Neste tutorial, vamos aprender sobre o Schmitt Trigger, algumas implementações básicas usando Transistores, Op-Amp, como funciona um Schmitt Trigger e algumas aplicações importantes também. Em um tutorial anterior, vimos como o temporizador 555 pode ser configurado como Schmitt Trigger.
Outline
Introdução
Ao operar um Op-Amp no modo open loop onde um feedback não é usado, Por exemplo, em um Circuito Comparador Básico, o grande ganho de loop aberto do Op-Amp fará com que a menor tensão de ruído acione o comparador.
Se o comparador estiver sendo usado como um Detector de Cruzamento de Zero, então esse acionamento falso pode causar muitos problemas. Ele pode dar uma indicação errada de cruzamento de zero devido ao cruzamento de zero do ruído em vez do cruzamento de zero dos sinais de entrada reais.
Para evitar tal comutação desnecessária entre os estados alto e baixo da saída, é usado um circuito especial chamado Schmitt Trigger, que envolve um feedback positivo.
O que é Schmitt Trigger?
Schmitt Trigger foi inventado por Otto Schmitt no início da década de 1930. É um circuito eletrônico que adiciona histerese ao limiar de transição input-output com a ajuda de feedback positivo. A histerese aqui significa que ele fornece dois níveis diferentes de tensão limite para a borda ascendente e descendente.
Essencialmente, um Trigger Schmitt é um Multivibrador Bi-estável e sua saída permanece em qualquer um dos estados estáveis indefinidamente. Para que a saída mude de um estado estável para outro, o sinal de entrada deve mudar (ou disparar) apropriadamente.
Esta operação biestável do Schmitt Trigger requer um amplificador com feedback positivo (ou feedback regenerativo) com um loop gin maior que um. Assim, o Schmitt Trigger também é conhecido como Comparador Regenerativo.
Por exemplo, se tivermos um sinal de entrada ruidoso como mostrado abaixo, os dois limiares do Circuito de Trigger Schmitt irão determinar corretamente os pulsos. Portanto, a função básica de um Trigger Schmitt é converter sinais quadrados, senoidais, triangulares ou quaisquer sinais periódicos em pulsos quadrados limpos com bordas de entrada e de saída nítidas.
Trigger Schmitt usando Transistores
Como mencionado anteriormente, um Trigger Schmitt é basicamente um Circuito Biestável cujos estados de saída são controlados pelo sinal de entrada. Portanto, ele pode ser usado como um circuito de detecção de nível. O circuito seguinte mostra um desenho simples do Trigger Schmitt baseado em Transistor.
Even embora este circuito se pareça com um típico circuito de Multivibrador Biestável, ele é na verdade diferente, pois este circuito está faltando o acoplamento do coletor de Q2 para a entrada de Q1. Os emissores de Q1 e Q2 estão ligados um ao outro e ligados à terra através de RE. Além disso, RE atua como um caminho de retorno.
Operação do Circuito
Quando VIN é zero, Q1 é cortado e Q2 está em saturação. Como resultado, a tensão de saída VO é BAIXA. Se VCE(SAT) for assumido como 0, então a tensão através de RE é dada por:
(VCC x RE) / (RE + RC2)
Esta tensão é também a tensão emissora de Q1. Assim, para que Q1 conduza, a tensão de entrada VIN deve ser maior que a soma da tensão emissora e 0,7 V i.e.
p>VIN = (VCC x RE) / (RE + RC2) + 0,7
Quando o VIN é maior que esta tensão, Q1 começa a conduzir e Q2 é cortado devido à acção regenerativa. Como resultado, o VO de saída vai ALTO. Agora a voltagem através do RE muda para um novo valor e é dada por:
(VCC x RE) / (RE + RC1)
Transistor Q1 irá conduzir desde que a voltagem de entrada VIN seja maior ou igual ao seguinte:
VIN = (VCC x RE) / (RE + RC1) + 0.7
Se o VIN cair abaixo deste valor, então Q1 sai da saturação e o resto do circuito funciona devido à ação regenerativa de Q1 indo para o corte e Q2 para a saturação.
Os estados de saída ALTO e BAIXO dependem dos níveis de tensão de entrada dados pelas equações
(VCC x RE) / (RE + RC1) + 0,7 e (VCC x RE) / (RE + RC2) + 0.7
As características de transferência de um disparador Schmitt exibem histerese e são regidas pelo ponto de disparo inferior (Tensão Limiar Inferior) e ponto de disparo superior (Tensão Limiar Superior) dados por VLT e VUT.
VLT = (VCC x RE) / (RE + RC1) + 0,7
VUT = (VCC x RE) / (RE + RC2) + 0.7
Ao alterar os valores de RC1 e RC2, a quantidade de histerese pode ser controlada enquanto o valor de RE pode ser usado para aumentar a Tensão do Limiar Superior.
Circuitos de disparo Schmitt baseados em Op Amps
Desde que um circuito de disparo Schmitt é essencialmente um amplificador com feedback positivo, é possível implementar esta configuração usando amplificadores operacionais ou simplesmente Op Amps. Dependendo de onde a entrada é aplicada, os circuitos baseados em Op-Amps podem ser divididos em Triggers Schmitt Invertidos e Não Invertidos.
Circuito de Trigger Schmitt Invertido
Como o nome sugere, em um Trigger Schmitt Invertido, a entrada é aplicada ao terminal invertido do Op-Amp. Neste modo, a saída produzida é de polaridade oposta. Esta saída é aplicada ao terminal não-invertingente para assegurar uma realimentação positiva.
Quando VIN é ligeiramente maior que VREF, a saída torna-se -VSAT e se VIN é ligeiramente menor que -VREF (mais negativo que -VREF), então a saída torna-se VSAT. Assim, a tensão de saída VO está em VSAT ou -VSAT e a tensão de entrada na qual essas mudanças de estado ocorrem pode ser controlada usando R1 e R2.
Os valores de VREF e -VREF podem ser formulados da seguinte forma:
VREF = (VO x R2) / (R1 + R2), VO = VSAT. Portanto, VREF = (VSAT x R2) / (R1 + R2)
-VREF = (VO x R2) / (R1 + R2), VO = -VSAT. Assim, -VREF = (-VSAT x R2) / (R1 + R2)
A tensão de referência VREF e -VREF são chamadas Tensão Limiar Superior VUT e Tensão Limiar Inferior VLT. A imagem seguinte mostra o gráfico de tensão de saída versus tensão de entrada também conhecido como Característica de Transferência do Trigger Schmitt.
Para um sinal de entrada senoidal puro, a saída de um Circuito de Trigger Schmitt Inverting é mostrada na imagem seguinte.
Non-Inverting Schmitt Trigger Circuit
Como Trigger Schmitt Non-Inverting, a entrada neste caso é aplicada ao terminal não-invertingente do Op-Amp. A tensão de saída é alimentada de volta ao terminal não-invertente através do resistor R1.
Deixe-nos assumir que inicialmente, a tensão de saída está no VSAT. Até que o VIN se torne inferior ao VLT, a saída permanece neste nível de saturação. Uma vez que a tensão de entrada ultrapassa o nível de tensão limite inferior, a saída muda de estado para -VSAT.
A saída permanece neste estado até que a tensão de entrada ultrapasse a tensão limite superior.
Imagem seguinte mostra as características de transferência do circuito de disparo de Schmitt não-invertente.
Se um sinal sinusoidal puro for aplicado como entrada, então os sinais de saída parecem algo parecido com isto.
Applications
- Uma aplicação importante do Schmitt Trigger é converter ondas Senoidais em ondas Quadradas.
- Podem ser usadas para eliminar a tagarelice em Comparadores (um fenómeno onde múltiplas transições de saída são produzidas devido à oscilação do sinal de entrada através da região do limiar).
- Também podem agir como simples Controladores ON / OFF (por exemplo, interruptores baseados na temperatura).