Schmitt trigger - generel opfattelse

Under design af pulskredsløbet kan udvikleren have brug for en tærskelindretning, der kunne danne et rent rektangulært signal med visse værdier for høje og lave spændingsniveauer fra indgangssignalet med en ikke-rektangulær form (for eksempel savtand eller sinusformet).

Schmitt-triggeren, et kredsløb med et par stabile outputtilstande, som under indgangssignalets handling erstatter hinanden i et hopp, passer godt, det vil sige, at udgangen er et rektangulært signal.

Et karakteristisk træk ved Schmitt-udløseren er tilstedeværelsen af ​​et vist område mellem spændingsniveauerne for indgangssignalet, når udgangsspændingen fra indgangssignalet skiftes ved udgangen fra denne trigger fra et lavt niveau til et højt og vice versa.

Denne egenskab ved Schmitt-udløseren kaldes hysterese, og den del af karakteristikken mellem tærskelindgangsværdierne kaldes hystereseområdet. Forskellen mellem de øvre og nedre tærskelværdier for Schmitt-triggerindgangen bestemmer bredden af ​​dets hystereseområde, der tjener som et mål for triggerens følsomhed. Jo bredere hystereseområdet - jo mindre følsom er Schmitt-triggeren, jo smallere hystereseregion - jo højere er dens følsomhed.

Schmitt-triggere fås i form af specialiserede mikrokredsløb, hvor adskillige separate triggere kan placeres i et hus på én gang. Sådanne mikrokredsløb har en bestemt normaliseret skiftetærskel og giver stejle fronter ved udgangen på trods af indgangssignalet, der er langt fra en rektangulær form. Derudover kan Schmitt-udløseren også bygges på basis af logiske elementer, i hvilket tilfælde udvikleren har mulighed for meget nøjagtigt at indstille og justere bredden af ​​hystereseområdet for sin tærskelindretning.

Vær opmærksom på figuren, og overvej nærmere Schmitt-triggerens princip.

Her er en skematisk illustration af et triggerelement såvel som dets overførsel og tidsegenskaber. Som du kan se, når indgangssignalniveauet Uin er lavere end den nedre tærskel Ufor.n, har Schmitt-triggerudgangen således også et lavspændingsniveau U0 tæt på nul.

I processen med at øge spændingen på indgangssignalet Uin når dens værdi først den nedre grænse for hystereseområdet Uпор.н, den nedre tærskel, mens output som tidligere ikke ændrer noget. Og selv når indgangsspændingen Uin går ind i hystereseområdet, og i nogen tid er inde i det, sker output stadig ikke - output er stadig lavspænding U0.

Men så snart niveauet for indgangsspændingen Uin sammenlignes med den øverste tærskel for hystereseområdet Ufor.in (responsområde) - springer udgangsudgangen i tilstanden for et højspændingsniveau U1. Hvis indgangsspændingen Uin fortsætter med at stige yderligere (inden for de tilladte grænser for mikrokredsløbet), ændres udgangsspændingen Uout ikke længere, da en af ​​to stabile tilstande er nået - et højt niveau af U1.

Lad os nu sige, at indgangsspændingen Uin begyndte at falde. Når man vender tilbage til hystereseområdet, er der ingen ændringer ved output; niveauet er stadig højt U1. Men så snart spændingen i indgangssignalet Uin er lig med den nedre grænse for hystereseområdet Uпн.н - springer Schmitt-triggerudgangen ind i staten med et lavspændingsniveau U0. Arbejdet med Schmitt-triggeren er baseret på dette.

Nogle gange viser Schmitt-triggere sig at være nyttige, hvor det logiske element “I” implementeres inde i mikrokredsløbet, og inverteren “NOT” er installeret ved udgangen (Schmitt-invertering-trigger).I dette tilfælde vil overførselskarakteristikken se omvendt: når spændingen går ud over hystereseområdets øvre grænse, vises der et lavt niveau ved udgangen fra Schmitt-udløseren, og når den vender tilbage under hystereseområdet, vises et højt niveau ved udgangen. Dette er praktisk talt et OG-IKKE element med hysterese.

Schmitt-trigger kan samles og på en operationel forstærker (op amp). Lad os se på en af ​​mulighederne for dens implementering i generelle termer. Op-amp-inverterens indgang er jordet, og indgangssignalet føres gennem modstanden R1 til ikke-inverterende input fra op-amp. Op-amp-outputtet langs feedbackkæden gennem modstanden R2 er forbundet med den ikke-inverterende indgang fra op-amp. Rektangulær spænding fjernes fra op-amp-udgangen.

Spændingen ved udgangen fra driftsforstærkeren bestemmes traditionelt af formlen Uout = K * Ua. Normalt er Uout.max lig med op-amp-forsyningsspændingen (lad os betegne det med bøg E), og K er opamp-forstærkningen, det er i størrelsesordenen 1.000.000. Udgangsspændingen kan variere fra + E til -E. Her vil vi ikke gå nærmere ind på detaljer, og for at forenkle forståelsen vil vi overveje et levende eksempel, hvor indgangsmodstanden og modstanden i feedbackkredsløbet er ens med hinanden: R1 = R2.

Så helt i begyndelsen, når Uin = 0, derfor Ua = 0, så Uout = 0, da spændingen ved den ikke-inverterende indgang på op-amp ikke overskrider spændingen ved dens inverterende indgang.

Hvis nu Uvh øges lidt, vil Ua også øges lidt. Derefter vil Uout stige markant (i overensstemmelse med K-værdien), da spændingen ved op-forstærkerens ikke-inverterende indgang vil overstige spændingen ved dens inverterende indgang, som, som vi besluttede, er jordet. På grund af det faktum, at punktet Ua er mellem de modstande, der er tilsluttet i henhold til diagrammet ovenfor, vil spændingen på punktet Ua stige markant, det vil blive tilnærmelsesvis Uout / 2, og på grund af lavinen af ​​positiv feedback, en stabil spænding Uout (lig med forsyningsspændingen OS = E). Op-forstærkeren gik således i en stabil tilstand med et højt udgangsspændingsniveau. Derudover er Ua = (E + Uin) / 2.

Hvis vi i denne tilstand begynder at reducere Uin, så selv når det bliver lig med nul, så vil det på punktet Ua stadig være E / 2, og ved udgangen til op-forstærkeren vil der stadig være en højniveauspænding Uout = E.

Kun når Uin bliver lig med -E, bliver kun Ua lig med nul, og op-amp-udgangen går i en tilstand med et lavspændingsniveau (-E). I dette tilfælde vil der igen opstå et feedback-lavine - nu Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, og dette er meget lavere end ved ikke-inverterende input til op-amp. Triggeren er gået i en stabil tilstand med et lavt outputniveau. Så nu output fra forstærkeren går tilbage til en høj tilstand, er det nødvendigt, at Uin igen bliver lig med E, hvilket vil forårsage endnu et skred af feedback. Tilbage til nulpunktet forekommer ikke længere.