Schmitt trigger - generell utsikt

Under utformingen av pulskretsen kan utvikleren trenge en terskelinnretning som kan danne et rent rektangulært signal med visse verdier av høye og lave spenningsnivåer fra inngangssignalet med en ikke-rektangulær form (for eksempel sagtann eller sinusformet).

Schmitt-utløseren, en krets med et par stabile utgangstilstander, som under påvirkning av inngangssignalet erstatter hverandre i et hopp, er godt egnet for denne rollen, det vil si at utgangen er et rektangulært signal.

Et karakteristisk trekk ved Schmitt-utløseren er tilstedeværelsen av et visst område mellom spenningsnivåene for inngangssignalet, når utgangsspenningen til inngangssignalet blir slått over ved utgangen fra denne utløseren fra et lavt nivå til et høyt nivå og omvendt.

Denne egenskapen til Schmitt-trigger kalles hysterese, og delen av karakteristikken mellom terskelinngangsverdiene kalles hysterese-regionen. Forskjellen mellom de øvre og nedre terskelverdiene for Schmitt-triggerinngangen bestemmer bredden på dets hystereseområde, som fungerer som et mål på utløsers følsomhet. Jo bredere hystereseområdet - jo mindre følsom Schmitt-trigger, jo smalere hystereseregion - jo høyere er sensitiviteten.

Schmitt triggere er tilgjengelige i form av spesialiserte mikrokretser, der flere separate triggere kan være plassert inne i ett hus samtidig. Slike mikrokretser har en viss normalisert koblingsgrense, og gir bratte fronter ved utgangen, til tross for inngangssignalet som er langt fra en rektangulær form. I tillegg kan Schmitt-utløseren også bygges på grunnlag av logiske elementer, i hvilket tilfelle utvikleren har muligheten til å veldig nøyaktig stille inn og justere bredden på hystereseområdet til terskelanordningen.

Vær oppmerksom på figuren, og vurder nærmere prinsippet om Schmitt-utløseren.

Her er en skjematisk illustrasjon av et triggerelement, så vel som overførings- og tidsegenskaper. Som du ser, når inngangssignalnivået Uin er lavere enn den nedre terskel Ufor.n, har Schmitt-triggerutgangen følgelig også et lavspenningsnivå U0 nær null.

I prosessen med å øke spenningen til inngangssignalet Uin, når dens verdi først den nedre grensen til hystereseområdet Uпор.н, den nedre terskel, mens utgangen, som før, ikke endrer noe. Og selv når inngangsspenningen Uin går inn i hystereseområdet, og i noen tid er inne i det, så skjer det ingenting ved utgangen - utgangen er fremdeles lavnivåspenning U0.

Men så snart nivået på inngangsspenningen Uin blir sammenlignet med den øvre terskel for hystereseområdet Ufor.in (responsområde), hopper triggerutgangen i tilstanden til høyspenningsnivået U1. Hvis inngangsspenningen Uin fortsetter å øke ytterligere (innenfor de tillatte grensene for mikrokretsløpet), vil ikke utspenningen Uout endre seg lenger, ettersom en av to stabile tilstander er nådd - et høyt nivå av U1.

La oss si at inngangsspenningen Uin begynte å avta. Når du går tilbake til hystereseområdet, skjer det ingen endringer ved utgangen; nivået er fortsatt høyt U1. Men så snart spenningen til inngangssignalet Uin er lik den nedre grensen til hystereseområdet Uпн.н - hopper Schmitt-triggerutgangen til staten med et lavspenningsnivå U0. Arbeidet med Schmitt-triggeren er basert på dette.

Noen ganger viser Schmitt-triggere seg å være nyttige, der det logiske elementet "I" implementeres inne i mikrokretsløpet, og omformeren "IKKE" er installert ved utgangen (Schmitt invertering trigger).I dette tilfellet vil overføringskarakteristikken se omvendt: når spenningen går utover den øvre grensen til hystereseområdet, vises et lavt nivå ved utgangen fra Schmitt-utløseren, og når den kommer tilbake under hystereseområdet, vises et høyt nivå ved utgangen. Dette er praktisk talt et OG-IKKE element med hysterese.

Schmitt trigger kan settes sammen og på en operasjonsforsterker (op amp). La oss se på et av alternativene for implementering av det generelt. Inverteringsinngangen til op-forsterkeren er jordet, og inngangssignalet føres gjennom motstanden R1 til den ikke-inverterende inngangen til op-amp. Outputen fra op-forsterkeren langs tilbakekoblingen kjeden gjennom motstanden R2 er koblet til den ikke-inverterende inngangen til op-amp. Rektangulær spenning fjernes fra op forsterkerutgangen.

Spenningen ved utgangen til driftsforsterkeren blir tradisjonelt bestemt av formelen Uout = K * Ua. Vanligvis er Uout.max lik for-amp-forsyningsspenningen (la oss betegne den med bøk E), og K er opamp-forsterkningen, den er i størrelsesorden 1 000 000. Utgangsspenningen kan variere fra + E til -E. Her vil vi ikke gå nærmere inn på detaljer, og for å forenkle forståelsen, vil vi ta et levende eksempel der inngangsmotstanden og motstanden i tilbakemeldingskretsen er lik hverandre: R1 = R2.

Så helt i begynnelsen, når Uin = 0, derfor Ua = 0, så Uout = 0, siden spenningen ved den ikke-inverterende inngangen til op-amp ikke overskrider spenningen ved dens inverterende inngang.

Hvis nå Uvh økes litt, vil også Ua øke litt. Da vil Uout øke betydelig (i samsvar med verdien av K), siden spenningen ved den ikke-inverterende inngangen til op-forsterkeren vil overstige spenningen ved dens inverterende inngang, som, som vi bestemte, er jordet. På grunn av det faktum at punktet Ua er mellom motstandene som er koblet i henhold til diagrammet ovenfor, vil spenningen på punktet Ua øke betydelig, det vil bli omtrent Uout / 2, og på grunn av snøskredet med positiv tilbakemelding, en stabil spenning Uout (lik forsyningsspenningen OS = E). Dermed gikk op-forsterkeren i en stabil tilstand med et høyt utgangsspenningsnivå. Dessuten er Ua = (E + Uin) / 2.

Hvis vi i denne tilstanden begynner å redusere Uin, så selv når det blir lik null, vil det fortsatt være E / 2 på punktet Ua, og ved utgangen fra op-forsterkeren vil det fortsatt være en høy nivå spenning Uout = E.

Først når Uin blir lik -E, bare da Ua blir lik null, og op-amp-utgangen går i en tilstand med et lavspenningsnivå (-E). I dette tilfellet vil det igjen oppstå et tilbakemeldingsskred - nå Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, og dette er mye lavere enn ved den ikke-inverterende inngangen til op-amp. Utløseren har gått i jevn tilstand med et lavt utgangsnivå. For at nå utgangen fra op-amp-en går tilbake til en høy tilstand, er det nødvendig at Uin igjen blir lik E, noe som vil føre til et nytt skred av tilbakemeldinger. Gå tilbake til nullpunktet vil ikke lenger forekomme.