Spust Schmitta - widok ogólny

Podczas projektowania obwodu impulsowego wywoływacz może potrzebować urządzenia progowego, które może tworzyć czysty prostokątny sygnał z pewnymi wartościami wysokiego i niskiego poziomu napięcia z sygnału wejściowego o nieprostokątnym kształcie (na przykład piłokształtny lub sinusoidalny).

Wyzwalacz Schmitta, obwód z parą stabilnych stanów wyjściowych, które pod wpływem sygnału wejściowego zastępują się nawzajem w skoku, dobrze nadaje się do tej roli, to znaczy, że wyjście jest sygnałem prostokątnym.

Charakterystyczną cechą wyzwalacza Schmitta jest obecność pewnego zakresu między poziomami napięcia dla sygnału wejściowego, gdy napięcie wyjściowe sygnału wejściowego jest przełączane na wyjściu tego wyzwalacza z niskiego poziomu na wysoki i odwrotnie.

Ta właściwość wyzwalacza Schmitta nazywana jest histerezą, a część charakterystyki między progowymi wartościami wejściowymi nazywana jest regionem histerezy. Różnica między górną i dolną wartością progową dla sygnału wejściowego wyzwalacza Schmitta określa szerokość jego obszaru histerezy, który służy jako miara czułości wyzwalacza. Im szerszy obszar histerezy - im mniej czuły jest spust Schmitta, tym węższy obszar histerezy - tym wyższa jego czułość.

Wyzwalacze Schmitt są dostępne w postaci wyspecjalizowanych mikroukładów, w których kilka oddzielnych wyzwalaczy może znajdować się jednocześnie w jednej obudowie. Takie mikroukłady mają pewien znormalizowany próg przełączania i dają strome czoła na wyjściu, pomimo sygnału wejściowego dalekiego od kształtu prostokątnego. Ponadto wyzwalacz Schmitta można również zbudować na podstawie elementów logicznych, w którym to przypadku programista ma możliwość bardzo dokładnie ustawić i dostosować szerokość obszaru histerezy swojego urządzenia progowego.

Zwróć uwagę na postać i dokładniej rozważ zasadę spustu Schmitta.

Oto schematyczna ilustracja elementu wyzwalającego, a także jego przenoszenia i charakterystyki czasowej. Jak widać, gdy poziom sygnału wejściowego Uin jest niższy niż dolny próg Ufor.n, sygnał wyjściowy wyzwalacza Schmitt ma odpowiednio niski poziom napięcia U0 bliski zeru.

W procesie zwiększania napięcia sygnału wejściowego Uin jego wartość najpierw osiąga dolną granicę obszaru histerezy Uпор.н, dolny próg, a wyjście, jak poprzednio, niczego nie zmienia. I nawet gdy napięcie wejściowe Uin przechodzi w obszar histerezy i przez pewien czas jest w nim, to na wyjściu nic się nie dzieje - na wyjściu nadal jest napięcie o niskim poziomie U0.

Ale gdy tylko poziom napięcia wejściowego Uin zostanie porównany z górnym progiem regionu histerezy Ufor.in (obszar odpowiedzi) - wyjście wyzwalacza przechodzi w stan wysokiego poziomu napięcia U1. Jeśli napięcie wejściowe Uin dalej będzie rosnąć (w granicach dopuszczalnych dla mikroukładu), napięcie wyjściowe Uout nie będzie się już zmieniać, ponieważ osiągnięty jest jeden z dwóch stanów stabilnych - wysoki poziom U1.

Powiedzmy teraz, że napięcie wejściowe Uin zaczęło spadać. Po powrocie do regionu histerezy nie ma żadnych zmian na wyjściu; poziom jest nadal wysoki U1. Ale gdy tylko napięcie sygnału wejściowego Uin zrówna się z dolną granicą regionu histerezy Uпн.н - wyjście wyzwalacza Schmitta przechodzi w stan o niskim poziomie napięcia U0. Na tym opiera się praca wyzwalacza Schmitta.

Czasami przydatne są wyzwalacze Schmitta, w których element logiczny „I” jest zaimplementowany wewnątrz mikroukładu, a falownik „NOT” jest zainstalowany na wyjściu (wyzwalacz odwracający Schmitt).W takim przypadku charakterystyka przenoszenia będzie wyglądać na odwrót: gdy napięcie przekroczy górną granicę obszaru histerezy, na wyjściu wyzwalacza Schmitta pojawi się niski poziom, a gdy powróci poniżej obszaru histerezy, na wyjściu pojawi się wysoki poziom. Jest to praktycznie element typu AND-NOT z histerezą.

Spust Schmitta można zmontować i na wzmacniaczu operacyjnym (wzmacniacz operacyjny). Spójrzmy na jedną z opcji jej realizacji w ujęciu ogólnym. Wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego jest uziemione, a sygnał wejściowy jest podawany przez rezystor R1 do nieodwracającego wejścia wzmacniacza operacyjnego. Wyjście wzmacniacza operacyjnego wzdłuż łańcucha sprzężenia zwrotnego przez rezystor R2 jest podłączone do nieodwracającego wejścia wzmacniacza operacyjnego. Napięcie prostokątne jest usuwane z wyjścia wzmacniacza operacyjnego.

Napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego jest tradycyjnie określane wzorem Uout = K * Ua. Zwykle Uout.max jest równe napięciu zasilania wzmacniacza operacyjnego (oznaczmy to bukiem E), a K to wzmocnienie opampa, rzędu 1 000 000. Napięcie wyjściowe może zmieniać się od + E do -E. Tutaj nie zajmiemy się szczegółami, a dla uproszczenia rozważymy żywy przykład, w którym rezystor wejściowy i rezystor w obwodzie sprzężenia zwrotnego są sobie równe: R1 = R2.

Tak więc na samym początku, gdy Uin = 0, a zatem Ua = 0, to Uout = 0, ponieważ napięcie na nieodwracającym wejściu wzmacniacza operacyjnego nie przekracza napięcia na jego wejściu odwracającym.

Jeśli teraz Uvh zostanie nieznacznie zwiększone, Ua również nieznacznie wzrośnie. Wtedy Uout znacznie wzrośnie (zgodnie z wartością K), ponieważ napięcie na nieodwracającym wejściu wzmacniacza operacyjnego przekroczy napięcie na jego wejściu odwracającym, które, jak ustaliliśmy, jest uziemione. Następnie, ze względu na fakt, że punkt Ua znajduje się między rezystorami podłączonymi zgodnie z powyższym schematem, w punkcie Ua napięcie znacznie wzrośnie, stanie się w przybliżeniu Uout / 2, a ze względu na lawinę dodatniego sprzężenia zwrotnego stabilne napięcie Uout (równe napięciu zasilania) OS = E). Tak więc wzmacniacz operacyjny przeszedł w stan stabilny z wysokim poziomem napięcia wyjściowego. Ponadto Ua = (E + Uin) / 2.

Jeśli w tym stanie zaczniemy redukować Uin, to nawet gdy stanie się równy zero, to w punkcie Ua będzie nadal wynosić E / 2, a na wyjściu wzmacniacza operacyjnego nadal będzie napięcie wysokiego poziomu Uout = E.

Tylko wtedy, gdy Uin staje się równe -E, tylko wtedy Ua staje się równe zeru, a wyjście wzmacniacza operacyjnego przechodzi w stan o niskim poziomie napięcia (-E). W tym przypadku ponownie pojawi się lawina sprzężenia zwrotnego - teraz Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, i jest to znacznie mniej niż na nieodwracającym wejściu wzmacniacza operacyjnego. Spust wszedł w stan ustalony z niskim poziomem wyjściowym. Aby wyjście wzmacniacza operacyjnego powróciło teraz do stanu wysokiego, konieczne jest, aby Uin ponownie stał się równy E, co spowoduje kolejną lawinę sprzężenia zwrotnego. Powrót do punktu zerowego nie będzie już występował.