Шмитов окидач - општи приказ

Током пројектовања пулсног круга, програмеру ће можда требати праговни уређај који може да формира чисти правоугаони сигнал са одређеним вредностима високих и ниских напонских нивоа од улазног сигнала, који није правоугаоног облика (на пример, пилећи или синусоидни).

Сцхмиттов окидач, склоп с паром стабилних излазних стања, који се под дјеловањем улазног сигнала међусобно замјењују, добро се уклапа, односно излаз је правоугаони сигнал.

Карактеристична карактеристика Сцхмиттовог окидача је постојање одређеног распона између нивоа напона за улазни сигнал, када се излазни напон улазног сигнала пребаци на излазу овог окидача са ниског на високи и обрнуто.

Ово својство Сцхмиттовог окидача назива се хистерезом, а део карактеристике између прагова уноса вредности назива се регион хистерезе. Разлика између горње и доње вредности прага за улаз Сцхмиттовог окидача одређује ширину његове хистерезијске регије, која служи као мерило осетљивости окидача. Што је шири регион хистерезе - мање је осетљив Сцхмиттов окидач, ужи у хистерезиској регији - већа је његова осетљивост.

Сцхмиттови окидачи доступни су у облику специјализираних микрострујних склопова, гдје се неколико засебних окидача може смјестити унутар једног кућишта одједном. Такви микро кругови имају одређени нормализовани праг пребацивања и дају стрме предње стране на излазу, упркос улазном сигналу који је далеко од правоугаоног облика. Поред тога, Сцхмиттов окидач може се такође израдити на основу логичких елемената, у којем случају програмер има могућност врло прецизног подешавања и подешавања ширине хистерезијског подручја свог прага.

Обратите пажњу на фигуру и поближе размотрите принцип Сцхмиттовог окидача.

Овде је шематски приказ елемента окидача, као и његове карактеристике преноса и времена. Као што видите, када је ниво улазног сигнала Уин нижи од доњег прага Уфор.н, излаз Сцхмиттовог окидача такође има низак ниво напона У0 близу нуле.

У току повећања напона улазног сигнала Уин, његова вредност најпре достиже доњу границу хистерезијске регије Упор.н, доњи праг, док излаз, као и до сада, ништа не мења. Чак и када улазни напон Уин пређе у подручје хистерезе и неко време се налази унутар њега, излаз се и даље не догађа - излаз је и даље ниског напона У0.

Али чим се ниво улазног напона Уин упореди са горњим прагом хистерезијске регије Уфор.ин (одзивно подручје) - излаз окидача скочи у стање високог напона У1. Ако се улазни напон Уин настави даље повећавати (у границама дозвољеним за микро круг), излазни напон Уоут се више неће мењати, јер је постигнуто једно од два стабилна стања - висок ниво У1.

Рецимо сада да је улазни напон Уин почео да опада. При повратку у подручје хистерезе, на излазу се не дешавају никакве промене; ниво је и даље висок У1. Али чим напон улазног сигнала Уин буде једнак доњој граници регије хистерезе Упн.н - излаз Сцхмиттовог окидача скаче у стање са ниским нивоом напона У0. На томе се заснива рад Сцхмиттовог окидача.

Понекад се окидачи Сцхмитта покажу као корисни, где је логички елемент „И“ имплементиран унутар микро круга, а претварач „НЕ“ је инсталиран на излазу (Сцхмитт инвертинг окидач).У овом случају ће карактеристика преноса изгледати обрнуто: када напон пређе горњу границу регије хистерезе, на излазу Сцхмиттовог окидача појављује се низак ниво, а кад се врати испод хистерезе, на излазу се појави високи ниво. То је практично НЕ-НЕ елемент са хистерезом.

Сцхмитт окидач се може саставити и на оперативном појачалу (оп појачало). Погледајмо једну од опција његове примене у општим условима. Инвертирани улаз оп-ампере је уземљен, а улазни сигнал се преко отпорника Р1 доводи до не-инвертирајућег улаза оп-појачала. Излаз оп-амп-а дуж повратне везе кроз отпорник Р2 повезан је са не-инвертирајућим улазом оп-појачала. Правокутни напон уклања се са излазног напона.

Напон на излазу оперативног појачала традиционално се одређује формулом Уоут = К * Уа. Ооут.мак је обично једнак оп-амп напону (означимо га буквом Е), а К је опмпни добитак, то је од 1.000.000. Излазни напон може варирати од + Е до -Е. Овде се нећемо бавити посебним детаљима, а ради поједностављења разумевања размотрићемо један живописан пример где су улазни отпорник и отпорник у повратном кругу једнаки једни другима: Р1 = Р2.

Дакле, на самом почетку, када је Уин = 0, дакле Уа = 0, онда Уоут = 0, јер напон на неинвертирајућем улазу оп-ампера не прелази напон на његовом инвертирајућем улазу.

Ако се сада Увх мало повећа, тада ће се и Уа незнатно повећати. Тада ће се Уоут значајно повећати (у складу са вредности К), јер ће напон на неинвертирајућем улазу оп-ампера премашити напон на његовом инвертирајућем улазу, што је, како смо одлучили, уземљено. Затим, због чињенице да је тачка Уа између отпорника повезаних према горњем дијаграму, у тачки Уа напон ће се значајно повећати, постаће приближно Уоут / 2, а због лавине позитивних повратних информација, стабилан напон Уоут (једнак напону напајања ОС = Е). Тако је оп-амп прешао у стабилно стање са високим излазним напоном. Штавише, Уа = (Е + Уин) / 2.

Ако у овом стању почнемо да смањујемо Уин, тада чак и кад постане једнака нули, тада ће у тачки Уа још увек бити Е / 2, а на излазу оп-ампера ће и даље постојати напон високог нивоа Уоут = Е.

Тек када Уин постане једнак -Е, тек тада Уа постаје једнак нули, а излаз оп-ампера прелази у стање са ниским нивоом напона (-Е). У овом случају ће се поново појавити лавина повратне информације - сада је Уоут = -Е, Уа = (Уин-Е) / 2, а то је много ниже него на неинвертирајућем улазу оп-ампера. Окидач је ушао у стабилно стање са ниским излазним нивоом. Да би се оп-амп излаз сада вратио у високо стање, неопходно је да Уин поново постане једнак Е, што ће изазвати још једну лавину повратних информација. Повратак на нулту тачку више се неће догодити.