2. В качестве дискриминаторов- когда необходимо отделить сигналы с разной амплитудой. Используется несколько триггеров Шмитта с разным порогом срабатывания.
3. В качестве компаратора- сравнивающего устройства.

Триггер Шмитта на транзисторах

А теперь давайте рассмотрим как работает триггер Шмита на транзисторах.
Схема триггера Шмитта на транзисторах на рисунке ниже:

При нулевом напряжении на входе транзистор T1 заперт а транзистор T2, наоборот- в открытом состоянии (на его базе присутствует напряжение смещения через резисторы Rc1, R1 и R2. Напряжение на выходе Vout будет практически уравновешено между питающими потенциалами и будет соответствовать логическому «нулю»

Если на вход Vin начать подавать аналоговый сигнал то по достижении порога открытия транзистора T1(а этот порог можно менять базовым смещением, которое на рисунке не указано) он начнет открываться, забирая тем самым ток с базы транзистора T2.
Транзистор T2 начнет запираться и следовательно будет уменьшаться и напряжение на резисторе Re, что приведет к увеличению скорости отпирания транзистора T1.
Таким образом переключение транзисторов в триггере произойдет практически мгновенно, транзистор T2 закроется и на выходе Vout будет присутствовать логическая «единица».

При падении сигнала на входе Vin все произойдет наоборот: транзистор T1 начнет запираться, ток базы транзистора T2 начнет увеличиваться, он будет открываться и потенциал на общем резисторе Re начнет повышаться. Увеличение этого потенциала приведет к ускорению запирания транзистора T1.

Смотрим также:
Расчет триггера Шмитта

Для чего нужен Триггер Шмитта

представляет собой импульсное устройство с двумя устойчивыми состояниями. Особенность триггера в том, что он реагирует (меняет состояние) при определенном значении напряжения входного сигнала. Значения входных сигналов для перехода от высокого напряжения на выходе к низкому и от низкого к высокому различны (t/_BXl >• U_ВХ2, рис. 3.6, а). Разность между этими напряжениями называют напряжением гистерезиса. Напряжения, при которых триггер Шмитта меняет состояние, часто называют еще пороговыми.

Работа //(-триггера определяется следующей таблицей состояний:

Рис. 3.6. : а — временная диаграмма работы; б — условное графическое обозначение; в — схема с двумя ЛЭ

И-НЕ

храняется, пока входное напряжение превышает U_BX2 (считается, что входное напряжение также поступает от микросхемы ТТЛ и не превышает 5,5 В). Когда входное напряжение станет ниже U_BX2, на выходе DD2 снова появится напряжение высокого, а на выходе DDI — низкого уровня, т. е. триггер Шмитта вернется в исходное состояние.

Оптимальное сопротивление резисторов указано на рисунке. Путем подбора сопротивлений R1 и R2 можно изменять в небольших пределах оба порога переключения. Сопротивление R1 влияет только на напряжение, при котором триггер Шмитта возвращается в исходное состояние. Диод VD1 может быть как германиевым, так и кремниевым.

Триггеры Шмитта применяются для формирования прямоугольных импульсов из сигналов с меняющейся амплитудой, когда входное напряжение превышает U_Вх1, — вплоть до момента, пока оно не станет меньше ■ Uвх2. Отметим, что при этом фронты импульсов становятся круче и удовлетворяются требования к фронтам ИМС ТТЛ. Этим свойством часто пользуются для формирования прямоугольных импульсов из импульсов с пологими фронтами,

Простейший триггер Шмитта может быть собран с помощью двух ЛЭ И—НЕ.

служит для получения прямоугольных импульсов из сигналов, меняющихся по амплитуде, или для увеличения крутизны пологих фронтов импульсов.

характеризуется наличием области гистерезиса, обусловленной различием в порогах переключения. Областью гистерезиса можно управлять в небольших пределах подбором сопротивлений резисторов R1 и R2 или только R1 (рис. 3.6, в).

Источник: Димитрова М. И., Пунджев В. П. 33 схемы с логическими элементами И — НЕ: Пер. с болг. — JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. 112 е.: ил.

Генераторы импульсов (триггер Шмитта, на КМОП-коммутаторах)

Триггеры Шмитта, или несимметричные триггеры на биполярных транзисторах с эмиттерной связью, могут быть использованы для создания простых широкодиапазонных генераторов импульсов (рис. 7.1 — 7.4). Для преобразования триггера Шмитта в генератор достаточно соединить его вход через резистор с выходом, а между входом триггера и общей шиной или шиной питания включить конденсатор [Рл 6/98-33].

Рис. 7.1

Резистивный делитель, к средней точке которого подключен эмиттер входного транзистора, и времязадающая RC-цепь, образованная дополнительными навесными элементами, и преобразующая триггер в генератор импульсов, составляют мостовую схему. В диагональ моста включен управляющий р-п переход транзистора VT1. Изначально конденсатор С1 разряжен, транзистор VT1 закрыт, VT2 — открыт. Как только напряжение на конденсаторе в процессе его заряда превысит напряжение на средней точке резистивного делителя на доли вольта, входной транзистор VT1 открывается, a VT2 — закрывается. Резистивный делитель обесточивается, времязадающий конденсатор С1 разряжается. В результате разряда конденсатора С1 транзистор VT1 вновь закрывается и открывает транзистор VT2, после чего процесс повторяется вновь и вновь.

Частоту генератора (рис. 7.1) определяет емкость конденсатора С1. Переменный резистор R5 позволяет осуществлять более чем десятикратное изменение частоты. Светодиод HL1 предназначен для визуального контроля перестройки частоты: в начале диапазона яркость свечения максимальна, в конце — минимальна. При напряжении питания 9 В генератор вырабатывает частоту 3…30 Гц. Потребляемый ток (или ток через индикатор HL1) составляет 2…20 мА.

Рис. 7.2

Генераторы импульсов (рис. 7.2, 7.3) при напряжении питания 9 В работают в области частот 0,8…10 кГц и 0,35…2,8 кГц, соответственно. Генератор (рис. 7.2) управляется изменением соотношения резистивных плеч делителя напряжения (резисторы R4 — R6, правая половина мостовой схемы). Управление режимом работы генератора (рис. 7.3) осуществляется цепочкой резисторов R2 — R4, регулирующих зарядно-разрядные процессы в левой половине мостовой схемы. Забегая наперед важно заметить что исползуя может быть выполнена как на транзисторах так и на микросхеме, далее вы в этоу убедитесь.

Частоту периодических сигналов обычно измеряют аналоговыми или цифровыми измерительными приборами. В устройстве (рис. 7.4) использован цветодинамический способ индикации частоты генерируемых колебаний. Частоту генерации можно изменять в широких пределах переключением конденсаторов С1 — С4. Потенциометр R4 обеспечивает двадцатикратное перекрытие частоты внутри диапазона. На разноцветных светодиодах HL1 (зеленый) и HL2 (красный) выполнен индикатор частоты.

Рис. 7.3

Рис. 7.4

 Светодиоды установлены под общим светосуммирующим экраном. Плавное изменение частоты работы генератора вызывает перераспределение токов между светоизлучающими диодами. Соответственно, изменяется яркость свечения светодиодов и их суммарная окраска от зеленого свечения (начало диапазона) до красного (конец диапазона). Возможно применение двухцветного светодиода. Генератор перекрывает поддиапазоны частот: 0,7…14 Гц; 7…140 Гц; 70. ..1400 Гц; 0,7…14 кГц.

Для определения частоты генерации по цвету свечения используют принцип «лакмусовой бумаги»: рядом с светосумми-рующим экраном наклеивают полоску цветового спектра, в пределах которого изменяется цвет свечения индикатора. На эту полоску наносят деления, соответствующие значениям частот генерации.

К усилителям класса D относят усилители, в которых входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, а в выходном каскаде осуществляется обратное преобразование.

Для реализации такого рода усилителей используют два способа преобразования исходного аналогового сигнала в цифровой — это широтно-импульсная (ШИМ) и частотно-импульсная модуляция (ЧИМ).

В первом случае ширина синтезированных импульсных сигналов пропорциональна амплитуде входного аналогового сигнала, во втором — изменяемой величиной является частота импульсов. В любом из вариантов усилителей на его выходе (громкоговорителе) импульсный сигнал вновь преобразуется в аналоговый.

Неоспоримым достоинством усилителей класса D является высокий КПД, порой достигающий 98…99%, столь же существенным недостатком — повышенный коэффициент нелинейных искажений, обусловленный неидеальностью процессов прямого и обратного преобразований сигналов.

На рис. 7.5 приведена схема усилителя класса D [Рл 12/99-17]. Он выполнен на основе ШИМ-управляемого мультивибратора на аналоговых ключах микросхемы DA1 типа К561КТЗ [Э 22/88-66] и компаратора DA2 типа KS54CA3. Управление шириной генерируемых импульсов осуществляется за счет изменения сопротивления канала сток — исток полевого транзистора VT1. Выходной сигнал мультивибратора поступает напрямую на инвертирующий вход компаратора DA2 и на неин-вертирующий вход через диодно-резистивную цепочку VD1, R5.

Нагрузкой усилителя является громкоговоритель ВА1 с сопротивлением 8 Ом. Параллельно громкоговорителю включен конденсатор С2 для шунтирования высокочастотных составляющих. При использовании более высокоомной нагрузки величину этой емкости следует пропорционально уменьшить.

Ток, потребляемый устройством в режиме молчания, составляет 2 мА. При наличии входного сигнала амплитудой 0,5…0,7 В потребляемый устройством ток возрастает до 50 мА (нагрузка на выходе — телефонный капсюль ТК-67, ТМ-2В) и до 110 мА (нагрузка на выходе — громкоговоритель с сопротивлением 8 Ом).

Рис. 7.5

Рис. 7.6

Настройка усилителя сводится к достижению минимальных искажений подбором резистора R2. Неиспользуемые ключи микросхемы DA1.3, DA1.4 можно применить для второго звукового канала (стереофония).

На рис. 7.6, 7.7 приведены схемы усилителей класса D, использующие иной способ преобразования [Рл 12/99-17]. С мультивибратора DA1.1, DA1.2 снимается пилообразный сигнал регулируемой ширины. Компаратор выполнен на ключе DA1.3. Сопротивление замкнутого ключа составляет десятки, сотни Ом, что намного ниже сопротивления выключ! нного ключа. Поскольку длительность пилообразного сигнала определяется амплитудой входного сигнала, длительность пряь эугольных импульсов, сформированных в цепи нагрузки, окажемся пропорциональной амплитуде входных сигналов. Среднее зна1 ение тока в нагрузке, соразмерное длительности импульсов имп /льсных сигналов, будет в итоге соответствовать входному ана/.оговому сигналу, усиленному по мощности.

Высокочастотная составляющая тока шунтируется конденсатором С2. Уровень паразитного БЧ-сигнала в цепи нагрузки можно дополнительно ослабить за счет включения последовательно с телефонным капсюлем (громкоговорителем) дросселя индуктивностью около 10 мГн. Устройство потребляет при напряжении питания 5…9 Б с нагрузкой 7… 10 мА, а без нагрузки — 0,7 мА.

Рис. 7.7

На рис. 7.7 показан вариант схемы выходного каскада усилителя на транзисторе VT3 с низкоомной нагрузкой с управлением ключом DA1.3. КПД усилителя зависит от соотношения сопротивлений нагрузки и открытого ключа. Усилитель достаточно экономичен и потребляет от источника питания ток в режиме молчания 1,1 мА, а в режиме максимальной громкости — 22 мА.

Генератор пачек импульсов — таймер (рис. 7.8) выполнен на микросхеме DA1 типа К561КТЗ: на элементах микросхемы DA1.1 и DA1.2 собран мультивибратор с регулируемым (потенциометр R3) периодом/частотой следования импульсов; на элементе DA1.4 выполнен таймер (запуск кнопкой SB1, задание экспозиции — потенциометром R6) [Рл 7/98-23]. Транзисторный коммутатор VT1, управляемый элементами DA1.3 и DA1.4 и переключателем SA1, позволяет включать и выключать нагрузку в цепи его коллектора. Ток нагрузки может доходить до 50 мА.

Рис. 7.8

Рис. 7.9

Генератор импульсов (рис. 7.9) выполнен на KTWO/7-ком-мутаторе — элементах DA1.1, DA1.2 микросхемы К561КТЗ [Рл 6/99-39]. При включении генератора оба ключевых элемента микросхемы разомкнуты. Конденсатор С2 через резистор R5 заряжается до напряжения, при котором ключ DA1.1 замыкается. На резистивный делитель R1 — R3 подается напряжение питания; конденсатор С1 заряжается через цепь из резисторов R4, R3 и часть потенциометра R2. Когда напряжение на положительной обкладке конденсатора С1 достигнет напряжения включения ключа DA1.2, произойдет разряд обоих конденсаторов, и процесс их заряда — разряда будет периодически повторяться.

Потенциометр R2 позволяет изменять величину «стартового» напряжения для заряда конденсатора С1 и, следовательно, частоту генерируемых импульсов в пределах от единиц до десятков Гц. Сопротивление нагрузки или индикатор работы генератора, например, светодиод с токоограничивающим резистором 330 Ом, подключается параллельно резисторам R1 — R3.

Устройство можно использовать в качестве генератора, управляемого напряжением. Для этого вместо напряжения питания подключается управляющее напряжение величиной от 4…5 В до 15 В. С понижением питающего напряжения частота генерируемых импульсов растет.

На неиспользуемых элементах микросхемы — DA1.3 и DA1.4 может быть собран второй генератор импульсов, например, по схеме, изображенной на рис. 7.10.

Рис. 7.10

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Что такое триггер Шмитта, как он работает и области применения

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта представляет собой схему компаратора (не исключительно), в которой используется положительная обратная связь (небольшие изменения на входе приводят к большим изменениям на выходе в той же фазе) для реализации гистерезиса (модное слово для обозначения замедленного действия) и используется для удаления шума из аналогового сигнала при его преобразовании в цифровой.

Он был изобретен еще в 1937 году Отто Х.Шмитта (чье наследие несколько преуменьшено), который назвал это «термоэмиссионным триггером».

Компараторы по своей природе очень быстрые, так как им не хватает компенсирующего конденсатора, который есть у их собратьев по операционным усилителям. Компараторы не ограничены скоростью нарастания выходного сигнала, а время перехода составляет порядка наносекунд. Компараторы также имеют особенно чувствительные входы из-за их очень высокого усиления — даже незначительные изменения на входе могут вызвать мгновенное изменение состояния на выходе.

Эта проблема усугубляется, когда дифференциальные входные сигналы достигают мертвой зоны, то есть минимального входного дифференциального напряжения, необходимого для поддержания стабильного выходного сигнала. В этом узком диапазоне компаратор не знает, что делать со своим выходом, что приводит к так называемой моторной лодке, то есть к колебаниям выходного сигнала. Эта проблема также возникает с сигналами, которые имеют медленное время перехода — входной сигнал проводит достаточно времени в мертвой зоне (конечно, относительно опорного напряжения) для создания нескольких выходных переходов, как показано на рисунке ниже.

Если вы внимательно заметили, входной сигнал изменяется с размахом выходного сигнала, и на шине питания много шума (как видно на выходе через подтягивающий резистор), что является результатом плохой развязки!

Если к выходу подключена какая-либо логика (что в большинстве случаев верно), она обнаружит множественные переходы и вызовет хаос — триггеры будут переключаться несколько раз, что может привести к сбросу чего-то важного.

Это то, что можно исправить с помощью гистерезиса — в данном случае добавлением единственного резистора между инвертирующим выводом (который в данном случае является опорным) и выходом. Разница заметна снова на рисунке.

Снова обратите внимание на нестабильное опорное напряжение.

Триггер Шмитта использует положительную обратную связь — он берет образец выходного сигнала и подает его обратно на вход, чтобы, так сказать, «усилить» выход, что является полной противоположностью отрицательной обратной связи. , который пытается аннулировать любые изменения вывода.

Это усиливающее свойство полезно — оно заставляет компаратор определять состояние выхода, которое он хочет, и заставляет его оставаться там, даже в пределах того, что обычно является мертвой зоной.

Рассмотрим эту простую схему:

Предположим, что входное напряжение ниже, чем опорное напряжение на неинвертирующем выводе, и поэтому выходное напряжение высокое.

В * — это опорное входное напряжение, которое создает фиксированное смещение на неинвертирующем входе.Поскольку через подтягивающий резистор выходной сигнал высокий, это создает путь тока через резистор обратной связи, немного увеличивая опорное напряжение.

Когда входное напряжение превышает опорное напряжение, выходное напряжение становится низким. Обычно это никоим образом не должно влиять на опорное напряжение, но поскольку есть резистор обратной связи, опорное напряжение падает немного ниже номинального значения, потому что обратная связь и нижний опорный резистор теперь параллельны относительно земли (поскольку низкий выходной сигнал закорачивает этот вывод резистора на массу).Поскольку опорное напряжение понижается, нет шансов, что небольшое изменение входного сигнала вызовет множественные переходы — другими словами, больше нет мертвой зоны.

Чтобы выходной сигнал стал высоким, вход должен теперь пересечь новый нижний порог. После пересечения на выходе устанавливается высокий уровень, и схема «сбрасывается» в исходную конфигурацию. Вход должен пересечь порог только один раз, что приведет к единственному чистому переходу. Схема теперь имеет два эффективных порога или состояния — она ​​бистабильная.

Это можно резюмировать в виде графика:

Это можно понимать в обычном смысле — ось x является входом, а ось y — выходом. Прослеживая линию от x до y, мы обнаруживаем, что после пересечения нижнего порога гистерезис становится высоким, и наоборот.

Работа неинвертирующего компаратора аналогична — выход снова изменяет конфигурацию цепи резисторов, чтобы изменить порог, чтобы предотвратить нежелательные колебания или шум.

находят широкое применение, в основном в качестве логических входов. Опять же, нехорошо иметь единый логический порог, в случае зашумленных или медленных сигналов может произойти несколько переходов на выходе. Читая техническое описание любой логической микросхемы, вы обнаружите, что указаны два порога — один для нарастающего фронта и один для спадающего фронта — это свидетельство входного действия Шмитта.

Иногда логические элементы рисуются с маленьким символом «молнии» внутри, это стилизованная кривая гистерезиса, указывающая на то, что устройство имеет триггерные входы Шмитта.

1. Простые генераторы

Наличие двух пороговых значений дает триггерам Шмитта 555-подобную способность действовать как предсказуемые осцилляторы.

Предположим, что конденсатор изначально не заряжен.

Гейт определяет это как входной низкий уровень и устанавливает высокий выходной уровень, поскольку это инвертирующий вентиль. Конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Как только достигается верхний порог, затвор переключается на низкий выходной сигнал, разряжая конденсатор до нижнего порога, обеспечивая предсказуемую выходную частоту.

Выражение для частоты может быть получено с помощью небольшого математического жонглирования:

Где R и C — сопротивление и емкость, V _T + — верхний порог, V _T — нижний порог и V _DD — напряжение питания. Обратите внимание на символ «примерно равно».

Механические переключатели в качестве логических входов — не самая лучшая идея. Контакты переключателя имеют тенденцию быть несколько упругими, вызывая много нежелательного дрожания, которое снова может вызвать множественные переходы и сбои в дальнейшем по линии.

Использование триггера Шмитта с простой RC-цепью может помочь смягчить эти проблемы.

Когда переключатель нажат, он разряжает конденсатор и на мгновение устанавливает высокий уровень на выходе, пока конденсатор снова не зарядится, создавая чистый импульс на выходе.

Где я могу найти триггеры Шмитта?

Триггеры Шмитта более известны в мире логики как буферы или инверторы, но будьте осторожны, не все вентили являются триггерами Шмитта.Как и вся логика, они доступны в форме DIP или SMD с несколькими воротами в одном корпусе. Хорошим примером является 74HC04, шестнадцатеричный инвертор с триггерными входами Шмитта.

Конечно, и другие логические элементы, такие как 4-элементный логический элемент И 4081, также имеют входы Шмитта.

полезны при использовании зашумленных сигналов — они убирают шум и предотвращают нежелательные множественные переходы и колебания.

Основы триггера Шмитта | Как работает триггер Шмитта?

В этом руководстве мы узнаем о триггере Шмитта, некоторых основных реализациях с использованием транзисторов, операционного усилителя, о том, как работает триггер Шмитта, а также о нескольких важных приложениях.В предыдущем руководстве мы видели, как таймер 555 можно настроить как триггер Шмитта.

Введение

При работе операционного усилителя в режиме разомкнутого контура, когда обратная связь не используется, например, в базовой схеме компаратора, очень большое усиление операционного усилителя разомкнутого контура вызовет наименьший шум во входном напряжении. для запуска компаратора.

Если компаратор используется в качестве детектора перехода через ноль, то такое ложное срабатывание может вызвать множество проблем.Это может дать неправильную индикацию перехода через нуль из-за пересечения нуля шума, а не из-за пересечения нуля фактических входных сигналов.

Чтобы избежать такого ненужного переключения между высоким и низким состояниями выхода, используется специальная схема, называемая триггером Шмитта, которая включает положительную обратную связь.

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта был изобретен Отто Шмиттом в начале 1930-х годов. Это электронная схема, которая добавляет гистерезис к порогу перехода вход-выход с помощью положительной обратной связи.Гистерезис здесь означает, что он обеспечивает два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта.

По сути, триггер Шмитта является бистабильным мультивибратором, и его выход остается в любом из стабильных состояний неопределенно долго. Для перехода выхода из одного стабильного состояния в другое входной сигнал должен измениться (или сработать) соответствующим образом.

Для этой бистабильной работы триггера Шмитта требуется усилитель с положительной обратной связью (или регенеративной обратной связью) с коэффициентом усиления контура больше единицы.Следовательно, триггер Шмитта также известен как регенеративный компаратор.

Например, если у нас есть зашумленный входной сигнал, как показано выше, два порога схемы триггера Шмитта будут правильно определять импульсы. Следовательно, основная функция триггера Шмитта — преобразовывать зашумленные квадратные, синусоидальные, треугольные или любые периодические сигналы в чистые прямоугольные импульсы с острыми передними и задними фронтами.

Триггер Шмитта на транзисторах

Как упоминалось ранее, триггер Шмитта в основном представляет собой бистабильную схему, выходные состояния которой управляются входным сигналом.Следовательно, его можно использовать в качестве схемы определения уровня. Следующая схема показывает простую конструкцию триггера Шмитта на основе транзистора.

Несмотря на то, что эта схема выглядит как типичная схема бистабильного мультивибратора, на самом деле она отличается, поскольку в этой схеме отсутствует связь между коллектором Q ₂ и входом Q ₁ . Излучатели Q ₁ и Q ₂ соединены между собой и заземлены через R _E . Кроме того, R _E действует как путь обратной связи.

Работа контура

Когда V _IN равен нулю, Q ₁ отключен, а Q ₂ находится в состоянии насыщения. В результате выходное напряжение V _O НИЗКОЕ. Если предполагается, что V _{CE (SAT)} равно 0, тогда напряжение на R _E определяется по формуле:

(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C2 )

Это напряжение также является напряжением эмиттера Q ₁ . Итак, чтобы Q ₁ проводил, входное напряжение V _IN должно быть больше суммы напряжения эмиттера и 0.7 В т.е.

В _IN = [(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C2 )] + 0,7

Когда V _IN больше, чем это напряжение, Q ₁ начинает проводить, а Q ₂ отключается из-за рекуперативного действия. В результате выход V _O становится ВЫСОКИМ. Теперь напряжение на R _E изменится на новое значение и равно:

(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C1 )

Транзистор Q ₁ будет проводить, пока входное напряжение V _IN больше или равно следующему:

V _IN = [(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C1 )] + 0.7

Если V _IN падает ниже этого значения, тогда Q ₁ выходит из насыщения, а остальная часть схемы работает из-за регенеративного действия Q ₁ , идущего на отсечку, и Q ₂ , до насыщения.

Состояния выхода HIGH и LOW зависят от уровней входного напряжения, задаваемых уравнениями:

[(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C1 )] + 0,7

[(V _CC * R _E ) / ( _E + R _C2 )] + 0.7

Передаточные характеристики триггера Шмитта имеют гистерезис и регулируются нижней точкой срабатывания (нижнее пороговое напряжение) и верхней точкой срабатывания (верхнее пороговое напряжение), задаваемыми V _LT и V _UT .

V _LT = [(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C1 )] + 0,7

V _UT = [(V _CC * R _E ) / (R _E + R _C2 )] + 0,7

Изменяя значения R _C1 и R _C2 , можно контролировать величину гистерезиса, а значение R _E можно использовать для увеличения верхнего порогового напряжения.

Триггерные схемы Шмитта на базе ОУ

Поскольку схема триггера Шмитта по сути представляет собой усилитель с положительной обратной связью, эту схему можно реализовать с помощью операционных усилителей или просто операционных усилителей. В зависимости от того, где используется вход, схемы на основе операционных усилителей можно разделить на инвертирующие и неинвертирующие триггеры Шмитта.

Инвертирующая схема запуска Шмитта

Как следует из названия, в инвертирующем триггере Шмитта входной сигнал подается на инвертирующий терминал операционного усилителя.В этом режиме выходной сигнал имеет противоположную полярность. Этот выход подается на неинвертирующий терминал для обеспечения положительной обратной связи.

Когда V _IN немного больше, чем V _REF , вывод становится -V _SAT , и если V _IN немного меньше, чем -V _REF (более отрицательное значение, чем -V _REF ), тогда вывод становится V _SAT . Следовательно, выходное напряжение V _O равно либо V _SAT , либо -V _SAT , а входное напряжение, при котором происходят эти изменения состояния, можно контролировать с помощью R ₁ и R ₂ .

Значения V _REF и -V _REF можно сформулировать следующим образом:

В _REF = (V _O * R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

Но V _O = V _SAT . Следовательно,

V _REF = (V _SAT * R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

-V _REF = (V _O * R ₂ ) / ( ₁ + R ₂ )

Но V _O = -V _SAT .Следовательно,

-V _REF = (-V _SAT * R ₂ ) / ( ₁ + R ₂ )

Эталонные напряжения V _REF и -V _REF называются верхним пороговым напряжением V _UT и нижним пороговым напряжением V _LT . На следующем изображении показан график зависимости выходного напряжения от входного напряжения. Он также известен как передаточная характеристика триггера Шмитта.

Для чисто синусоидального входного сигнала выход схемы инвертирования триггера Шмитта показан на следующем рисунке.

Цепь неинвертирующего триггера Шмитта

Что касается неинвертирующего триггера Шмитта, вход в этом случае подается на неинвертирующий входной терминал операционного усилителя. Выходное напряжение возвращается на неинвертирующий вывод через резистор R ₁ .

Предположим, что изначально выходное напряжение находится на уровне V _SAT . Пока V _IN не станет меньше V _LT , выход остается на этом уровне насыщения.Как только входное напряжение пересекает нижний пороговый уровень напряжения, выход меняет состояние на -V _SAT .

Выход остается в этом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не превысит верхнее пороговое значение.

На следующем изображении показаны передаточные характеристики схемы неинвертирующего триггера Шмитта.

Если на вход подается чистый синусоидальный сигнал, то выходной сигнал выглядит примерно так.

Приложения

• Одним из важных применений триггера Шмитта является преобразование синусоидальных волн в прямоугольные.
• Их можно использовать для устранения дребезга в компараторах (явление, при котором множественные выходные переходы производятся из-за качания входного сигнала через пороговую область).
• Они также могут действовать как простые контроллеры ВКЛ / ВЫКЛ (например, переключатели на основе температуры).

Заключение

Простое руководство по триггеру Шмитта. Вы узнали, что такое триггер Шмитта, его базовая схема с использованием транзисторов, триггеры Шмитта на базе операционных усилителей (как инвертирующие, так и неинвертирующие), а также несколько важных применений триггеров Шмитта.

Что такое триггер Шмитта | Как это работает

В этом руководстве мы узнаем, что такое триггер Шмитта и как он работает. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать написанную ниже статью.

Триггер Шмитта — это тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта. Это полезно, потому что позволяет избежать ошибок, когда у нас есть зашумленные входные сигналы, из которых мы хотим получить прямоугольные сигналы.

Так, например, если у нас есть такой шумный входной сигнал, который должен иметь 2 импульса, устройство, которое имеет только одну уставку или порог, может получить неправильный вход и может зарегистрировать более двух импульсов, как показано на эта иллюстрация. И если мы используем триггер Шмитта для одного и того же входного сигнала, мы получим правильный ввод двух импульсов из-за двух разных пороговых значений. Это основная функция триггера Шмитта — преобразовывать зашумленные прямоугольные волны, синусоидальные волны или входные сигналы с медленными фронтами в чистые прямоугольные волны.

Существует множество логических ИС, которые имеют встроенные триггеры Шмитта на своих входах, но также они могут быть построены с использованием транзисторов или проще с использованием операционного усилителя или компаратора, просто добавив к нему несколько резисторов и положительную обратную связь.

Здесь у нас есть операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к земле или нулевому напряжению, а неинвертирующий вход подключен к входу напряжения, V _IN . Таким образом, это фактически компаратор, который сравнивает неинвертирующий вход с инвертирующим входом или, в данном случае, входное напряжение V _IN с 0 В.Таким образом, когда значение V _IN ниже 0 вольт, выход компаратора будет отрицательным V _CC , а если входное напряжение выше 0 вольт, выход будет положительным V _CC .

Теперь, если мы добавим положительную обратную связь, подключив выходное напряжение к неинвертирующему входу с резистором между ними и другим резистором между V _IN и неинвертирующим входом, мы получим триггер Шмитта. Теперь выход переключится с V _CC — на V _CC +, когда напряжение на узле A перейдет через 0 вольт.

Это означает, что теперь, регулируя значения резисторов, мы можем установить, при каком значении входа V _IN произойдет переключение, используя следующие уравнения. Мы получаем эти уравнения со следующими соотношениями. Текущее значение «i» в этой строке равно V _IN — V _A , деленному на ₁ рэндов, а также V _A — V _OUT , деленному на ₂ рэндов. Итак, если мы заменим V _A на ноль, поскольку нам нужно это значение для переключения, мы получим это окончательное уравнение.Например, если выходное напряжение -12 В, а вход V _IN отрицательный и возрастает, переключение с -12 В на +12 В произойдет при 6 В в соответствии с уравнением и значениями резисторов и наоборот, когда вход V _IN имеет высокий уровень и понижает переключение с +12 В на -12 В происходит при -6 вольт.

Чтобы получить два разных несимметричных порога, мы можем использовать эту схему инвертирующего триггера Шмитта с одним питанием. Здесь напряжение V _REF такое же, как напряжение V _CC операционного усилителя.Теперь, поскольку вход V _IN подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, когда его значения достигнут верхнего порога, выход выключится на 0 вольт, а затем, когда его значения упадут до нижнего порога, выход переключится на 5 вольт.

Вот пример того, как мы можем рассчитать пороговые значения. V _REF и V _CC будут иметь 5 вольт, а три резистора будут иметь одинаковые 10 кОм. Теперь нам нужно рассчитать напряжение на узле A.В первом случае, когда на выходе 0 В, наша схема будет выглядеть так: простой делитель напряжения и значение V _A будет 1,66 В. Это означает, что вход V _IN должен опуститься ниже этого значения. чтобы выход включился на 5 вольт. Теперь при этих 5 вольтах на выходе схема будет выглядеть так. Значение V _A будет 3,33 В. Это означает, что вход V _IN должен подняться выше этого значения, чтобы выход отключился до 0 вольт.

Мы также можем создать триггер Шмитта на транзисторах. Вы можете узнать, как работает транзисторный триггер Шмитта, в моем следующем руководстве. Щелкните здесь, чтобы посетить его.

Шмитта с использованием микросхемы операционного усилителя uA741, конструкция, схема, работа

Схема триггера Шмитта или рекуперативного компаратора

Схема триггера Шмитта также называется схемой рекуперативного компаратора.Схема разработана с положительной обратной связью и, следовательно, будет иметь регенеративное действие, которое будет переключать уровни выхода. Кроме того, использование положительной обратной связи по напряжению вместо отрицательной обратной связи помогает преобразовать напряжение обратной связи входному напряжению, а не противодействовать ему. Использование регенеративной схемы предназначено для устранения трудностей в схеме детектора перехода через ноль из-за низкочастотных сигналов и входных шумовых напряжений.

Ниже представлена ​​принципиальная схема триггера Шмитта.По сути, это схема инвертирующего компаратора с положительной обратной связью. Триггер Шмитта предназначен для преобразования любой входной волны правильной или неправильной формы в прямоугольное выходное напряжение или импульс. Таким образом, ее также можно назвать схемой возведения в квадрат.

На взаимную точку двух выводов может подаваться внешнее напряжение смещения (Vcc / 2) с использованием правила делителя напряжения , которое может быть сформировано двумя резисторами, а именно R1 и R2.Выход сохраняет свои значения, в то время как вход находится среди двух пороговых значений, которые называются гистерезисом. Эта схема может работать как элемент памяти.

Пороговые значения: 2/3 В постоянного тока и 1/3 В постоянного тока. Старший компаратор вращается при 2/3 В постоянного тока, в то время как младший компаратор вращается при подаче 1/3 В постоянного тока.
Напряжение ключа сравнивается с двумя пороговыми значениями с помощью отдельных компараторов. Триггер (FF) размещается или переставляется соответственно. В зависимости от этого выходной сигнал станет высоким или низким.

Триггер Шмитта на транзисторах

Схема триггера Шмитта , использующая транзистор, показана ниже. Следующая схема может быть построена из основных электронных компонентов , но два транзистора являются важными компонентами для этой схемы.

Триггер Шмитта используется в следующим образом.

• Триггеры Шмитта в основном используются для преобразования синусоидальной волны на прямоугольную.
• Они должны использоваться в цепи защиты от шиберов переключателя для шумных или медленных требований ввода, таких как очистка или ускорение
• Обычно они используются в таких приложениях, как преобразование сигналов, для удаления шумов сигналов в цифровых схемах.
• Они используются для реализации релаксационных осцилляторов для схем с обратной связью с обратной связью
• Они используются в импульсных источниках питания, а также в генераторах функций

Таким образом, это все о теории триггера Шмитта .Они используются в нескольких приложениях в аналоговых и цифровых числовых схемах. Гибкость TTL Schmitt ограничена его узким диапазоном питания, частичной пропускной способностью интерфейса, малым входным импедансом и нестабильными характеристиками выхода.