Что такое триггер Шмитта?

Триггеры Шмитта имеют два стабильных состояния, но в отличие от обычных триггеров, триггеры Шмитта используют потенциальный режим триггера, и их состояние поддерживается потенциалом входного сигнала. Триггеры Шмитта имеют разные пороговые напряжения для входных сигналов с двумя разными направлениями изменения: отрицательно уменьшающимися и положительно возрастающими.

Каталог

Обзор

Как реализовать триггер Шмитта?

Приложения

Часто используемые чипы

Обзор

В электронике триггер Шмитта представляет собой схему компаратора, включающую положительную обратную связь. Это схема порогового переключателя, схема затвора с резкими характеристиками ввода-вывода. Эта схема предназначена для предотвращения изменений выходного напряжения, вызванных небольшими изменениями входного напряжения (ниже определенного порога).

Для стандартных триггеров Шмитта, когда входное напряжение превышает положительное пороговое напряжение, выходной сигнал высокий; когда входное напряжение ниже отрицательного порогового напряжения, выходное напряжение низкое; когда входной сигнал находится между положительным и отрицательным пороговыми напряжениями, выходной сигнал не изменяется. Это означает, что пороговые напряжения различны, когда выходной сигнал переключается с высокой четности на низкую или с низкой на высокую четность. Только когда входное напряжение изменится достаточно, выходное напряжение изменится. Такой компонент называется триггером. Это действие с двойным порогом называется гистерезисом и указывает на то, что триггер Шмитта имеет память. По сути, триггер Шмитта представляет собой бистабильный мультивибратор.

Триггер Шмитта можно использовать в качестве схемы формирования сигнала, которая может формировать сигнал аналогового сигнала в прямоугольный сигнал, который может быть обработан цифровой схемой. А поскольку триггер Шмитта имеет характеристики гистерезиса, его можно использовать для защиты от помех. Его приложения включают защиту от помех в конфигурации с разомкнутым контуром и мультивибратор в конфигурации с положительной/отрицательной обратной связью с обратной связью.

Как реализовать триггер Шмитта?

Туннельный диод

Триггер Шмитта можно реализовать с помощью простого туннельного диода. Вольт-амперная характеристика этого диода представляет собой кривую «Н»-образной формы в первом квадранте. Осциллирующий вход заставит вольт-амперную характеристику диода переместиться от восходящей ветви N-образной кривой к другой ветви, а затем вернуться к исходной точке, когда входное значение превысит пороговые значения подъема и спада. Однако производительность триггера Шмитта этого типа можно улучшить за счет использования транзисторных компонентов, поскольку транзисторные компоненты могут напрямую использовать положительную обратную связь для улучшения характеристик переключения.

Компараторы

Триггеры Шмитта часто реализуются путем подключения компараторов с положительной обратной связью. В этой схеме переворот происходит вблизи земли, а величина гистерезиса контролируется сопротивлением R1 и R2.

Компаратор извлекает знак разницы между двумя входными данными. Когда напряжение неинвертирующего (+) входа выше напряжения инвертирующего (-) входа, выход компаратора переключается на высокое рабочее напряжение +Vs; когда напряжение неинвертирующего (+) входа ниже напряжения инвертирующего (-) входа, выход компаратора переключается на низкое рабочее напряжение -Vs. Инвертирующий (-) вход здесь заземлен, поэтому компаратор здесь реализует функциональный символ, который имеет характеристики выхода с двумя состояниями. Есть только два состояния: высокое и низкое. Когда неинвертирующий (+) вход подается постоянно, на нем всегда будет один и тот же символ.

Поскольку цепь резисторов соединяет входную клемму триггера Шмитта с выходной клеммой компаратора, триггер Шмитта ведет себя как компаратор и может переворачивать уровень в разное время. Это зависит от того, высокий или низкий выходной сигнал компаратора. Если входной сигнал представляет собой отрицательный вход с большим абсолютным значением, выходной сигнал будет низким; если входной сигнал представляет собой положительный вход с большим абсолютным значением, выходной сигнал будет высоким, что реализует функцию неинвертирующего триггера Шмитта. Однако для входа, значение которого находится между двумя пороговыми значениями, состояние выхода зависит как от входа, так и от выхода. Например, если текущее состояние триггера Шмитта высокое, на выходе будет положительная мощность +Vs. В это время V+ станет делителем напряжения между Vin и +Vs. В этом случае компаратор перейдет на низкий уровень только тогда, когда V+=0 (заземлено). Из закона сохранения тока видно, что в это время выполняется следующее соотношение:

Поэтому его необходимо опустить ниже -R1Vs/R2, прежде чем выходной сигнал изменится. Как только выходной сигнал компаратора переключается на −Vs, порог возврата на высокий уровень становится +R1Vs/R2. Таким образом, схема формирует участок диапазона напряжения переключения вокруг начала координат, а уровень запуска составляет ±R1Vs/R2. Только когда входное напряжение поднимется до верхнего предела диапазона напряжения, выходное напряжение перейдет на высокий уровень; только когда входное напряжение упадет до нижнего предела диапазона напряжения, выходное напряжение вернется на низкий уровень. Если R1 равен 0, R2 бесконечен (т. е. разомкнутая цепь). А ширина диапазона напряжений сожмется до 0. В это время схема становится стандартным компаратором. Выходные характеристики показаны справа. Порог T задается соотношением R1Vs/R2, а максимальное значение выхода M соответствует шине питания. Фактическая конфигурация неинвертирующей схемы триггера Шмитта показана на рисунке ниже.

Неинвертирующая схема триггера Шмитта

Выходная характеристическая кривая имеет ту же форму, что и выходная кривая вышеупомянутой базовой конфигурации, и пороговое значение также удовлетворяет тому же соотношению, что и вышеупомянутая конфигурация. Отличие в том, что выходное напряжение приведенного примера зависит от источника питания, а выходное напряжение этой схемы определяется двумя стабилитронами. В этой конфигурации выходной уровень можно изменить, выбрав соответствующий стабилитрон, а выходной уровень устойчив к колебаниям мощности, то есть выходной уровень улучшает коэффициент отклонения напряжения источника питания (PSRR) компаратора. Резистор R3 служит для ограничения тока через диод, а резистор R4 снижает до минимума входное напряжение смещения, вызванное входным током утечки компаратора.

Два транзистора

В триггере Шмитта, реализованном с использованием конфигурации положительной обратной связи, не используется большинство сложных функций, которые может реализовать сам компаратор. Следовательно, схему можно реализовать на двух транзисторах с перекрестной связью. Схема триггера Шмитта на основе 2-х транзисторов представлена на рисунке ниже. Путь RC1 R1 R2 устанавливает базовое напряжение транзистора Т2 , но на этот путь делителя напряжения будет влиять транзистор Т1. Если T1 открыт, путь будет обеспечивать более высокое напряжение. Следовательно, пороговое напряжение, которое переключается между двумя состояниями, зависит от текущего состояния триггера.

Схема триггера Шмитта на двух транзисторах.

Для показанного выше NPN-транзистора, когда входное напряжение намного ниже напряжения с общим эмиттером, T1 не включится. Базовое напряжение транзистора Т2 определяется вышеупомянутой схемой делителя напряжения. Благодаря доступу к отрицательной обратной связи напряжение, приложенное к общему эмиттеру, должно быть почти таким же, как напряжение, определенное на схеме делителя напряжения, чтобы Т2 мог быть включен, а выход триггера находился в низкоуровневом режиме. состояние. Когда входное напряжение (базовое напряжение Т1) поднимется немного выше, чем напряжение (напряжение эмиттера) на резисторе RE, Т1 включится. Когда T1 начинает включаться, T2 больше не включается, поскольку напряжение, обеспечиваемое цепью делителя напряжения, ниже базового напряжения T2. И напряжение эмиттера не уменьшится, потому что Т1 в это время потребляет ток через RE. В это время Т2 не включается, и триггер переходит в состояние высокого уровня.

В это время триггер находится в состоянии высокого уровня. Если входное напряжение существенно упадет, ток через Т1 уменьшится, что уменьшит напряжение общего эмиттера Т2 и увеличит его базовое напряжение. Когда Т2 начинает проводить, напряжение на RE возрастает, а затем потенциал база-эмиттер Т1 уменьшается, и Т1 больше не проводит ток.

В состоянии высокого уровня выходное напряжение близко к V+; но в состоянии низкого уровня выходное напряжение все равно будет намного выше, чем V-. Следовательно, в этом случае выходное напряжение недостаточно низкое, чтобы достичь низкого логического уровня, что требует дополнительного усилителя в схеме триггера.

Приведенную выше схему можно упростить: R1 можно заменить на короткозамкнутое соединение, чтобы база Т2 была напрямую соединена с коллектором Т1, а R2 можно снять и заменить на разомкнутую цепь. Ключом к работе схемы является то, что при включении Т1 (результат ввода тока на базу) ток через RE меньше, чем при выключении Т1, поскольку при включении Т1 Т2 будет выключен. При включении Т2, по сравнению с Т1, он обеспечивает RE больший проходной ток. Когда ток, протекающий в RE, уменьшится, напряжение на нем уменьшится, поэтому, как только ток начнет течь в T1, входное напряжение должно уменьшиться, чтобы заставить T1 вернуться в выключенное состояние, потому что напряжение эмиттера T1 при этом упало. время. Этот триггерный буфер Шмитта также можно превратить в триггерный инвертор Шмитта, причем резистор при этом можно не использовать, заменив RK2 на короткозамыкатель и подключив Vout к эмиттеру Т2 вместо коллектора.

Однако в этом случае сопротивление RE должно быть больше, поскольку RE должен действовать как подтягивающий резистор на выходе. Его функция заключается в том, что, когда выходной сигнал должен быть низким, он снижает напряжение на выходе. Если сопротивление RE мало, на нем можно создать лишь небольшое напряжение. Когда на выходе должен быть цифровой низкий уровень, это напряжение фактически увеличит выходное напряжение.

Приложения

1. Преобразование формы сигнала

Треугольные волны, синусоидальные волны, периодические волны и т. д. можно преобразовать в прямоугольные волны.

2. Формирование пульсовой волны

В цифровых системах прямоугольные импульсы часто подвергаются искажению формы во время передачи, а нарастающий и спадающий фронты не идеальны. После формирования триггером Шмитта можно получить более идеальный прямоугольный импульс.

3. Различение амплитуды импульса

При подаче на вход триггера Шмитта импульсных сигналов различной амплитуды и неравномерности для вывода могут быть выбраны импульсные сигналы с амплитудой, превышающей заданное значение.

4. Формируем мультивибратор

Сигналы с разной амплитудой будут генерировать прямоугольные импульсы после прохождения триггера Шмитта с подходящим конденсатором. Импульсные сигналы прямоугольной формы часто используются в качестве источников импульсных сигналов и тактовых сигналов в последовательных схемах.

Часто используемые чипы

74LS18 двойной логический элемент И-НЕ с четырьмя входами (триггер Шмитта)

74LS14 шесть инверторов (триггер Шмитта)

74132, 74LS132, 74S132, 74F132, 74HC132 2-входовой четырехвходовой триггер без Шмитта

74221, 74LS221, 74 HC221, 74 C221 двойные моностабильные мультивибраторы (с триггером Шмитта)

Триггер Шмитта может быть сформирован с помощью таймера 555.

CD4093 состоит из четырех триггеров Шмитта с двумя входами.

Frequently Asked Questions

1. Для чего используется триггер Шмитта?

Триггерные устройства Шмитта обычно используются в приложениях формирования сигналов для удаления шума из сигналов, используемых в цифровых схемах, особенно из-за дребезга механических контактов в переключателях.

2. Как еще называется триггер Шмитта?

В триггерной схеме Шмитта используется положительная обратная связь. Поэтому эта схема также известна как схема регенеративного компаратора. Схема триггера Шмитта может быть разработана с помощью операционного усилителя и транзистора. И это классифицируется как; Триггер Шмитта на базе операционного усилителя.

Модуль передачи данных сотового Интернета вещей для расширенных возможностей подключения и энергоэффективности с увеличенным сроком службы батареи

Release time:2024-01-31 Page View：98

Его цель — лучше понять использование модуля передачи сотового Интернета вещей в текущей среде Интернета вещей.Благодаря обнадеживающим разработкам вобласти сотовых технологий,сотовые модули п...