Что такое триггер Шмитта и как он работает


Триггер Шмитта — это тип логического входа, который обеспечивает гистерезис или два различных пороговых уровня напряжения для нарастающего и спадающего фронта. Это полезно, поскольку позволяет избежать ошибок, когда у нас есть зашумленные входные сигналы, из которых мы хотим получить прямоугольные сигналы.

Что такое триггер Шмитта и как он работает

Обозначение триггера Шмитта на схемах показано на следующем рисунке.

Обозначение триггера Шмитта на схемах

Например, у нас есть зашумленный входной сигнал, который может иметь два состояния. Если не предпринимать никаких мер, то, как показано на рисунке ниже, мы можем зарегистрировать более двух импульсов. А если мы используем триггер Шмитта для одного и того же входного сигнала, мы получим правильный вход из двух импульсов из-за двух разных порогов. Это основная функция триггера Шмитта — преобразование шумных прямоугольных волн, синусоидальных волн или входных сигналов с медленными фронтами в "чистые" прямоугольные сигналы.

Пример восстановления зашумленного сигнала с помощью триггера Шмитта

На нашем сайте мы использовали триггер Шмитта в следующих проектах:

Типы триггеров Шмитта

Существует множество логических интегральных схем (ИС), которые имеют на своих входах встроенные триггеры Шмитта, но их также можно построить с использованием транзисторов или даже проще, используя операционный усилитель или компаратор, просто добавив к нему несколько резисторов и положительную обратную связь. Различные типы подобных триггеров Шмитта представлены на следующем рисунке.

Типы триггеров Шмитта

Рассмотрим эти типы триггеров Шмитта более подробно.

Триггер Шмитта на базе операционного усилителя

Здесь у нас есть операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к земле или нулевому напряжению, а неинвертирующий вход подключен к входу напряжения VIN. Таким образом, на самом деле это компаратор, который сравнивает неинвертирующий вход с инвертирующим входом или, в данном случае, входное напряжение VIN с 0 В. Таким образом, когда значение VIN ниже 0 В, выходной сигнал компаратора будет отрицательным VCC , и если входное напряжение выше 0 В, выходное напряжение будет положительным VCC .

Компаратор на базе операционного усилителя

Теперь, если мы добавим положительную обратную связь, подключив выходное напряжение к неинвертирующему входу с резистором между ними и еще одним резистором между VIN и неинвертирующим входом, мы получим триггер Шмитта. Теперь выход переключится с V CC– на V CC+, когда напряжение в узле A превысит 0 Вольт.

Триггер Шмитта на базе операционного усилителя

Это означает, что теперь, регулируя номиналы резисторов, мы можем установить, при каком значении входа VIN произойдет переключение, используя ниже приведенные уравнения. Мы получаем эти уравнения со следующими соотношениями. Ток «i» через эту линию равен V IN – VA , разделенный на R1 , а также VA  V OUT, разделенный на R2. Итак, если мы заменим VA на ноль, поскольку нам нужно это значение для переключения, мы получим окончательное уравнение. Например, если выходной сигнал составляет -12 В, а входное напряжение VIN отрицательное и возрастает, переключение с -12 В на +12 В произойдет при 6 В в соответствии с уравнением и значениями резисторов, и наоборот, когда вход VIN имеет высокий уровень и снижается, переключение с +12 В на – 12 В произойдет при -6 В.

Уравнения и графики, описывающие работу триггера Шмитта на базе операционного усилителя

Несимметричный триггер Шмитта

Чтобы получить два разных несимметричных порога, мы можем использовать показанную ниже схему инвертирующего триггера Шмитта с одинарным питанием. Здесь напряжение VREF такое же, как VCC операционного усилителя. Теперь, поскольку вход VIN подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, когда его значения достигнут верхнего порога, выход отключится до 0 вольт, а затем, когда его значения упадут до нижнего порога, выход будет включать питание 5 вольт.

Несимметричный триггер Шмитта

Вот пример того, как мы можем рассчитать пороговые значения. VREF и VCC будут составлять 5 В, а сопротивление трех резисторов будет одинаковым — 10 кОм. Итак, теперь нам нужно рассчитать напряжение в узле A. В первом случае, когда выходное напряжение равно 0 В, наша схема будет выглядеть следующим образом: простой делитель напряжения и значение VA будет 1,66 В. Это означает, что входное напряжение VIN должно упасть ниже этого значения, чтобы выходной сигнал был равен 0 В. Включить питание 5 вольт. Теперь при этих 5 вольтах на выходе схема будет выглядеть так. Значение VA будет 3,33 В. Это означает, что входное напряжение VIN должно подняться выше этого значения, чтобы выход выключился до 0 Вольт.

Выражения, описывающие работу несимметричного триггера Шмитта

Транзисторный триггер Шмитта

Мы также можем построить триггер Шмитта, используя транзисторы. Вы можете узнать, как работает транзисторный триггер Шмитта, в нашем следующем уроке.

Также в наглядном виде материал данной статьи вы можете посмотреть в следующем видео:

Источник статьи

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
115 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *