Schmittov okidač - opći prikaz

Tijekom projektiranja impulznog kruga programeru će možda trebati praški uređaj koji može iz ulaznog signala ne pravokutnog oblika (na primjer, pileći ili sinusoidni oblik) oblikovati čisti pravokutni signal s određenim vrijednostima visokih i niskih naponskih razina.

Schmittov okidač, sklop s parom stabilnih izlaznih stanja, koji pod utjecajem ulaznog signala zamjenjuju jedno drugo u skoku, vrlo je pogodan za ovu ulogu, odnosno izlaz je pravokutni signal.

Karakteristična značajka Schmittovog okidača je postojanje određenog raspona između naponskih razina ulaznog signala, kada se izlazni napon ulaznog signala prebaci na izlazu ovog okidača s niskog na visoki i obrnuto.

Ovo svojstvo Schmittovog okidača naziva se histereza, a dio karakteristike između ulaznih vrijednosti praga naziva se područje histereze. Razlika između gornjeg i donjeg praga vrijednosti za Schmittov ulazni okidač određuje širinu njegove histerezijske regije koja služi kao mjera osjetljivosti okidača. Što je šire područje histereze - manje je osjetljiv Schmittov okidač, uže područje histereze - veća je njegova osjetljivost.

Schmittovi okidači dostupni su u obliku specijaliziranih mikrostrujnih sklopova, gdje se nekoliko zasebnih okidača može smjestiti unutar jednog kućišta odjednom. Takvi mikro krugovi imaju određeni normalizirani prag prebacivanja i daju strme prednje strane na izlazu, unatoč ulaznom signalu koji je daleko od pravokutnog oblika. Uz to, Schmittov okidač može se izraditi i na temelju logičkih elemenata, u tom slučaju programer ima priliku vrlo precizno postaviti i prilagoditi širinu histerezijskog područja svog praga.

Obratite pažnju na lik i pobliže razmotrite princip Schmittovog okidača.

Ovdje je shematski prikaz elementa okidača, kao i njegove prijenosne i vremenske karakteristike. Kao što možete vidjeti, kad je razina ulaznog signala Uin niža od donjeg praga Ufor.n, izlaz Schmittovog okidača također ima nisku razinu napona U0 blizu nule.

U procesu povećanja napona ulaznog signala Uin, njegova vrijednost prvo doseže donju granicu regije histereze Upor.n, donji prag, dok izlaz, kao i prije, ništa ne mijenja. Čak i kad ulazni napon Uin pređe u područje histereze i neko vrijeme se nalazi unutar njega, na izlazu se ništa ne događa - izlaz je i dalje napon niske razine U0.

Ali čim se razina ulaznog napona Uin usporedi s gornjim pragom histerezijske regije Ufor.in (područje odziva), izlaz okidača skoči u stanje visoke naponske razine U1. Ako se ulazni napon Uin nastavi dalje povećavati (u granicama dopuštenim za mikro krug), izlazni napon Uout više se neće mijenjati, jer je postignuto jedno od dva stabilna stanja - visoka razina U1.

Recimo da se ulazni napon Uin počeo smanjivati. Pri povratku u područje histereze, na izlazu nema promjena, razina je i dalje visoka U1. Ali čim napon ulaznog signala Uin bude jednak donjoj granici područja histereze Upn.n - Schmittov izlazni okidač skoči u stanje s niskom razinom napona U0. Na tome se temelji rad Schmittovog okidača.

Ponekad se Schmittovi okidači pokažu korisnim, gdje je logički element „I“ implementiran unutar mikro kruga, a pretvarač „NE“ je instaliran na izlazu (Schmitt inverting okidač).U ovom slučaju će prijenosna karakteristika izgledati obrnuto: kada napon pređe gornju granicu histerezijske regije, na izlazu Schmittovog okidača pojavljuje se niska razina, a kad se vrati ispod histereze, na izlazu se pojavljuje visoka razina. To je praktički NE-NE element s histerezom.

Schmittov okidač može se sastaviti i na operacijskom pojačalu (op pojačalo), Pogledajmo jednu od opcija za njegovu provedbu u općim uvjetima. Invertirani ulaz op-ampera uzemljen je, a ulazni signal se preko otpornika R1 dovodi do ne-invertirajućeg ulaza pojačala. Izlaz op-amp-a duž povratne veze kroz otpornik R2 povezan je s ne-invertirajućim ulazom pojačala. Pravokutni napon uklanja se s izlaznog napona.

Napon na izlazu operacijskog pojačala tradicionalno se određuje formulom Uout = K * Ua. Uout.max je obično jednak op-amp naponu (označimo ga bukvom E), a K je dobitak opamp-a, to je veličine 1 000 000. Izlazni napon može varirati od + E do -E. Ovdje nećemo ulaziti u pojedinosti, a radi pojednostavljenja razumijevanja razmotrit ćemo jasan primjer gdje su ulazni otpornik i otpornik u povratnom krugu jednaki jedni drugima: R1 = R2.

Dakle, na samom početku, kada je Uin = 0, a samim tim Ua = 0, onda Uout = 0, jer napon na neinvertirajućem ulazu op-ampera ne prelazi napon na njegovom invertirajućem ulazu.

Ako se sada Uvh malo poveća, tada će se i Ua neznatno povećati. Tada će se Uout značajno povećati (u skladu s vrijednošću K), jer će napon na neinvertirajućem ulazu op-ampera premašiti napon na njegovom invertirajućem ulazu, što je, kako smo odlučili, uzemljeno. Zatim, zbog činjenice da je točka Ua između otpornika spojenih prema gornjem dijagramu, u točki Ua napon će se značajno povećati, postat će približno Uout / 2, a zbog lavine pozitivnih povratnih informacija, stabilan napon Uout (jednak naponu napajanja OS = E). Tako je op-amp prešao u stabilno stanje s visokom razinom izlaznog napona. Štoviše, Ua = (E + Uin) / 2.

Ako u ovom stanju počnemo smanjivati ​​Uin, tada čak i kad postane jednaka nuli, tada će u točki Ua to biti i dalje E / 2, a na izlazu op-ampera i dalje će postojati napon visoke razine Uout = E.

Tek kada Uin postane jednak -E, tek tada Ua postaje jednak nuli, a izlazni napon prelazi u stanje s niskom razinom napona (-E). U tom će se slučaju opet pojaviti lavina povratne sprege - sada je Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, a to je mnogo niže nego na neinvertirajućem ulazu pojačala. Okidač je ušao u stabilno stanje s niskom izlaznom razinom. Da bi se izlazni pojačalo sada vratilo u visoko stanje, potrebno je da Uin opet postane jednak E, što će izazvati još jednu lavinu povratnih informacija. Povratak na nultu točku više se neće dogoditi.