În acest tutorial, vom învăța despre declanșatorul Schmitt Trigger, câteva implementări de bază folosind tranzistori, amplificatoare optice, cum funcționează un declanșator Schmitt Trigger și câteva aplicații importante, de asemenea. Într-un tutorial anterior, am văzut Cum 555 Timer poate fi configurat ca Schmitt Trigger.
Outline
Introducere
Când se operează un Op-Amp în modul buclă deschisă, unde nu se utilizează o reacție, de exemplu, într-un circuit comparator de bază, câștigul foarte mare în buclă deschisă al amplificatorului operațional va face ca cea mai mică tensiune de zgomot să declanșeze comparatorul.
În cazul în care comparatorul este utilizat ca detector de trecere prin zero, atunci o astfel de declanșare falsă poate cauza o mulțime de probleme. Acesta poate da o indicație greșită de trecere la zero din cauza trecerii la zero a zgomotului, mai degrabă decât a trecerii reale la zero a semnalelor de intrare.
Pentru a evita o astfel de comutare inutilă între stările înalte și joase ale ieșirii, se folosește un circuit special numit Schmitt Trigger, care implică o reacție pozitivă.
Ce este Schmitt Trigger?
Schmitt Trigger a fost inventat de Otto Schmitt la începutul anilor 1930. Este un circuit electronic care adaugă histerezis la pragul de tranziție intrare-ieșire cu ajutorul unui feedback pozitiv. Histerezis înseamnă aici că oferă două niveluri diferite de tensiune de prag pentru frontul ascendent și descendent.
În esență, un declanșator Schmitt este un multivibrator bi-stabil, iar ieșirea sa rămâne în oricare dintre stările stabile la nesfârșit. Pentru ca ieșirea să treacă de la o stare stabilă la alta, semnalul de intrare trebuie să se modifice (sau să se declanșeze) în mod corespunzător.
Acest mod de funcționare bistabil al declanșatorului Schmitt necesită un amplificator cu reacție pozitivă (sau reacție regenerativă) cu un gin al buclei mai mare de unu. Prin urmare, Schmitt Trigger este cunoscut și sub numele de comparator regenerativ.
De exemplu, dacă avem un semnal de intrare zgomotos, așa cum se arată mai jos, cele două praguri ale circuitului Schmitt Trigger vor determina corect impulsurile. Prin urmare, funcția de bază a unui Schmitt Trigger este de a converti semnalele zgomotoase pătrate, sinusoidale, triunghiulare sau orice semnale periodice în impulsuri pătrate curate, cu margini anterioare și posterioare ascuțite.
Schmitt Trigger folosind tranzistori
După cum am menționat mai devreme, un Schmitt Trigger este practic un circuit bistabil ale cărui stări de ieșire sunt controlate de semnalul de intrare. Prin urmare, acesta poate fi utilizat ca un circuit de detectare a nivelului. Următorul circuit prezintă o proiectare simplă a declanșatorului Schmitt Trigger bazat pe tranzistori.
Chiar dacă acest circuit arată ca un circuit tipic de multivibrator bistabil, el este de fapt diferit, deoarece acestui circuit îi lipsește cuplarea de la colectorul lui Q2 la intrarea lui Q1. Emitenții lui Q1 și Q2 sunt conectați unul la celălalt și împământați prin RE. De asemenea, RE acționează ca o cale de reacție.
Funcționarea circuitului
Când VIN este zero, Q1 este tăiat și Q2 este în saturație. Ca urmare, tensiunea de ieșire VO este LOW. Dacă se presupune că VCE(SAT) este 0, atunci tensiunea pe RE este dată de:
(VCC x RE) / (RE + RC2)
Această tensiune este, de asemenea, tensiunea de emitor a lui Q1. Așadar, pentru ca Q1 să conducă, tensiunea de intrare VIN trebuie să fie mai mare decât suma dintre tensiunea de emitor și 0,7 V, adică:
VIN = (VCC x RE) / (RE + RC2) + 0,7
Când VIN este mai mare decât această tensiune, Q1 începe să conducă și Q2 se oprește datorită acțiunii de regenerare. Ca urmare, ieșirea VO trece la nivel ÎNALT. Acum tensiunea de la RE se modifică la o nouă valoare și este dată de:
(VCC x RE) / (RE + RC1)
Transistorul Q1 va conduce atâta timp cât tensiunea de intrare VIN este mai mare sau egală cu următoarele:
VIN = (VCC x RE) / (RE + RC1) + 0.7
Dacă VIN scade sub această valoare, atunci Q1 iese din saturație și restul circuitului funcționează este datorită acțiunii regenerative a lui Q1 care trece la cutoff și Q2 la saturație.
Statele de ieșire HIGH și LOW depind de nivelurile tensiunii de intrare date de ecuațiile
(VCC x RE) / (RE + RC1) + 0,7 și (VCC x RE) / (RE + RC2) + 0.7
Caracteristicile de transfer ale unui declanșator Schmitt prezintă histerezis și sunt guvernate de punctul de declanșare inferior (tensiune de prag inferior) și punctul de declanșare superior (tensiune de prag superior) date de VLT și VUT.
VLT = (VCC x RE) / (RE + RC1) + 0,7
VUT = (VCC x RE) / (RE + RC2) + 0.7
Prin modificarea valorilor lui RC1 și RC2, poate fi controlată valoarea histerezisului, în timp ce valoarea lui RE poate fi utilizată pentru a crește tensiunea de prag superior.
Circuite de declanșare Schmitt bazate pe amplificator operațional
Din moment ce un circuit de declanșare Schmitt este în esență un amplificator cu reacție pozitivă, este posibil să se implementeze această configurație folosind amplificatoare operaționale sau pur și simplu amplificatoare operaționale. În funcție de locul în care este aplicată intrarea, circuitele bazate pe amplificatoare operaționale pot fi împărțite în declanșatoare Schmitt cu inversare și declanșatoare Schmitt fără inversare.
Circuit de declanșare Schmitt cu inversare
Așa cum sugerează și numele, într-un declanșator Schmitt cu inversare, intrarea este aplicată la terminalul de inversare al amplificatorului operațional. În acest mod, ieșirea produsă este de polaritate opusă. Această ieșire este aplicată la terminalul neinversor pentru a asigura o reacție pozitivă.
Când VIN este puțin mai mare decât VREF, ieșirea devine -VSAT și dacă VIN este puțin mai mică decât -VREF (mai negativă decât -VREF), atunci ieșirea devine VSAT. Prin urmare, tensiunea de ieșire VO este fie la VSAT, fie la -VSAT, iar tensiunea de intrare la care au loc aceste schimbări de stare poate fi controlată cu ajutorul lui R1 și R2.
Valorile lui VREF și -VREF pot fi formulate după cum urmează:
VREF = (VO x R2) / (R1 + R2), VO = VSAT. Prin urmare, VREF = (VSAT x R2) / (R1 + R2)
-VREF = (VO x R2) / (R1 + R2), VO = -VSAT. Prin urmare, -VREF = (-VSAT x R2) / (R1 + R2)
Tensiunea de referință VREF și -VREF se numesc tensiune de prag superior VUT și tensiune de prag inferior VLT. Următoarea imagine prezintă graficul tensiunii de ieșire în funcție de tensiunea de intrare, cunoscut și sub numele de caracteristica de transfer a declanșatorului Schmitt.
Pentru un semnal de intrare sinusoidal pur, ieșirea unui circuit de declanșare Schmitt inversat este prezentată în imaginea următoare.
Circuit de declanșare Schmitt Trigger neinversor
Către declanșatorul Schmitt neinversor, intrarea în acest caz este aplicată la terminalul neinversor al amplificatorului operațional. Tensiunea de ieșire este alimentată înapoi la terminalul neinversor prin rezistorul R1.
Să presupunem că, inițial, tensiunea de ieșire este la VSAT. Până când VIN devine mai mică decât VLT, ieșirea rămâne la acest nivel de saturație. Odată ce tensiunea de intrare trece de nivelul inferior al tensiunii de prag, ieșirea își schimbă starea în -VSAT.
Stația de ieșire rămâne în această stare până când intrarea crește dincolo de tensiunea de prag superioară.
Următoarea imagine arată caracteristicile de transfer ale circuitului Schmitt Trigger neinversor.
Dacă un semnal sinusoidal pur este aplicat ca intrare, atunci semnalele de ieșire arată cam așa.
Aplicații
- O aplicație importantă a declanșatorului Schmitt Trigger este de a converti undele sinusoidale în unde pătrate.
- Ele pot fi utilizate pentru a elimina zăngănitul în comparatoare (un fenomen în care sunt produse tranziții multiple de ieșire din cauza oscilației semnalului de intrare prin regiunea de prag).
- Ele pot acționa, de asemenea, ca simple controlere ON / OFF (de exemplu, comutatoare bazate pe temperatură).
.