Trigger de Schmitt: vista general

Durant el disseny del circuit d’impulsos, el desenvolupador pot necessitar un dispositiu llindar que pugui formar un senyal rectangular pur amb certs valors de nivells d’alta i baixa tensió a partir del senyal d’entrada d’una forma no rectangular (per exemple, serra o sinusoïdal).

El disparador de Schmitt, un circuit amb un parell d’estats de sortida estables, que sota l’acció del senyal d’entrada, se substitueixen els uns als altres en un salt, s’ajusta bé, és a dir, la sortida és un senyal rectangular.

Una característica característica del disparador de Schmitt és la presència d’un cert rang entre els nivells de tensió del senyal d’entrada, quan es canvia la tensió de sortida del senyal d’entrada a la sortida d’aquest disparador d’un nivell baix a un alt i viceversa.

Aquesta propietat del disparador de Schmitt s’anomena histèresi i la porció de la característica entre els valors d’introducció del llindar s’anomena regió histèresi. La diferència entre els valors de llindar superior i inferior per a l’entrada de disparador de Schmitt determina l’amplada de la seva regió d’histèresi, que serveix com a mesura de la sensibilitat del disparador. Com més àmplia és la regió histèresis - menys sensible és el desencadenant de Schmitt, més estreta és la regió histèresis - més gran és la seva sensibilitat.

Els disparadors de Schmitt estan disponibles en forma de microcircuits especialitzats, on es poden situar diversos disparadors separats dins d’un allotjament alhora. Aquests microcircuits tenen un cert llindar de commutació normalitzat i donen fronts escarpats a la sortida, malgrat el senyal d’entrada que es troba lluny d’una forma rectangular. A més, el disparador de Schmitt també es pot crear a partir d’elements lògics, en aquest cas el desenvolupador té l’oportunitat de configurar i ajustar amb molta precisió l’amplada de la regió d’histèresi del seu dispositiu llindar.

Fixeu-vos en la figura i considereu més de prop el principi del disparador de Schmitt.

A continuació, es mostra una il·lustració esquemàtica d’un element disparador, així com les seves característiques de transferència i temps. Com podeu veure, quan el nivell de senyal d’entrada Uin és inferior al llindar inferior Ufor.n, la sortida de disparador de Schmitt també té, en conseqüència, un nivell de baix voltatge U0 proper a zero.

En el procés d’augmentar la tensió del senyal d’entrada Uin, el seu valor arriba primer al límit inferior de la regió d’histèresi Uпор.н, el llindar inferior, mentre que la sortida, com abans, no canvia res. I fins i tot quan la tensió d’entrada Uin entra a la regió d’histèresi i, durant algun temps, es troba dins d’aquesta, la sortida encara no es produeix: la sortida continua sent de baixa tensió U0.

Però tan aviat com es compara el nivell de la tensió d’entrada Uin amb el llindar superior de la regió d’histèresi Ufor.in (àrea de resposta): la sortida del disparador salta a l’estat d’un nivell d’alta tensió U1. Si la tensió d’entrada Uin continua augmentant (dins dels límits permesos pel microcircuit), el voltatge de sortida Uout no canviarà mai, ja que s’arriba a un dels dos estats estables: un nivell alt d’U1.

Ara, diguem que el voltatge d’entrada Uin va començar a disminuir. Quan es torna a la regió histèresi, no hi ha canvis a la sortida, el nivell continua sent alt U1. Però tan aviat com la tensió del senyal d’entrada Uin és igual al límit inferior de la regió d’histèresi Uпн.н - la sortida del disparador de Schmitt salta a l’estat amb un nivell de baixa tensió U0. El treball del disparador de Schmitt es basa en això.

De vegades, els desencadenants de Schmitt resulten útils, on l’element lògic “I” s’implementa dins del microcircuit i l’inversor “NO” s’instal·la a la sortida (disparador d’inversió de Schmitt).En aquest cas, la característica de transferència es ve a l’inrevés: quan la tensió va més enllà del límit superior de la regió d’histèresi, a la sortida del disparador de Schmitt apareix un nivell baix, i quan torna per sota de la regió d’histèresi, apareix un nivell alt a la sortida. Aquest és pràcticament un element AND-NOT amb histèresi.

Es pot muntar el disparador de Schmitt i en un amplificador operatiu (amplificador op). Analitzem una de les opcions per a la seva implementació en termes generals. L'entrada inversora de l'amplificador op es connecta a terra i el senyal d'entrada s'envia a través de la resistència R1 fins a l'entrada no inversora de l'amplificador op. La sortida de l'amplificador op al llarg de la cadena de retroalimentació a través de la resistència R2 està connectada a l'entrada no invertida de l'amplificador op. La tensió rectangular s'elimina de la sortida de l'amplificador op.

La tensió a la sortida de l'amplificador operatiu està tradicionalment determinada per la fórmula Uout = K * Ua. Usualment Uout.max és igual al voltatge d’alimentació de l’amplificador op (notem-ho per faig E), i K és el guany d’opamp, és de l’ordre de 1.000.000. La tensió de sortida pot variar de + E a -E. Aquí no entrarem en detalls particulars i, per simplificar la comprensió, considerarem un exemple viu on la resistència d’entrada i la resistència del circuit de retroalimentació són iguals entre si: R1 = R2.

De manera que, al principi, quan Uin = 0, i per tant Ua = 0, llavors Uout = 0, ja que la tensió a l’entrada no inversora de l’amplificador op no supera la tensió en la seva entrada inversora.

Si ara la Uvh augmenta lleugerament, la Ua també augmentarà lleugerament. Aleshores, Uout augmentarà significativament (d’acord amb el valor de K), ja que la tensió a l’entrada no inversora de l’amperi superior sobrepassarà la tensió a la seva entrada inversora, que, com hem decidit, està a terra. Aleshores, degut al fet que el punt Ua es troba entre les resistències connectades segons el diagrama anterior, al punt Ua el voltatge augmentarà significativament, es convertirà aproximadament en Uout / 2 i, a causa de l’allau de retroalimentació positiva, es produeix una tensió estable Uout (igual al voltatge d’alimentació). OS = E). Així, l’amplificador op va passar a un estat estable amb un nivell de tensió de sortida alt. A més, Ua = (E + Uin) / 2.

Si en aquest estat comencem a reduir Uin, fins i tot quan es torna igual a zero, llavors al punt Ua encara serà E / 2, i a la sortida de l’amperi encara hi haurà una tensió d’alt nivell Uout = E.

Només quan Uin és igual a -E, només aleshores Ua és igual a zero i la sortida d’amplificador op passa a un estat amb un nivell de baixa tensió (-E). En aquest cas, tornarà a aparèixer una allau de retroalimentació - ara Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, i això és molt inferior a l’entrada no inversora de l’amplificador op. El disparador ha entrat en estat constant amb un nivell de sortida baix. Per tal que la sortida de l'amplificador operatiu torni a un estat alt, és necessari que Uin torni a ser igual a E, cosa que provocarà una altra allau de retroalimentació. El retorn al punt zero ja no es produirà.