Schmitt trigger - allmän vy

Under konstruktionen av pulskretsen kan utvecklaren behöva en tröskelanordning som kan bilda en ren rektangulär signal med vissa värden på höga och låga spänningsnivåer från insignalen med en icke-rektangulär form (till exempel sågtand eller sinusformad).

Schmitt-avtryckaren, en krets med ett par stabila utgångstillstånd, som under ingångssignalens verkan ersätter varandra i ett hopp, passar bra, det vill säga utgången är en rektangulär signal.

Ett karakteristiskt kännetecken för Schmitt-avtryckaren är närvaron av ett visst intervall mellan spänningsnivåerna för insignalen, när insignalens utsignal växlas vid utgången från denna utlösare från en låg nivå till en hög och vice versa.

Denna egenskap hos Schmitt-utlösaren kallas hysteres, och delen av karakteristiken mellan tröskelinmatningsvärdena kallas hysteresregionen. Skillnaden mellan de övre och nedre tröskelvärdena för Schmitt-triggeringången bestämmer bredden på dess hysteresregion, som fungerar som ett mått på känsligheten hos utlösaren. Ju bredare hysteresregionen - ju mindre känslig Schmitt-trigern är, desto smalare är hysteresregionen - desto högre är dess känslighet.

Schmitt-triggers finns i form av specialiserade mikrokretsar, där flera separata triggers kan placeras i ett hus samtidigt. Sådana mikrokretsar har en viss normaliserad omkopplingströskel och ger branta fronter vid utgången, trots insignalen som är långt ifrån en rektangulär form. Dessutom kan Schmitt-utlösaren också byggas på basis av logiska element, i vilket fall utvecklaren har möjlighet att mycket noggrant ställa in och justera bredden på hysteresregionen för sin tröskelanordning.

Var uppmärksam på figuren och tänk närmare på principen för Schmitt-utlösaren.

Här är en schematisk illustration av ett triggerelement, liksom dess överföring och tidsegenskaper. Som du kan se, när insignalnivån Uin är lägre än den lägre tröskeln Ufor.n, har Schmitt-triggerutgången följaktligen en lågspänningsnivå U0 nära noll.

I processen med att öka spänningen på insignalen Uin når dess värde först den nedre gränsen för hysteresregionen Uпор.н, den lägre tröskeln, medan utgången, som tidigare, inte ändrar någonting. Och även när ingångsspänningen Uin går in i hysteresområdet och under en tid är inne i det, händer ingenting vid utgången - utgången är fortfarande lågnivåspänning U0.

Men så snart nivån på ingångsspänningen Uin jämförs med den övre tröskeln för hysteresregionen Ufor.in (responsområde) - hoppar avgivaren ut i tillståndet för en högspänningsnivå U1. Om ingångsspänningen Uin fortsätter att öka ytterligare (inom de gränser som är tillåtna för mikrokretsen) kommer utspänningen Uout inte att förändras längre, eftersom ett av två stabila tillstånd har uppnåtts - en hög U1-nivå.

Låt oss nu säga att ingångsspänningen Uin började minska. När du återvänder till hysteresregionen sker inga förändringar vid utgången; nivån är fortfarande hög U1. Men så snart spänningen på insignalen Uin är lika med den nedre gränsen för hysteresregionen Uпн.н - hoppar Schmitt-triggerutgången ut i tillståndet med en lågspänningsnivå U0. Schmitt-triggers arbete bygger på detta.

Ibland visar sig Schmitt-triggers vara användbara, där det logiska elementet "I" implementeras i mikrokretsen och inverteraren "INTE" är installerad vid utgången (Schmitt-inverterande trigger).I det här fallet kommer överföringskaraktäristiken att se tvärtom: när spänningen går utöver hysteresregionens övre gräns, visas en låg nivå vid utgången från Schmitt-utlösaren, och när den återvänder under hysteresregionen visas en hög nivå vid utgången. Detta är praktiskt taget ett OCH-INTE element med hysteres.

Schmitt trigger kan monteras och på en operationsförstärkare (op amp). Låt oss titta på ett av alternativen för dess implementering i allmänna termer. Inverteringsingången på op-förstärkaren är jordad, och insignalen matas genom motståndet R1 till den icke-inverterande ingången på op-amp. Upp-förstärkarens utsignal längs återkopplingskedjan genom motståndet R2 är ansluten till den icke-inverterande ingången på op-förstärkaren. Rektangulär spänning tas bort från op-förstärkaren.

Spänningen vid utgången från operationsförstärkaren bestäms traditionellt av formeln Uout = K * Ua. Vanligtvis är Uout.max lika med op-amp-matningsspänningen (låt oss beteckna den med bok E), och K är opamp-förstärkningen, den är i storleksordningen 1 000 000. Utspänningen kan variera från + E till -E. Här kommer vi inte att gå in på särskilda detaljer, och för att förenkla förståelsen kommer vi att överväga ett levande exempel där ingångsmotståndet och motståndet i återkopplingskretsen är lika med varandra: R1 = R2.

Så i början, när Uin = 0, och därmed Ua = 0, då Uout = 0, eftersom spänningen vid den icke-inverterande ingången på op-amp inte överstiger spänningen vid dess inverterande ingång.

Om nu Uvh ökas något, kommer Ua också att öka något. Då kommer Uout att öka avsevärt (i enlighet med värdet på K), eftersom spänningen vid den icke-inverterande ingången på op-förstärkaren kommer att överskrida spänningen vid dess inverterande ingång, som, som vi bestämde, är jordad. På grund av det faktum att punkten Ua är mellan de motstånd som är anslutna enligt diagrammet ovan, vid spetsen Ua kommer spänningen att öka avsevärt, den kommer att bli ungefär Uout / 2, och på grund av lavinen av positiv feedback, en stabil spänning Uout (lika med matningsspänningen OS = E). Således gick op-förstärkaren i ett stabilt tillstånd med en hög utspänningsnivå. Dessutom Ua = (E + Uin) / 2.

Om vi ​​i detta tillstånd börjar minska Uin, även om det blir lika med noll, då vid punkten Ua kommer det fortfarande att vara E / 2, och vid utgången från op-amp kommer det fortfarande att vara en hög nivå spänning Uout = E.

Först när Uin blir lika med -E, först då blir Ua lika med noll, och op-amp-utgången går i ett tillstånd med en lågspänningsnivå (-E). I detta fall kommer återigen ett återkopplingsskred - nu Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, och detta är mycket lägre än vid den icke-inverterande ingången på op-amp. Trigaren har gått in i ett stabilt läge med en låg utgångsnivå. För att op-amp-utgången ska återgå till ett högt tillstånd nu, är det nödvändigt att Uin igen blir lika med E, vilket kommer att orsaka ytterligare ett snöskred av feedback. Återgå till nollpunkten kommer inte längre att inträffa.