Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника » Триггер Шмитта - общее представление
Количество просмотров: 36935
Комментарии к статье: 1


Триггер Шмитта - общее представление


В ходе проектирования импульсной схемы, у разработчика может возникнуть потребность в пороговом устройстве, которое могло бы из подаваемого на его вход сигнала непрямоугольной формы (например пилообразного или синусоидального) формировать на выходе чистый прямоугольный сигнал с определенными значениями высокого и низкого уровней напряжения.

На данную роль хорошо подходит триггер Шмитта, - схема, обладающая парой стабильных выходных состояний, которые под действием входного сигнала сменяют друг друга скачком, то есть на выходе получается именно прямоугольный сигнал.

Практическая электроника

Характерная особенность триггера Шмитта заключается в наличии определенного диапазона между уровнями напряжений для входного сигнала, при выходе напряжения входного сигнала за который происходит переключение на выходе данного триггера с низкого уровня — на высокий и наоборот.

Данное свойство триггера Шмитта называется гистерезисом, а участок характеристики между пороговыми входными значениями — областью гистерезиса. Разница между верхним и нижним пороговыми значениями для входа триггера Шмитта определяет ширину области его гистерезиса, которая служит мерой чувствительности триггера. Чем шире область гистерезиса — тем менее чувствителен триггер Шмитта, чем уже область гистерезиса — тем его чувствительность выше.

Триггеры Шмитта выпускаются в виде специализированных микросхем, где внутри одного корпуса может находиться сразу несколько отдельных триггеров. Такие микросхемы имеют определенный нормированный порог переключения, и дают крутые фронты на выходе, несмотря на далекую от прямоугольной форму входного сигнала. Кроме того, триггер Шмитта может быть построен и на базе логических элементов, в этом случае у разработчика появляется возможность очень точно задать и настроить ширину области гистерезиса своего порогового устройства.

Обратим внимание на рисунок, и более внимательно рассмотрим принцип работы триггера Шмитта.

Принцип работы триггера Шмитта

Здесь представлено схематическое изображение элемента триггера, а также его передаточная и временная характеристики. Как видим, при уровне входного сигнала Uвх ниже нижнего порога срабатывания Uпор.н, на выходе триггера Шмитта — тоже, соответственно, напряжение низкого уровня U0, близкое к нулю.

В процессе нарастания напряжения входного сигнала Uвх, его значение сначала достигает нижней границы области гистерезиса Uпор.н, нижнего порога, при этом на выходе как и прежде ничего не изменяется. И даже когда входное напряжение Uвх заходит в область гистерезиса, и в течение некоторого времени находится внутри нее, то на выходе все равно ничего не происходит — на выходе по-прежнему напряжение низкого уровня U0.

Но как только уровень входного напряжения Uвх сравнивается с верхним порогом области гистерезиса Uпор.в (области срабатывания) — выход триггера скачком переходит в состояние высокого уровня напряжения U1. Если входное напряжение Uвх будет продолжать нарастать дальше (в пределах допустимого для микросхемы), выходное напряжение Uвых изменяться уже не будет, так как достигнуто одно из двух устойчивых состояний — высокий уровень U1.

Теперь, допустим, что входное напряжение Uвх стало снижаться. При возврате в область гистерезиса изменений на выходе не происходит, уровень по-прежнему высокий U1. Но как только напряжение входного сигнала Uвх сравняется с нижней границей области гистерезиса Uпон.н — выход триггера Шмитта скачком перейдет в состояние с напряжением низкого уровня U0. На этом основана работа триггера Шмитта.

Работа триггера Шмитта

Иногда оказываются полезными триггеры Шмитта, где внутри микросхемы реализован логический элемент «И», а на выходе установлен инвертор «НЕ» (инвертирующий триггер Шмитта). В этом случае передаточная характеристика будет выглядеть наоборот: когда напряжение выходит за верхнюю границу области гистерезиса — на выходе триггера Шмитта появляется низкий уровень, а когда возвращается ниже области гистерезиса — на выходе появится высокий уровень. Это практически элемент И-НЕ с гистерезисом.

Триггер Шмитта на операционном усилителе

Триггер Шмитта может быть собран и на операционном усилителе (ОУ). Давайте рассмотрим один из вариантов его реализации в общих чертах. Инвертирующий вход ОУ заземляется, а входной сигнал подается через резистор R1 на неинвертирующий вход ОУ. Выход ОУ по цепочке обратной связи через резистор R2 соединяется с неинвертирующим входом ОУ. Прямоугольное напряжение снимается с выхода ОУ.

Напряжение на выходе операционного усилителя традиционно определяется по формуле Uвых=K*Uа. Обычно Uвых.макс равно напряжению питания ОУ (обозначим его буковй E), а K – коэффициент усиления ОУ, имеет порядок 1000000. Напряжение на выходе может изменяться от +E до -E. Здесь мы не будем вдаваться в особые подробности, и для упрощения понимания рассмотрим яркий пример, где входной резистор и резистор в цепи обратной связи равны между собой: R1=R2.

Итак, в самом начале, когда Uвх=0, следовательно и Ua=0, тогда и Uвых=0, так как напряжение на неинвертирующем входе ОУ не превышает напряжения на его инвертирующем входе.

Если теперь Uвх немного увеличить, то немного увеличится и Ua. Тогда Uвых сильно увеличится (в соответствии с величиной К), поскольку напряжение на неинвертирующем входе ОУ станет превышать напряжение на его инвертирующем входе, который, как мы решили, заземлен. Тогда, за счет того что точка Ua находится между резисторами, включенными согласно приведенной схеме, в точке Ua напряжение сильно увеличится, оно станет равно примерно Uвых/2, и благодаря лавине положительной обратной связи, на выходе ОУ появится устойчивое напряжение Uвых (равное напряжению питания ОУ = E). Таким образом ОУ перешел в устойчивое состояние с высоким уровнем напряжения на выходе. При этом Ua=(E+Uвх)/2.

Если в этом состоянии начать уменьшать Uвх, то даже когда оно станет равным нулю, то в точке Ua все равно будет E/2, и на выходе ОУ все равно будет напряжение высокого уровня Uвых=E.

Триггер Шмитта

Только когда Uвх станет равно -E, только тогда Uа станет равно нулю, и выход ОУ перейдет в состояние с низким уровнем напряжения (-E). В этом случае опять возникнет лавина обратной связи — теперь Uвых=-E, Ua = (Uвх-Е)/2, а это много ниже чем на неинвертирующем входе ОУ. Триггер перешел в устойчивое состояние с низким уровнем на выходе. Чтобы теперь выход ОУ обратно перешел в высокое состояние, необходимо, чтобы Uвх вновь стало равно E, что вызовет очередную лавину обратной связи. Возврата в нулевую точку больше не произойдет.

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Логические микросхемы. Часть 6
  • Логические микросхемы. Часть 7. Триггеры. RS - триггер
  • Логические микросхемы. Часть 8. D - триггер
  • Логические микросхемы. Часть 9. JK триггер
  • Индикатор кратковременных провалов сетевого напряжения
  • Простая RC-цепь для задержки прямоугольных импульсов
  • Логические микросхемы. Часть 10. Как избавиться от дребезга контактов
  • Схемы включения операционных усилителей без обратной связи
  • Интегральный таймер NE555 - история, устройство и приницип работы
  • Логические микросхемы. Часть 2 - логические элементы
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

      Комментарии:

    #1 написал: Сергей |

    Триггер Шмитта (Schmitt trigger) - электронное устройство, используемое для преобразования медленно изменяющегося входного сигнала в быстро изменяющийся выходной сигнал. Он используется в различных электронных устройствах, таких как усилители, генераторы и цифровые схемы, для улучшения их характеристик и стабильности работы. Принцип работы триггера Шмитта заключается в использовании нелинейного элемента, такого как операционный усилитель, для создания гистерезиса (запаздывания) между входным и выходным сигналами. Когда входной сигнал изменяется, операционный усилитель сравнивает его с двумя порогами - верхним и нижним. Если входной сигнал находится между этими порогами, то выход операционного усилителя остается неизменным, независимо от дальнейшего изменения входного сигнала. Как только входной сигнал выходит за пределы одного из порогов, выход операционного усилителя быстро переключается в новое состояние, и остается в нем до тех пор, пока входной сигнал не вернется обратно к порогу. Таким образом, триггер Шмитта позволяет улучшить качество сигнала, устранить шумы и стабилизировать работу электронных устройств. Он также может использоваться для генерации прямоугольных сигналов из синусоидальных, что важно в цифровой обработке сигналов.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.