Déclencheur Schmitt - vue générale

Lors de la conception du circuit d'impulsion, le développeur peut avoir besoin d'un dispositif de seuil qui pourrait former un signal rectangulaire pur avec certaines valeurs de niveaux de tension haute et basse à partir du signal d'entrée d'une forme non rectangulaire (par exemple, en dents de scie ou sinusoïdale).

Le déclencheur de Schmitt, un circuit avec une paire d'états de sortie stables qui, sous l'action du signal d'entrée, se remplacent en un saut, s'adapte bien, c'est-à-dire que la sortie est un signal rectangulaire.

Une caractéristique du déclencheur Schmitt est la présence d'une certaine plage entre les niveaux de tension du signal d'entrée, lorsque la tension de sortie du signal d'entrée est commutée à la sortie de ce déclencheur d'un niveau bas à un niveau élevé et vice versa.

Cette propriété du déclencheur de Schmitt est appelée hystérésis et la partie de la caractéristique entre les valeurs d'entrée de seuil est appelée région d'hystérésis. La différence entre les valeurs de seuil supérieures et inférieures pour l'entrée de déclenchement de Schmitt détermine la largeur de sa région d'hystérésis, qui sert de mesure de la sensibilité du déclencheur. Plus la région d'hystérésis est large - moins le déclencheur de Schmitt est sensible, plus la région d'hystérésis est étroite - plus sa sensibilité est élevée.

Les déclencheurs Schmitt sont disponibles sous forme de microcircuits spécialisés, où plusieurs déclencheurs séparés peuvent être situés à l'intérieur d'un boîtier à la fois. De tels microcircuits ont un certain seuil de commutation normalisé, et donnent des fronts raides en sortie, malgré le signal d'entrée qui est loin d'être de forme rectangulaire. En outre, le déclencheur Schmitt peut également être construit sur la base d'éléments logiques, auquel cas le développeur a la possibilité de définir et d'ajuster de manière très précise la largeur de la région d'hystérésis de son dispositif de seuil.

Faites attention à la figure et examinez de plus près le principe du déclencheur de Schmitt.

Voici une illustration schématique d'un élément déclencheur, ainsi que ses caractéristiques de transfert et de temps. Comme vous pouvez le voir, lorsque le niveau du signal d'entrée Uin est inférieur au seuil inférieur Ufor.n, la sortie de déclenchement de Schmitt a également, en conséquence, un niveau de tension basse U0 proche de zéro.

En augmentant la tension du signal d'entrée Uin, sa valeur atteint d'abord la limite inférieure de la région d'hystérésis Uпор.н, le seuil inférieur, tandis que la sortie, comme précédemment, ne change rien. Et même lorsque la tension d'entrée Uin entre dans la région d'hystérésis, et pendant un certain temps à l'intérieur, alors rien ne se passe à la sortie - la sortie est toujours une tension de bas niveau U0.

Mais dès que le niveau de la tension d'entrée Uin est comparé au seuil supérieur de la région d'hystérésis Ufor.in (zone de réponse), la sortie de déclenchement passe à l'état d'un niveau de haute tension U1. Si la tension d'entrée Uin continue d'augmenter (dans les limites autorisées pour le microcircuit), la tension de sortie Uout ne changera plus, car l'un des deux états stables est atteint - un niveau élevé de U1.

Maintenant, disons que la tension d'entrée Uin a commencé à diminuer. Lors du retour dans la région d'hystérésis, il n'y a pas de changement en sortie; le niveau est toujours élevé U1. Mais dès que la tension du signal d'entrée Uin est égale à la limite inférieure de la région d'hystérésis Uпн.н - la sortie de déclenchement de Schmitt saute dans l'état avec un niveau de tension bas U0. Le travail du déclencheur Schmitt est basé sur cela.

Parfois, les déclencheurs Schmitt s'avèrent utiles, où l'élément logique «I» est implémenté à l'intérieur du microcircuit, et l'onduleur «NOT» est installé en sortie (déclencheur inverseur Schmitt).Dans ce cas, la caractéristique de transfert sera inversée: lorsque la tension dépasse la limite supérieure de la région d'hystérésis, un niveau bas apparaît à la sortie du déclencheur Schmitt, et lorsqu'il revient en dessous de la région d'hystérésis, un niveau élevé apparaît à la sortie. Il s'agit pratiquement d'un élément ET-NON avec hystérésis.

La gâchette Schmitt peut être assemblée et sur un amplificateur opérationnel (ampli op). Examinons l'une des options pour sa mise en œuvre en termes généraux. L'entrée inverseuse de l'ampli op est mise à la terre et le signal d'entrée est envoyé à travers la résistance R1 à l'entrée non inverseuse de l'ampli op. La sortie de l'ampli op le long de la chaîne de rétroaction à travers la résistance R2 est connectée à l'entrée non inverseuse de l'ampli op. La tension rectangulaire est supprimée de la sortie de l'ampli op.

La tension en sortie de l'amplificateur opérationnel est traditionnellement déterminée par la formule Uout = K * Ua. Habituellement, Uout.max est égal à la tension d'alimentation de l'ampli op (notons-le hêtre E), et K est le gain opamp, il est de l'ordre de 1 000 000. La tension de sortie peut varier de + E à -E. Ici, nous n'entrerons pas dans des détails particuliers, et pour simplifier la compréhension, nous considérerons un exemple vivant où la résistance d'entrée et la résistance dans le circuit de rétroaction sont égales l'une à l'autre: R1 = R2.

Ainsi, au tout début, lorsque Uin = 0, donc Ua = 0, puis Uout = 0, car la tension à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op ne dépasse pas la tension à son entrée inverseuse.

Si maintenant Uvh est légèrement augmenté, alors Ua augmentera également légèrement. Ensuite, Uout augmentera considérablement (conformément à la valeur de K), car la tension à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op dépassera la tension à son entrée inverseuse, qui, comme nous l'avons décidé, est mise à la terre. Ensuite, du fait que le point Ua est entre les résistances connectées selon le schéma ci-dessus, au point Ua la tension augmentera de manière significative, elle deviendra approximativement Uout / 2, et en raison de l'avalanche de rétroaction positive, une tension stable Uout (égale à la tension d'alimentation OS = E). Ainsi, l'ampli-op est entré dans un état stable avec un niveau de tension de sortie élevé. De plus, Ua = (E + Uin) / 2.

Si dans cet état nous commençons à réduire Uin, alors même quand il devient égal à zéro, alors au point Ua il y aura toujours E / 2, et à la sortie de l'ampli-op il y aura toujours une tension de haut niveau Uout = E.

Ce n'est que lorsque Uin devient égal à -E, que Ua devient alors égal à zéro et que la sortie de l'ampli op passe dans un état avec un niveau de tension faible (-E). Dans ce cas, une avalanche de rétroaction se produira à nouveau - maintenant Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, et cela est beaucoup plus faible qu'à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op. Le déclencheur est entré dans un état stable avec un faible niveau de sortie. Pour que la sortie de l'ampli-op revienne maintenant à un état haut, il est nécessaire que Uin redevienne égal à E, ce qui provoquera une nouvelle avalanche de larsen. Le retour au point zéro ne se produira plus.