Schmitt ravasz - általános kép

Az impulzusáramkör tervezése során a fejlesztőnek szüksége lehet egy küszöbértékű eszközre, amely tiszta téglalap alakú jelet képezhet bizonyos magas, illetve alacsony feszültségszintekkel a nem derékszögű bemeneti jelből (például fűrészfog vagy szinuszos).

Ehhez a szerephez jól alkalmazható a Schmitt-trigger, amely egy stabil kimeneti állapotú áramkört tartalmaz, amely a bemeneti jel hatására egy ugrással helyettesíti egymást, azaz a kimenet egy téglalap alakú jel.

A Schmitt-trigger jellegzetes jellemzője, hogy a bemeneti jel feszültségszintjei között bizonyos tartomány van, amikor a bemeneti jel kimeneti feszültsége ezen trigger kimenetén alacsony szintről magasra vált, és fordítva.

A Schmitt-trigger ezt a tulajdonságát hiszterézisnek hívják, és a karakterisztika küszöbérték-bemeneti értékek közötti részét hiszterézis régiónak nevezik. A Schmitt trigger bemenete felső és alsó küszöbértéke közötti különbség meghatározza hiszterézis régiójának szélességét, amely a trigger érzékenységének mérésére szolgál. Minél szélesebb a hiszterézis régió - minél kevésbé érzékeny a Schmitt-trigger, annál szűkebb a hiszterézis régió - annál nagyobb az érzékenysége.

A Schmitt triggerek speciális mikroáramkörökben kaphatók, ahol egyszerre több különálló trigger helyezkedik el egy házban. Az ilyen mikroáramköröknek van egy bizonyos normalizált kapcsolási küszöbük, és meredek frontot adnak a kimeneten, annak ellenére, hogy a bemeneti jel távol esik a téglalap alakjától. Ezenkívül a Schmitt-ravaszt logikai elemek alapján is fel lehet építeni, amely esetben a fejlesztőnek lehetősége van nagyon pontosan beállítani és beállítani küszöbérték-eszköz hiszterézis-tartományának szélességét.

Vigyázzon az ábrára, és alaposabban vegye figyelembe a Schmitt-ravaszt.

Itt található egy indító elem vázlatos ábrázolása, valamint annak átviteli és időbeli jellemzői. Mint láthatja, amikor az Uin bemeneti jel szintje alacsonyabb, mint az Ufor.n alsó küszöb, a Schmitt trigger kimenete ennek megfelelően alacsony U0 feszültségszinttel is rendelkezik nulla közelében.

Az Uin bemeneti jel feszültségének növelésekor az érték először eléri az Uпор.н hiszterézis régió alsó határát, az alsó küszöböt, míg a kimenet, mint korábban, semmit sem változtat. És még akkor is, ha az Uin bemeneti feszültség a hiszterézis régióba kerül, és egy ideig benne van, akkor a kimeneten semmi sem történik - a kimenet továbbra is alacsony U0 feszültség.

De amint az Uin bemeneti feszültség szintjét összehasonlítják az Ufor.in hiszterézis régió felső küszöbértékével (választerület), az indító kimenet az U1 magas feszültség szintjére ugrik. Ha az Uin bemeneti feszültség tovább növekszik (a mikroáramkör számára megengedett határokon belül), akkor az Uout kimeneti feszültség már nem változik, mivel a két stabil állapot egyikét elérik - az U1 magas szintje.

Tegyük fel, hogy az Uin bemeneti feszültség csökkenni kezdett. A hiszterézis régióba való visszatéréskor a kimeneten nincs változás, a szint továbbra is magas, U1. De amint az Uin bemeneti jel feszültsége megegyezik a hiszterézis régió alsó határával, az Uпн.н - a Schmitt trigger kimenete az U0 alacsony feszültségű szintre ugrik. A Schmitt-trigger munkája erre épül.

Néha a Schmitt-triggerek hasznosnak bizonyulnak, ha az „I” logikai elemet a mikroáramkörbe építik be, és a „NEM” invertert a kimenetre telepítik (Schmitt-invertáló trigger).Ebben az esetben az átviteli jellemzők fordítva néznek ki: amikor a feszültség túllép a hiszterézis régió felső határán, alacsony szint jelenik meg a Schmitt ravaszt kimenetén, és amikor a hiszterézis régió alá tér vissza, akkor magas szint jelenik meg a kimenetnél. Ez gyakorlatilag AND-NOT elem hiszterézissel.

A Schmitt ravaszt össze lehet szerelni és működési erősítőn (op erősítő). Nézzük meg a megvalósítás egyik lehetőségét általánosságban. Az op-amp erősítő invertáló bemenete földelve van, és a bemenő jelet az R1 ellenálláson keresztül az op-amp nem invertáló bemenetéhez továbbítják. Az op-amp erősítő kimenete a visszacsatoló lánc mentén az R2 ellenálláson keresztül kapcsolódik az op-amp nem invertáló bemenetéhez. A téglalap feszültséget eltávolítják az op erősítő kimenetéből.

Az operációs erősítő kimeneti feszültségét hagyományosan az Uout = K * Ua képlet határozza meg. Általában az Uout.max megegyezik az op-amp tápfeszültséggel (jelöljük azt bükk E-vel), és K az opamp erősítés, ez 1 000 000 nagyságrendű. A kimeneti feszültség + E és -E között változhat. Itt nem fogunk részletesebben bemélyedni, és a megértés egyszerűsítése érdekében élénk példát veszünk, ahol a bemeneti ellenállás és a visszacsatoló áramkörben lévő ellenállás egyenlőek egymással: R1 = R2.

Tehát a legelején, amikor Uin = 0, tehát Ua = 0, akkor Uout = 0, mivel az op-amp nem-invertáló bemeneti feszültsége nem haladja meg az invertáló bemenet feszültségét.

Ha most az Uvh értéke kissé növekszik, akkor az Ua szintén kissé növekszik. Ekkor az Uout jelentősen növekszik (a K értéknek megfelelően), mivel az op-amp nem-invertáló bemenetének feszültsége meghaladja az invertáló bemenet feszültségét, amely, amint elhatároztuk, földelt. Ezután, mivel az Ua pont a fenti ábra szerint csatlakoztatott ellenállások között van, az Ua pontban a feszültség jelentősen megnő, kb. Uout / 2 lesz, és a pozitív visszacsatolás lavina miatt stabil Uout feszültség (egyenlő a tápfeszültséggel) OS = E). Így az op-amp erős helyzetbe került nagy kimeneti feszültségszinttel. Sőt, Ua = (E + Uin) / 2.

Ha ebben az állapotban elkezdjük csökkenteni az Uint, akkor még akkor is, ha nullával egyenlővé válik, akkor az Ua ponton továbbra is E / 2 lesz, és az op-amp kimenetén továbbra is magas szintű Uout = E feszültség marad.

Csak akkor, ha Uin egyenlő -E-vel, csak akkor Ua nullával egyenlő, és az op-amp kimenet alacsony feszültségű (-E) állapotba kerül. Ebben az esetben ismét visszajelző lavina jelentkezik - most Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, és ez sokkal alacsonyabb, mint az op-amp nem-invertáló bemeneténél. A trigger állandó állapotba lépett alacsony kimeneti szinttel. Annak érdekében, hogy az op erősítő visszatérjen magas szintű állapotba, szükséges, hogy Uin ismét egyenlő legyen E-vel, ami újabb visszacsatolás lavint eredményez. A nullaponthoz való visszatérés már nem következik be.