Триггер шмидта для чего нужен
Принцип работы триггера Шмитта на ОУ
Триггер Шмитта — это компонент электронного устройства, функция которого является формирование постоянно изменяющегося сигнала на входе в серию прямоугольных импульсов на выходе. Применяется в аналого-цифровых преобразователях, фильтрах, линиях связи.
Триггер Шмитта имеет свое отличие от других видов триггеров тем, что он имеет единственный вход и один выход и не имеет свойства памяти. Триггер Шмитта состоит из двух инверторов, имеющих положительно-обратную связь (ПОС), в результате чего состояние выхода триггера может меняться лавинообразно.
Описание работы схемы
Триггер Шмитта это компаратор, имеющий ПОС. В данной схеме доля выходного электрического сигнала ОУ поступает на прямой вход и устанавливает уровень, при котором схема будет переключаться.
Принципиальная схема работы триггера Шмитта на ОУ изображена ниже.
ОУ подключен к двухполярному блоку питания на 5 вольт. На инверсный вход DA1 поступает синусоидный сигнал равный амплитуде 2 В. Сопротивления R1 и R2 имеют значения 25 кОм и 10 кОм. Напряжение на прямом выводе DA1 поступает с делителя напряжения построенного на резисторах R1 и R2, который подключен к выходу ОУ. Формула расчета для определения напряжения насыщения:
На графике можно наблюдать зависимость выходного напряжения триггера Шмитта от входного.
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Что такое триггер Шмидта
Что из себя представляет триггер Шмитта?
Триггер Шмидтта представляет собой логическую схему, которая использует гистерезис для применения положительной обратной связи к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя. Это позволяет выходному сигналу сохранять свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение в самом триггере.
Триггеры Шмидта обычно используются в приложениях для сравнения сигналов с целью устранения помех в цифровых цепях. Они особенно эффективны при удалении шума, вызванного контактным отскоком в переключателях. Основная функция триггера Шмитта заключается в удалении шумов в волновых формах, чтобы предотвратить колебания от непредсказуемых выходных изменений. Простая схема, которая выиграла бы от использования триггера Шмитта, может быть основана на светодиоде, который иногда включается при его активации кнопкой. Добавление триггера Шмитта в эту схему упростит определения уровней сигнала ВКЛ и ВЫКЛ, и светодиод не будет мерцать при включении или отключении.
Принцип работы триггера Шмидта
Триггеры Шмидта имеются в разных устройствах из-за необходимости уменьшения шума в схемах, особенно в цепях, которые должны взаимодействовать между аналоговыми и цифровыми средами. Хотя большинство триггеров Шмитта входят в дискретные сборки или включены в логические ИС, вы все равно можете сами понять, как работает триггер Шмитта. Ниже показана диаграмма сигналов, которая наглядно демонстрирует принцип работы триггера Шмитта.
Отто Шмитт
Триггер Шмитта, как и многие схемы, был назван в честь своего изобретателя Отто Шмитта. Шмитт придумал свой триггер в 1937 году, который он первоначально назвал «термоэлектронным триггером». Но изобретение Шмитта оказало такое глубокое влияние на электронику, что все назвали его триггером Шмитта в честь создателя данного устройства. Отто Шмитту также приписывают изобретение катодного следящего устройства, дифференциального усилителя, стабилизированного усилителя, а также создание области биомедицинской инженерии.
Отто Шмитт жил с 1913 по 1998 год. Он получил степени бакалавра и доктора философии в области физики и зоологии. Он всегда был близок к электронике и математике и изобрел несколько типов схем, которые все еще используются сегодня. Среди них, например, можно выделить искусственные конструкции, имитирующие формирование импульсов нервных волокон. Шмитт был настолько талантлив в области электротехники, что выпустил восемь публикаций по электронике.
Триггер Шмитта. Подробное описание нессиметричного триггера
Что такое триггер Шмитта
Слово trigger, в переводе на русский, значит, спусковой крючок. Функциональность устройства заключается в быстром переходе из одного устойчивого состояния в другое под внешним воздействием.
Большинство подобных устройств имеют заданное одинаковое значение для нарастающего сигнала. Для быстрорастущих сигналов – это не проблема. Но для сигналов, которые имеют очень медленное нарастание (шумовые, например) – колебания назад и вперед из положения off в on и обратно могут вывести из строя прибор. Триггеры Шмитта применимы для медленно изменяющихся сигналов или шума.
Это решение для случаев, когда сигнал на входе колеблется вокруг заданной точки. Схема для получения петли гистерезиса – это значит, что есть два набора точек, одни на низкой стороне, другие на высокой. Допустим, что на стороне низкого заданное значение составляет 2,0 В, а на стороне высокого – 1,5 В. Как только нарастающий входной сигнал (шум) попадает в точку 2.0 В, триггер переключит выход на 1. И сигнал на выходе останется на 1 до тех пор, пока входной сигнал не упадёт обратно до 1,5 В. В зоне от 1,5 и 2.0 В сигнал не переключается.
Самым простым примером применения триггера Шмитта является однополюсный двухпозиционный тумблер.
Перемещением рычага вправо соединяются выступы в центре. Цифровые схемы работают на 1 и 0 (вкл. и выкл.) Серединных значений при этом нет.
Схемы триггеров Шмитта
Существует много схем триггеров Шмитта, в которых необходимо включение элементов, имеющих фиксированные пороги на входе. Можно применять дискретные транзисторы, а также операционный усилитель (ОУ) с дополнительными компонентами, способствующими созданию петли гистерезиса.
На схеме изображено как устройство формирует импульс правильной конфигурации, при произвольном входном сигнале. Подобная схема применяется для преобразования медленно изменяющихся сигналов в импульсы с чётко очерченными краями. Это выполняется и на нескольких устройствах, и на одном ОУ.
Схема триггера Шмитта на транзисторах
Для несимметричного триггера Шмитта характерно несколько устойчивых состояний, когда переход из одного в другое происходит лишь при пороговых уровнях. Поэтому для такого триггера Шмитта характерна гистерезисная передаточная характеристика. В нижеприведённой схеме использованы биполярные транзисторы.
На данном чертеже показано, что триггер Шмитта включает в себя транзисторы VT1 и VT2, гальванически связанные между собой посредством резистора R5. Все элементы имеют общую питающую шину. R1 и R2 обеспечивают рабочий режим транзистора VT1. Организован делитель напряжения (два резистора). Конденсатор C1 служит для ускоренного переключения. Временные диаграммы входных и выходных напряжений устройства показаны на рисунке.
При подаче питания к устройству, он переходит в исходное состояние, когда транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт. В таком состоянии на выход устройства поступает некоторое напряжение Uэ, зависящее от элементов обвязки VT2. Имеются два порога срабатывания в триггере Шмитта (эта разность между напряжениями называется шириной петли гистерезиса).
Триггер Шмитта на логике
Это устройство особенное, потому что имеет по одному аналоговому входу и цифровому выходу. Самая простая схема триггера Шмитта основана на цифровых логических элементах, то есть последовательно включенных двух инверторах. Посредством резистивной обратной связи цифровой сигнал на выходе меняет входное напряжение переключения. Скорости нарастания сигнала на выходе и входе не зависят друг от друга, являясь для данной схемы постоянной величиной (зависящей от быстродействия логических вентилей). Схема триггера Шмитта, построенная на двух инверторах, изображена ниже.
Добавлена обратная связь, обеспеченная двумя резисторами, способствует быстрому изменению напряжения на выходе схемы при пересечении сигналом порогового напряжения. Соотношение между резисторами влияет на глубину этой связи. Тот факт, что часть сигнала с выхода схемы поступает на вход, приводит к тому, что вместо одного порога у схемы получается два. Один из них назван порогом срабатывания схемы (когда на выходе устройства формируется уровень «1»). Второй порог назван порогом отпускания (когда на выходе схемы формируется уровень «0»). Наличие двух порогов дало триггеру Шмитта второе название — схема с гистерезисом. Положительная обратная связь используется для того, чтобы установить лимит для достижения точки насыщения на выходе и, таким образом, можно изменить синусоидальное напряжение в цифровое.
Как определить низкие и высокие пороговые уровни на входе схемы? Логика определения этих пороговых уровней следующая. Необходимо выбрать верхний порог, который ниже минимального высокого уровня сигнала. Другими словами, это тот уровень, когда входной сигнал будет превышать каждый импульс на выходе. Аналогичным образом выбирается нижний порог, который соответственно выше низкого уровня сигнала. Разница между верхним и нижним уровнем является гистерезис. Чем больше гистерезис, тем больше будет восприимчивость схемы к шуму. Также необходимо учесть влияние времени.
На изображении хорошо видны два порога там, где на вход устройства подаётся синусоидальное напряжение.
Генератор на триггере Шмитта
Для построения генераторов применяются инверторы. Посему для обеспечения устойчивых сигнальных волн нужно вывести элемент на участок между «0» и «1». Далее, требуется обеспечить положительную обратную связь посредством конденсаторов.
Ниже изображена схема простейшего генератора импульсов.
Инвертор генерирует сигнал, который заряжает и разряжает конденсатор. Это работает, потому что на выходе инверторов «0» или «1» (низкие или высокие пороговые значения). Представим, что мы смотрим на цепи в какой-то случайный момент времени. По своей природе, триггера Шмитта на выходе инвертора или 0 В или 5 В (или переход между ними, который мы можем игнорировать). Если на выходе 0 В, а на выходе конденсатора выше, чем на выходе инвертора, конденсатор будет разряжаться через резистор до падения порогового напряжения триггера Шмитта. Конденсатор разряжается до тех пор, пока на входе инвертора сигнал достаточно низкий. При пересечении порогового значения, цикл начнётся заново.
Ключ, который делает эту работу на «гистерезис» в триггер Шмитта. В основном это означает, что точка поездки инвертора зависит оттого, что мы идем от высокого напряжения или низкого напряжения.
Заключение
Достоинство схем заключается в том, что входное напряжение меняется незначительно, когда выходное изменяется резко к высокому или низкому пороговому значению. Процесс проводится благодаря устройству обратной связи и делителя напряжения.
В чём польза триггера Шмитта? Они весьма востребованы тогда, где на входе присутствуют шумы. Применяется для преобразования входного сигнала в прямоугольные, пренебрегая высокочастотными помехами. Такая входная цепь осуществляет гистерезис, эффективно фильтрующий различные типы шумов. Использование устройства будет гарантировать, что на входе цифрового устройства всегда будет либо «один» или «ноль» и ничего между ними.
Регенерация цифрового сигнала (Триггер Шмитта)
Микросхемы соединяются между собой печатными проводниками или плоскими кабелями. При распространении цифрового сигнала по этим проводникам он неизбежно искажается. В основном это выражается в затягивании фронтов и поэтому на приёмном конце его приходится восстанавливать. Кроме того, часто приходится подавать на вход цифрового устройства обычные аналоговые сигналы (например, с выхода приёмника). Примерная форма сигнала на входе цифровой микросхемы приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Пример сигнала на входе цифровой микросхемы
Как видно из приведённого рисунка, сигнал на входе микросхемы может принимать любые значения, в том числе и запрещённые для цифровых микросхем. Как уже обсуждалось ранее, это может привести к выходу цифровых микросхем из строя.
Для того, чтобы можно было обрабатывать такие сигналы, применяются специальные схемы, такие как триггеры Шмитта. Триггер Шмитта представляет собой устройство охваченноеположительной обратной связью. Наличие положительной обратной связи приводит к практически мгновенному изменению напряжения на выходе схемы при превышении входным сигналом порогового напряжения. Схема триггера Шмитта, построенная на двух инверторах приведена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема триггера Шмитта
В этой схеме положительная обратная связь образуется двумя резисторами. Глубина обратной связи определяется соотношением между этими резисторами. То, что часть сигнала с выхода схемы триггера Шмитта подаётся на её вход, приводит к тому, что вместо одного порога у неё имеется два порога. Один порог называется порогом срабатывания схемы (когда на выходе триггера Шмитта формируется единичный уровень). Второй порог называется порогом отпускания (когда на выходе триггера Шмитта формируется нулевой уровень). Из-за наличия двух порогов триггер Шмитта имеет ещё одно название — схема с гистерезисом.
Наличие двух порогов отчётливо видно на рисунке 3, где на вход триггера Шмитта подано синусоидальное напряжение. Входной и выходной сигналы исследуемой схемы на этом рисунке совмещены. В результате пороги срабатывания триггера Шмитта можно определить по точкам пересечения синусоиды и выходного сигнала.
Рисунок 3. Преобразование синусоидального сигнала в логический при помощи триггера Шмитта
Благодаря двум порогам схема нечувствительна к шумам на её входе. Ведь если триггер Шмитта перешёл в другое состояние, то для того, чтобы вернуть его в прежнее состояние нужно приложить напряжение, превышающее разность его порогов. Такое полезное свойство триггера Шмитта привело к его широкому использованию в схемах, подверженных влиянию шумов, таких как, например, шумоподавители ЧМ приёмников.
В качестве примера можно привести сигнал на выходе компаратора при воздействии точно такого же синусоидального сигнала, как и на рисунке 3. Эти сигналы приведены на рисунке 4. Как видно из этого рисунка, в момент пересечения синусоидальным сигналом порогового уровня компаратора, на его выходе появляются усиленные шумы входного сигнала. Это приводит к формированию лишних импульсов на выходе схемы, что не всегда приемлемо для правильной работы цифрового устройства в целом.
Рисунок 4. Преобразование синусоидального сигнала в логический при помощи компаратора
Следует отметить, что наличие двух порогов не приводит к изменению логики работы цифровых устройств. Посмотрите внимательно на сигналы, приведённые на рисунке 3. Если сдвинуть выходной сигнал относительно входного, то точки их пересечения совместятся на одном уровне. То есть выходной сигнал триггера Шмитта можно рассматривать просто как задержанный относительно входа усиленный и ограниченный сигнал.
Ещё одно применение триггеры Шмитта нашли в качестве входных каскадов в системных шинах микропроцессоров. Мы помним, что входы цифровых микросхем нельзя бросать в воздухе, однако при работе на шину обязательным условием является возможность отключения источников цифровых сигналов от шины. Для того чтобы при этом входы цифровых микросхем не оставались в воздухе, все проводники в шине подключают к источнику питания или к корпусу при помощи внешних резисторов.
Использование в качестве входных каскадов, подключённых к системной шине, триггеров Шмитта, позволяет избавиться от этих внешних резисторов.
Перечисленные выше причины привели к широкому распространению триггеров Шмитта. Условно-графическое изображение триггера Шмитта приведено на рисунке 5. Символ, изображённый на рабочем поле этого логического элемента говорит о наличии гистерезиса (разности порогов срабатывания).
Рисунок 5. Условно-графическое обозначение триггера Шмитта
В настоящее время производится много готовых микросхем, в которых содержится сразу несколько триггеров Шмитта. Пороги в этих схемах установлены заранее. Например, в микросхеме 555ТЛ2 содержится сразу шесть триггеров Шмитта с разносом порогов 800 мВ.
В КМОП микросхемах пороги срабатывания и отпускания устанавливаются на трети напряжения питания. Примером подобной микросхемы может служить КМОП микросхема К1561ТЛ1, в которой содержится четыре логических элемента «2И», каждый вход которого обладает гистерезисом.
В настоящее время за рубежом широко распространены микросхемы малой логики, где в одном очень маленьком корпусе, обычно с пятью выводами, размещается одиночный логический элемент. В качестве примера одиночного триггера Шмитта можно назвать микросхемы SN74AHC1G14 или SN74LVC1G17.
Дата последнего обновления файла 13.11.2013
Понравился материал? Поделись с друзьями!
Триггер шмидта для чего нужен
_________________
если рассматривать человека снизу, покажется, что мозг у него глубоко в жопе
при взгляде на многих сверху ничего не меняется.
Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc
Dexa  | ||||
Зарегистрирован: Ср ноя 07, 2007 15:17:20 |
| |||
| ||||
| Aheir |
| |
| ||
| aen | ||||
Карма: 157 |
| |||
| ||||
| Dexa | ||||
Зарегистрирован: Ср ноя 07, 2007 15:17:20 |
| |||
| ||||
| Aheir |
| |
| ||
| dinets | |||
Зарегистрирован: Чт авг 12, 2010 10:16:32 |
| ||
| |||
