Schmittův trigger - celkový pohled

Během návrhu pulzního obvodu může vývojář potřebovat prahové zařízení, které by mohlo tvořit čistý pravoúhlý signál s určitými hodnotami vysokých a nízkých úrovní napětí ze vstupního signálu v pravoúhlém tvaru (například pilovitá nebo sinusová).

Schmittův spouštěč, obvod s párem stabilních výstupních stavů, které se pod vlivem vstupního signálu navzájem nahrazují ve skoku, se pro tuto roli dobře hodí, tj. Výstup je obdélníkový signál.

Charakteristickým rysem Schmittova spouštěče je přítomnost určitého rozsahu mezi úrovněmi napětí pro vstupní signál, když je výstupní napětí vstupního signálu přepnuto na výstupu tohoto spouštěče z nízké úrovně na vysokou a naopak.

Tato vlastnost Schmittova spouštěče se nazývá hystereze a část charakteristiky mezi prahovými vstupními hodnotami se nazývá hysterezní oblast. Rozdíl mezi horní a dolní prahovou hodnotou pro vstup Schmittova spouštění určuje šířku jeho hysterezní oblasti, která slouží jako míra citlivosti spouštěče. Čím širší je hysterezní oblast - čím méně je Schmittův spouštěč, tím je hysterezní oblast užší - čím vyšší je jeho citlivost.

Spouštěče Schmitt jsou k dispozici ve formě specializovaných mikroobvodů, kde lze v jednom pouzdru umístit několik samostatných spouště. Takové mikroobvody mají určitý normalizovaný spínací práh a dávají na výstupu strmé fronty navzdory vstupnímu signálu, který je daleko od pravoúhlého tvaru. Kromě toho může být Schmittův spouštěč postaven také na základě logických prvků, přičemž v tomto případě má vývojář příležitost velmi přesně nastavit a upravit šířku hysterezní oblasti svého prahového zařízení.

Věnujte pozornost číslu a podrobněji zvažte princip spouštěče Schmitta.

Zde je schematické znázornění spouštěcího prvku, jeho přenosových a časových charakteristik. Jak vidíte, je-li úroveň vstupního signálu Uin nižší než spodní prahová hodnota Ufor.n, má spouštěcí výstup Schmitt také nízkou hladinu napětí U0 blízkou nule.

V procesu zvyšování napětí vstupního signálu Uin, jeho hodnota nejprve dosáhne spodní hranice hysterezní oblasti Uпор.н, dolní prahová hodnota, zatímco výstup, jako dříve, nic nemění. A i když vstupní napětí Uin jde do oblasti hystereze a po nějakou dobu je uvnitř, pak se na výstupu nic neděje - na výstupu je stále nízké napětí U0.

Jakmile je však úroveň vstupního napětí Uin porovnána s horním prahem hysterezní oblasti Ufor.in (oblast odezvy), spouštěcí výstup skočí do stavu úrovně vysokého napětí U1. Pokud se vstupní napětí Uin dále zvyšuje (v mezích povolených pro mikroobvod), výstupní napětí Uout se již nezmění, protože je dosaženo jednoho ze dvou stabilních stavů - vysoká úroveň U1.

Nyní řekněme, že vstupní napětí Uin začalo klesat. Při návratu do oblasti hystereze nedochází ke změnám na výstupu, úroveň je stále vysoká U1. Jakmile se však napětí vstupního signálu Uin rovná spodní hranici hysterezní oblasti Uпн.н - Schmittův spouštěcí výstup skočí do stavu s nízkou úrovní napětí U0. Na tomto je založena práce Schmittova spouště.

Někdy se Schmittovy spouštěče ukázaly jako užitečné, pokud je uvnitř mikroobvodu implementován logický prvek „I“ a na výstupu je nainstalován invertor „NOT“ (Schmittův invertující spouště).V tomto případě bude přenosová charakteristika vypadat opačně: když napětí přesáhne horní hranici hysterezní oblasti, objeví se na výstupu Schmittovy spouště nízká úroveň a když se vrátí pod hysterezní oblast, objeví se na výstupu vysoká hladina. To je v podstatě AND-NOT element s hysterezí.

Spoušť Schmitt lze sestavit a na operačním zesilovači (operační zesilovač). Podívejme se na jednu z možností jeho implementace obecně. Invertující vstup op-amp je uzemněn a vstupní signál je veden přes rezistor R1 do neinvertujícího vstupu op-amp. Výstup op-amp podél řetězce zpětné vazby přes rezistor R2 je připojen k neinvertujícímu vstupu op-amp. Obdélníkové napětí je odstraněno z výstupu operačního zesilovače.

Napětí na výstupu operačního zesilovače je tradičně určeno vzorcem Uout = K * Ua. Obvykle se Uout.max rovná napájecímu napětí operačního zesilovače (označme ho bukem E) a K je zesílení zesílení, to je řádově 1 000 000. Výstupní napětí se může měnit od + E do -E. Zde se nebudeme věnovat konkrétním detailům a pro zjednodušení porozumění budeme uvažovat o živém příkladu, kdy vstupní odpor a odpor v obvodu zpětné vazby jsou si navzájem rovny: R1 = R2.

Takže na samém začátku, když Uin = 0, tedy Ua = 0, pak Uout = 0, protože napětí na neinvertujícím vstupu op-amp nepřekračuje napětí na jeho invertujícím vstupu.

Pokud se nyní Uvh mírně zvýší, pak se Ua také mírně zvýší. Pak Uout výrazně vzroste (v souladu s hodnotou K), protože napětí na neinvertujícím vstupu op-amp překročí napětí na jeho invertujícím vstupu, který, jak jsme se rozhodli, je uzemněn. Poté, vzhledem k tomu, že bod Ua je mezi rezistory připojenými podle výše uvedeného schématu, v bodě Ua se napětí výrazně zvýší, stane se přibližně Uout / 2 a díky lavině pozitivní zpětné vazby stabilní napětí Uout (rovné napájecímu napětí) OS = E). Operační zesilovač se tak dostal do stabilního stavu s vysokou úrovní výstupního napětí. Navíc Ua = (E + Uin) / 2.

Pokud v tomto stavu začneme snižovat Uin, pak i když se rovná nule, pak v bodě Ua bude stále E / 2 a na výstupu op-amp bude stále vysoké napětí Uout = E.

Teprve když se Uin rovná -E, teprve pak se Ua rovná nule a výstup op-amp přechází do stavu s nízkou úrovní napětí (-E). V tomto případě opět vznikne lavina zpětné vazby - nyní Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, a to je mnohem méně než na neinvertujícím vstupu op-amp. Spoušť vstoupila do ustáleného stavu s nízkou výstupní úrovní. Aby se výstup operačního zesilovače nyní vrátil do vysokého stavu, je nutné, aby se Uin opět rovnal E, což způsobí další lavinu zpětné vazby. Návrat k nulovému bodu již nedojde.