Schmittov trigger - celkový pohľad

Počas navrhovania impulzného obvodu môže vývojár potrebovať prahové zariadenie, ktoré by mohlo tvoriť čistý pravouhlý signál s určitými hodnotami vysokých a nízkych úrovní napätia zo vstupného signálu pravouhlého tvaru (napríklad pílovité alebo sínusové).

Spúšťač Schmittov, obvod s párom stabilných výstupných stavov, ktoré sa pri pôsobení vstupného signálu navzájom nahradzujú skokom, dobre padne, to znamená, že výstup je obdĺžnikový signál.

Charakteristickým rysom Schmittovho spúšťača je prítomnosť určitého rozsahu medzi úrovňami napätia vstupného signálu, keď je výstupné napätie vstupného signálu na výstupe tohto spúšťača prepnuté z nízkej úrovne na vysokú a naopak.

Táto vlastnosť Schmittovho spúšťača sa nazýva hysteréza a časť charakteristiky medzi prahovými vstupnými hodnotami sa nazýva hysterézna oblasť. Rozdiel medzi hornou a dolnou prahovou hodnotou pre vstup Schmittovho spúšťača určuje šírku jeho hysteréznej oblasti, ktorá slúži ako miera citlivosti spúšťača. Čím širšia je oblasť hysterézie - čím je Schmittovo spúšťanie menej citlivé, tým je hysterézna oblasť užšia - tým vyššia je jej citlivosť.

Spúšte Schmitt sú k dispozícii vo forme špecializovaných mikroobvodov, v ktorých je možné naraz umiestniť niekoľko samostatných spúšte. Takéto mikroobvody majú určitý normalizovaný prah spínania a na výstupe dávajú strmé čela, napriek vstupnému signálu, ktorý je ďaleko od pravouhlého tvaru. Okrem toho môže byť spúšťač Schmittov tiež zostavený na základe logických prvkov, v tomto prípade má vývojár možnosť veľmi presne nastaviť a upraviť šírku hysteréznej oblasti svojho prahového zariadenia.

Venujte pozornosť číslu a podrobnejšie zvážte princíp Schmittovho spúšťa.

Tu je schematická ilustrácia spúšťacieho prvku, ako aj jeho prenosových a časových charakteristík. Ako vidíte, keď je úroveň vstupného signálu Uin nižšia ako dolná prahová hodnota Ufor.n, má spúšťací výstup Schmittov tiež nízku úroveň napätia U0 blízku nule.

V procese zvyšovania napätia vstupného signálu Uin, jeho hodnota najskôr dosiahne dolnú hranicu hysteréznej oblasti Uпор.н, dolná prahová hodnota, zatiaľ čo výstup, ako predtým, nič nemení. A aj keď vstupné napätie Uin ide do oblasti hysterézie a nejaký čas je vo vnútri, potom sa na výstupe nič nestane - na výstupe je stále nízke napätie U0.

Len čo sa však úroveň vstupného napätia Uin porovná s horným prahom hysteréznej oblasti Ufor.in (oblasť odozvy), výstup spúšťača skočí do stavu vysokej úrovne U1 napätia. Pokiaľ sa vstupné napätie Uin ďalej zvyšuje (v medziach povolených pre mikroobvod), výstupné napätie Uout sa už nezmení, pretože je dosiahnutý jeden z dvoch stabilných stavov - vysoká úroveň U1.

Teraz povedzme, že vstupné napätie Uin sa začalo znižovať. Pri návrate do oblasti hysterézie nie sú na výstupe žiadne zmeny, úroveň je stále vysoká U1. Len čo sa napätie vstupného signálu Uin rovná spodnej hranici hysteréznej oblasti Uпн.н - výstup Schmittovho spúšťacieho výstupu skočí do stavu s nízkou úrovňou napätia U0. Z toho vychádza práca Schmittovho spúšťača.

Niekedy sa osvedčia Schmittovy spúšťače, keď je logický prvok „I“ implementovaný vo vnútri mikroobvodov a na výstupe je nainštalovaný invertor „NOT“ (Schmitt invertujúci spúšť).V tomto prípade bude prenosová charakteristika vyzerať opačne: keď napätie prekročí hornú hranicu hysteréznej oblasti, objaví sa nízka úroveň na výstupe Schmittovho spúšťača a keď sa vráti pod hysteréznu oblasť, na výstupe sa objaví vysoká hladina. Toto je prakticky A-NOT element s hysteréziou.

Spúšťač Schmitt možno zostaviť a na operačnom zosilňovači (op amp), Pozrime sa na jednu z možností jej implementácie vo všeobecnosti. Invertujúci vstup op-amp je uzemnený a vstupný signál je privádzaný cez rezistor R1 do neinvertujúceho vstupu op-amp. Výstup op-amp pozdĺž reťazca spätnej väzby cez odpor R2 je pripojený k neinvertujúcemu vstupu op-amp. Obdĺžnikové napätie sa odstráni z výstupu operačného zosilňovača.

Napätie na výstupe operačného zosilňovača je tradične určené vzorcom Uout = K * Ua. Obvykle sa Uout.max rovná napájaciemu napätiu operačného zosilňovača (označme ho buk E) a K je zosilnenie zosilnenia, to je rádovo 1 000 000. Výstupné napätie sa môže meniť od + E do -E. Tu sa nebudeme zaoberať konkrétnymi podrobnosťami a kvôli zjednodušeniu porozumenia budeme uvažovať o živom príklade, keď sú vstupný odpor a odpor v spätnoväzbovom obvode rovnaké: R1 = R2.

Takže na samom začiatku, keď Uin = 0, a teda Ua = 0, potom Uout = 0, pretože napätie na neinvertujúcom vstupe op-amp nepresahuje napätie na jeho invertujúcom vstupe.

Ak sa teraz Uvh mierne zvýši, potom sa tiež mierne zvýši Ua. Potom Uout významne vzrastie (v súlade s hodnotou K), pretože napätie na neinvertujúcom vstupe op-amp bude vyššie ako napätie na jeho invertujúcom vstupe, ktorý, ako sme sa rozhodli, je uzemnený. Potom, v dôsledku skutočnosti, že bod Ua je medzi odpormi zapojenými podľa vyššie uvedeného diagramu, v bode Ua sa napätie výrazne zvýši, stane sa približne Uout / 2 a vďaka lavine pozitívnej spätnej väzby stabilné napätie Uout (rovnaké ako napájacie napätie). OS = E). Operačný zosilňovač tak prešiel do stabilného stavu s vysokou úrovňou výstupného napätia. Ua = (E + Uin) / 2.

Ak v tomto stave začneme znižovať Uin, potom aj keď sa bude rovnať nule, potom v bode Ua bude stále E / 2 a na výstupe op-amp bude stále vysoké napätie Uout = E.

Až keď sa Uin rovná -E, iba potom sa Ua rovná nule a výstup op-amp sa prepne do stavu s nízkou úrovňou napätia (-E). V tomto prípade opäť vznikne lavina spätnej väzby - teraz Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, a to je oveľa nižšie ako pri neinvertujúcom vstupe operačného zosilňovača. Spúšť sa dostala do ustáleného stavu s nízkou úrovňou výstupu. Aby sa výstup operačného zosilňovača teraz vrátil do vysokého stavu, je potrebné, aby sa Uin opäť rovnal E, čo spôsobí ďalšiu lavínu spätnej väzby. Návrat k nulovému bodu sa už nebude opakovať.