Schmitto trigeris - bendras vaizdas

Projektuojant impulsų grandinę, kūrėjui gali prireikti slenksčio įtaiso, kuris iš ne stačiakampio formos įvesties signalo galėtų suformuoti gryną stačiakampį signalą su tam tikromis aukštos ir žemos įtampos verčių reikšmėmis (pavyzdžiui, pjūkleliu ar sinusoidaliu).

Šiam vaidmeniui gerai tinka Schmitto trigeris, grandinė su stabilių išėjimo būsenų pora, kuri, veikiant įvesties signalui, vienas kitą pakeičia šuoliu, tai yra, išėjimas yra stačiakampis signalas.

Būdingas Schmitto trigerio bruožas yra tam tikro diapazono buvimas tarp įvesties signalo įtampos lygių, kai šio trigerio išvestyje įėjimo signalo išėjimo įtampa yra perjungiama iš žemo lygio į aukštą ir atvirkščiai.

Ši Schmitto trigerio savybė vadinama histereze, o charakteristikos dalis tarp slenksčio įvesties verčių vadinama histerezės sritimi. Skirtumas tarp Schmitto trigerio įvesties viršutinės ir apatinės slenksčio verčių nulemia jo histerezės srities plotį, kuris naudojamas kaip trigerio jautrumo matas. Kuo platesnis histerezės regionas - kuo jautresnis Schmitto trigeris, tuo siauresnis histerezės regionas - tuo didesnis jo jautrumas.

„Schmitt“ trigeriai yra specializuotų mikroschemų pavidalu, kai viename korpuse vienu metu gali būti keli atskiri trigeriai. Tokios mikroschemos turi tam tikrą normalizuotą perjungimo slenkstį ir išėjimo spinduliai suteikia stačius frontus, nepaisant įvesties signalo, kuris yra toli nuo stačiakampio formos. Be to, Schmitto trigeris taip pat gali būti pastatytas remiantis loginiais elementais, tokiu atveju kūrėjas turi galimybę labai tiksliai nusistatyti ir sureguliuoti savo slenksčio prietaiso histerezės srities plotį.

Atkreipkite dėmesį į figūrą ir atidžiau apsvarstykite Schmitto gaiduko principą.

Čia yra scheminė paleidimo elemento iliustracija, taip pat jo perdavimo ir laiko charakteristikos. Kaip matote, kai įvesties signalo lygis Uin yra žemesnis už apatinį slenkstį Ufor.n, Schmitto trigerio išvestyje atitinkamai yra ir žemos įtampos U0 lygis, artimas nuliui.

Didinant įvesties signalo Uin įtampą, jo vertė pirmiausia pasiekia apatinę histerezės srities Uпор.н ribą, apatinę slenkstį, o išėjimas, kaip ir anksčiau, nieko nekeičia. Ir net kai įėjimo įtampa Uin patenka į histerezės sritį ir tam tikrą laiką yra jos viduje, išėjime nieko neįvyksta - išėjimas vis tiek yra žemos įtampos U0.

Kai tik įvesties įtampos Uin lygis lyginamas su histerezės srities Ufor.in viršutine slenkste (atsako zona), gaiduko išvestis pereina į aukštos įtampos U1 būseną. Jei įėjimo įtampa Uin toliau didėja (neperžengiant leistinų mikroschemų ribų), išėjimo įtampa Uout nebesikeis, nes pasiekiama viena iš dviejų stabilių būsenų - aukštas U1 lygis.

Dabar tarkime, kad įėjimo įtampa Uin pradėjo mažėti. Grįžtant į histerezės regioną, išvestyje pokyčių nėra, lygis vis tiek yra aukštas U1. Bet kai tik įvesties signalo įtampa Uin prilygsta apatinei histerezės srities ribai Uпн.н - Schmitto trigerio išėjimas peršoka į būseną su žemos įtampos lygiu U0. Tuo remiasi Schmitto trigerio darbas.

Kartais Schmitto trigeriai pasirodo naudingi, kai loginis elementas „I“ yra įdiegtas mikroschemos viduje, o keitiklis „NE“ yra įmontuotas išvestyje (Schmitto inversinis trigeris).Tokiu atveju perdavimo charakteristika atrodys atvirkščiai: kai įtampa peržengia viršutinę histerezės srities ribą, Schmitto trigerio išvestyje pasirodo žemas lygis, o grįžus žemiau histerezės srities, išvestyje pasirodo aukštas lygis. Tai praktiškai yra AND-NOT elementas, turintis histerezę.

Schmitto gaiduką galima surinkti ir ant operacinio stiprintuvo (op stiprintuvas). Pažvelkime į vieną iš jo įgyvendinimo variantų bendrąja prasme. Apverčiamasis op-amp stiprintuvo įėjimas yra įžemintas, o įvesties signalas per rezistorių R1 paduodamas į neinvertuojamą op-amp stiprintuvo įvestį. Op-amp stiprintuvo išėjimas išilgai grįžtamojo ryšio grandinės per rezistorių R2 yra prijungtas prie op-amp neinversinio įėjimo. Iš optinio stiprintuvo išėjimo pašalinama stačiakampė įtampa.

Įtampa operatyvinio stiprintuvo išvestyje tradiciškai nustatoma pagal formulę Uout = K * Ua. Paprastai Uout.max yra lygus op-amp maitinimo įtampai (pažymėkime ją buko E), o K yra opamp stiprinimas, kurio dydis yra 1 000 000. Išėjimo įtampa gali skirtis nuo + E iki -E. Čia nesigilinsime į konkrečias detales, o norėdami supaprastinti supratimą, apsvarstysime ryškų pavyzdį, kai įėjimo rezistorius ir rezistorius grįžtamojo ryšio grandinėje yra lygūs vienas kitam: R1 = R2.

Taigi pačioje pradžioje, kai Uin = 0, taigi Ua = 0, tada Uout = 0, nes įtampa neinversiniame op-amp įėjimo įvade neviršija įtampos jo inversiniame įvestyje.

Jei dabar Uvh yra šiek tiek padidėjęs, tada Ua taip pat šiek tiek padidės. Tuomet Uout reikšmingai padidės (pagal K vertę), nes įtampa neinversiniame op-amp įėjimo įvade viršys įtampą jo inversiniame įvestyje, kuri, kaip mes nusprendėme, yra įžeminta. Tuomet, atsižvelgiant į tai, kad taškas Ua yra tarp rezistorių, sujungtų pagal aukščiau pateiktą diagramą, taške Ua įtampa žymiai padidės, ji taps maždaug Uout / 2, o dėl teigiamų atsiliepimų lavinos - stabili Uout įtampa (lygi maitinimo įtampai). OS = E). Taigi op-amp perėjo į stabilią būseną su aukštu išėjimo įtampos lygiu. Be to, Ua = (E + Uin) / 2.

Jei šioje būsenoje mes pradedame mažinti Uin, tada net kai jis tampa lygus nuliui, tada taške Ua jis vis tiek bus E / 2, o op-amp išvestyje vis tiek bus aukšto lygio įtampa Uout = E.

Tik tada, kai Uin tampa lygus -E, tik tada Ua tampa lygus nuliui, o op-amp išėjimas pereina į žemos įtampos lygį (-E). Tokiu atveju vėl iškils grįžtamojo ryšio lavina - dabar Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, ir tai yra daug mažiau nei neinvertuojant op-amp įėjimo. Trigeris perėjo į pastovią būseną su mažu išėjimo lygiu. Norint, kad op op išvestis dabar grįžtų į aukštą būseną, būtina, kad Uin vėl taptų lygus E, o tai sukels dar vieną grįžtamojo ryšio laviną. Grįžimas į nulinį tašką nebebus vykdomas.