Триггер Шмитта - Schmitt trigger

Функция передачи триггера Шмитта. По горизонтальной и вертикальной оси отложены входное и выходное напряжение соответственно. Т и -Т - пороги переключения, а M и -M - уровни выходного напряжения.

В электроника, а Триггер Шмитта это компаратор цепь с гистерезис осуществляется путем применения положительный отзыв к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя. Это активная цепь который преобразует аналог входной сигнал в цифровой выходной сигнал. Схема называется «триггером», потому что выход сохраняет свое значение до тех пор, пока входной сигнал не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение. В неинвертирующей конфигурации, когда входной сигнал выше, чем выбранный порог, выход высокий. Когда входной сигнал ниже другого (нижнего) выбранного порогового значения, выходной сигнал низкий, а когда входной сигнал находится между двумя уровнями, выход сохраняет свое значение. Это двойное пороговое действие называется гистерезис и означает, что триггер Шмитта обладает объем памяти и может действовать как бистабильный мультивибратор (защелка или резкий поворот ). Между этими двумя типами схем существует тесная взаимосвязь: триггер Шмитта может быть преобразован в защелку, а защелка может быть преобразована в триггер Шмитта.

Триггерные устройства Шмитта обычно используются в преобразование сигнала приложения для удаления шума из сигналов, используемых в цифровых схемах, особенно механических контакт отказов в переключатели. Они также используются в замкнутый цикл негативный отзыв конфигурации для реализации релаксационные осцилляторы, используется в генераторы функций и импульсные источники питания.

Сравнение действия обыкновенного компаратор (A) и триггер Шмитта (B) на зашумленном аналоговом входном сигнале (U). Зеленые пунктирные линии - пороги переключения схемы. Триггер Шмитта стремится удалить шум из сигнала.

Изобретение

Триггер Шмитта изобрел американский ученый Отто Х. Шмитт в 1934 году, когда он был аспирантом,^[1] позже описан в его докторской диссертации (1937) как «термоэлектронный триггер».^[2] Это был прямой результат исследования Шмитта распространения нейронных импульсов в Кальмар нервы.^[2]

Реализация

Основная идея

Блок-схема триггерной схемы Шмитта. Это система с положительный отзыв в котором выходной сигнал, возвращаемый на вход, заставляет усилитель А для быстрого переключения из одного состояния насыщения в другое, когда входной сигнал пересекает пороговое значение.
А > 1 - усилитель усиление
B <1 это обратная связь функция передачи

Схемы с гистерезисом основаны на фундаментальной идее положительной обратной связи: любую активную схему можно заставить вести себя как триггер Шмитта, применив положительную обратную связь, чтобы усиление контура больше одного. Положительная обратная связь вводится путем добавления части выходного напряжения к входному напряжению. Эти схемы содержат «аттенюатор» (прямоугольник B на рисунке справа) и «лето» (кружок со знаком «+» внутри) в дополнение к усилителю, действующему как компаратор. Есть три конкретных метода реализации этой общей идеи. В первый две из них являются двойными версиями (последовательной и параллельной) общей системы положительной обратной связи. В этих конфигурациях выходное напряжение увеличивает эффективную разность входных напряжений компаратора посредством «уменьшения порога» или «увеличения входного напряжения схемы»; порог и свойства памяти объединены в один элемент. в третья техника, пороговые свойства и свойства памяти разделены.

Динамический порог (обратная связь по серии): когда входное напряжение пересекает порог в каком-то направлении, сама схема меняет свой собственный порог на противоположное. Для этого он вычитает часть своего выходного напряжения из порогового значения (это равно добавлению напряжения к входному напряжению). Таким образом, выход влияет на порог и не влияет на входное напряжение. Эти схемы реализованы дифференциальным усилителем с «последовательной положительной обратной связью», где вход подключен к инвертирующему входу, а выход - к неинвертирующему входу. В этой схеме затухание и суммирование разделены: делитель напряжения действует как аттенюатор, а контур действует как простой последовательное напряжение летом. Примеры - классический транзистор триггер Шмитта с эмиттерной связью, то инвертирующий триггер Шмитта на операционном усилителе, так далее.

Измененное входное напряжение (параллельная обратная связь): когда входное напряжение в каком-то направлении пересекает порог, схема изменяет свое входное напряжение в том же направлении (теперь она добавляет часть своего выходного напряжения непосредственно к входному напряжению). Таким образом, выход увеличивает входное напряжение и не влияет на порог. Эти схемы могут быть реализованы с помощью несимметричного неинвертирующего усилителя с «параллельной положительной обратной связью», где входной и выходной источники подключены через резисторы к входу. Два резистора образуют взвешенный параллельное лето включая затухание и суммирование. Примеры менее знакомы триггер Шмитта с коллекторно-базой, то неинвертирующий триггер Шмитта на операционном усилителе, так далее.

Некоторые схемы и элементы, выставляющие отрицательное сопротивление также могут действовать аналогичным образом: преобразователи отрицательного импеданса (NIC), неоновые лампы, туннельные диоды (например, диод с N-образной вольт-амперной характеристикой в первом квадранте) и т.д. и обратно, когда вход пересекает возрастающий и падающий пороги переключения.

Два разных однонаправленных порога назначаются в этом случае двум отдельным компараторам разомкнутого контура (без гистерезиса), управляющим бистабильный мультивибратор (защелка) или резкий поворот. Триггер переключается на высокий уровень, когда входное напряжение пересекает верхний порог вниз, и на низкий, когда входное напряжение проходит снизу вверх до нижнего порога. Опять же, есть положительная обратная связь, но теперь она сосредоточена только в ячейке памяти. Примерами являются 555 таймер и цепь дребезга переключателя.^[3]

Символ триггера Шмитта показан с неинвертирующим гистерезис кривая, вложенная в буфер. Триггеры Шмитта также могут быть показаны с инвертированными кривыми гистерезиса, за которыми может следовать пузыри. Необходимо ознакомиться с документацией для конкретного используемого триггера Шмитта, чтобы определить, является ли устройство неинвертирующим (т. Е. Когда положительные выходные переходы вызываются положительными входами) или инвертирующими (то есть, где положительные выходные переходы вызваны отрицательными- идущие входы).

Символ триггеров Шмитта на принципиальных схемах представляет собой треугольник с символом внутри, представляющим его идеальную кривую гистерезиса.

Транзисторные триггеры Шмитта

Классическая схема с эмиттерной связью

Триггер Шмитта, реализованный двумя транзисторными каскадами с эмиттерной связью

Оригинальный триггер Шмитта основан на динамический порог идея, реализованная делитель напряжения с переключаемой верхней ножкой (коллекторные резисторы R_C1 и R_C2) и устойчивой голени (R_E). Q1 действует как компаратор с дифференциальный вход (Переход база-эмиттер Q1), состоящий из инвертирующего (база Q1) и неинвертирующего (эмиттер Q1) входов. Входное напряжение подается на инвертирующий вход; выходное напряжение делителя напряжения подается на неинвертирующий вход, таким образом определяя его порог. Выход компаратора управляет вторым общий коллектор этап Q2 ( эмиттер-повторитель) через делитель напряжения R₁-Р₂. Транзисторы с эмиттерной связью Q1 и Q2 фактически составляют электронный переключатель двойного хода который переключает верхние ножки делителя напряжения и изменяет порог в другом (относительно входного напряжения) направлении.

Эту конфигурацию можно рассматривать как дифференциальный усилитель с последовательной положительной обратной связью между его неинвертирующим входом (база Q2) и выходом (коллектор Q1), что вызывает переходный процесс. Также имеется меньшая отрицательная обратная связь, создаваемая эмиттерным резистором R_E. Чтобы положительная обратная связь преобладала над отрицательной и чтобы получить гистерезис, соотношение между двумя резисторами коллектора выбрано R_C1 > R_C2. Таким образом, меньше тока протекает и меньше падение напряжения на R_E когда Q1 включен, чем в случае, когда Q2 включен. В результате схема имеет два разных порога относительно земли (V₋ на изображении).

Операция

Начальное состояние. Для NPN-транзисторов, показанных справа, представьте, что входное напряжение ниже напряжения общего эмиттера (высокий порог для конкретности), так что переход база-эмиттер Q1 имеет обратное смещение, а Q1 не проводит. Базовое напряжение Q2 определяется упомянутым делителем, так что Q2 является проводящим, а триггерный выход находится в низком состоянии. Два резистора R_C2 и R_E формируют еще один делитель напряжения, определяющий высокий порог. Пренебрегая V_БЫТЬ, верхнее пороговое значение приблизительно равно

{ displaystyle V _ { mathrm {HT}} = { frac {R _ { mathrm {E}}} {R _ { mathrm {E}} + R _ { mathrm {C2}}}} {V _ {+} }}

.

Выходное напряжение низкое, но находится над землей. Он приблизительно равен верхнему порогу и может быть недостаточно низким, чтобы быть логическим нулем для следующих цифровых схем. Для этого может потребоваться дополнительная схема переключения после схемы запуска.

Переступая высокий порог. Когда входное напряжение (базовое напряжение Q1) немного превышает напряжение на эмиттерном резисторе R_E (верхний порог) Q1 начинает проводить. Его коллекторное напряжение падает, и Q2 начинает отключаться, потому что делитель напряжения теперь обеспечивает более низкое базовое напряжение Q2. Напряжение общего эмиттера следует за этим изменением и падает, заставляя Q1 проводить больше. Ток начинает рулить от правого звена цепи к левому. Хотя Q1 более проводящий, он пропускает меньше тока через R_E (поскольку R_C1 > R_C2); напряжение эмиттера продолжает падать, а эффективное напряжение база-эмиттер Q1 непрерывно увеличивается. Этот лавинообразный процесс продолжается до тех пор, пока Q1 не станет полностью включенным (насыщенным), а Q2 не выключится. Триггер переходит в состояние высокого уровня, а выходное напряжение (коллектор Q2) близко к V +. Теперь два резистора R_C1 и R_E образуют делитель напряжения, определяющий нижний порог. Его стоимость составляет примерно

{ displaystyle V _ { mathrm {LT}} = { frac {R _ { mathrm {E}}} {R _ { mathrm {E}} + R _ { mathrm {C1}}}} {V _ {+} }}

.

Переступая низкий порог. Теперь, когда триггер находится в высоком состоянии, если входное напряжение достаточно снижается (ниже нижнего порога), Q1 начинает отключение. Снижается ток коллектора; в результате общее напряжение эмиттера немного снижается, а напряжение коллектора Q1 значительно возрастает. R₁-Р₂ Делитель напряжения передает это изменение в базовое напряжение Q2, и он начинает проводить. Напряжение на R_E повышается, дополнительно уменьшая потенциал Q1 база-эмиттер таким же лавинообразным образом, и Q1 перестает проводить. Q2 полностью включается (насыщается), и выходное напряжение снова становится низким.

Вариации

Символ, изображающий инвертирующий триггер Шмитта, показывает перевернутый гистерезис кривая внутри буфер. Другие символы показывают кривую гистерезиса (которая может быть инвертирующей или неинвертирующей), встроенной в буфер, за которой следует пузырек, который похож на традиционный символ для цифровой инвертор который показывает буфер, за которым следует пузырек. В общем, направление триггера Шмитта (инвертирующее или неинвертирующее) не обязательно ясно из символа, потому что используется несколько условных обозначений, даже с одним и тем же производителем. Есть несколько факторов, приводящих к такой неоднозначности:^{[nb 1]} Эти обстоятельства могут потребовать более тщательного изучения документации для каждого конкретного триггера Шмитта.

Неинвертирующая схема. Классический неинвертирующий триггер Шмитта можно превратить в инвертирующий триггер, взяв V_вне от эмиттеров, а не от коллектора Q2. В этой конфигурации выходное напряжение равно динамическому порогу (общему напряжению эмиттера), и оба выходных уровня находятся вдали от шин питания. Другой недостаток заключается в том, что нагрузка изменяет пороги, поэтому она должна быть достаточно высокой. Базовый резистор R_B является обязательным для предотвращения влияния входного напряжения через переход база-эмиттер Q1 на напряжение эмиттера.

Схема с прямой связью. Для упрощения схемы R₁-Р₂ Делитель напряжения можно не использовать, подключая коллектор Q1 напрямую к базе Q2. Базовый резистор R_B также может быть опущен, чтобы источник входного напряжения напрямую управлял базой Q1.^[4] В этом случае напряжение общего эмиттера и напряжение коллектора Q1 не подходят для выходов. В качестве выхода следует использовать только коллектор Q2, поскольку, когда входное напряжение превышает верхний порог и Q1 насыщается, его переход база-эмиттер смещается в прямом направлении и передает изменения входного напряжения непосредственно на эмиттеры. В результате напряжение общего эмиттера и напряжение коллектора Q1 следуют за входным напряжением. Такая ситуация типична для транзисторов с избыточным возбуждением. дифференциальные усилители и ECL ворота.

Коллектор-база связанная схема

BJT бистабильная схема, связанная с коллектором и базой, может быть преобразована в триггер Шмитта, подключив дополнительный базовый резистор к одной из баз

Как и любая защелка, основная часть коллектор-основание соединена бистабильная схема обладает гистерезисом. Таким образом, его можно преобразовать в триггер Шмитта, подключив дополнительный базовый резистор R к одному из входов (база Q1 на рисунке). Два резистора R и R₄ образуют параллельное лето напряжения (кружок на блок-схеме над ), который суммирует выходное (коллектор Q2) напряжение и входное напряжение и управляет несимметричным транзистором «компаратор» Q1. Когда базовое напряжение пересекает пороговое значение (В_BE0 ∞ 0,65 В) в некотором направлении, часть напряжения коллектора Q2 добавляется в том же направлении к входному напряжению. Таким образом, на выходе изменяет входное напряжение посредством параллельной положительной обратной связи и не влияет на порог (напряжение база-эмиттер).

Сравнение схем с эмиттерной и коллекторной связями

Версия с эмиттерной связью имеет то преимущество, что входной транзистор имеет обратное смещение, когда входное напряжение значительно ниже верхнего порога, поэтому транзистор обязательно отключен. Это было важно, когда для реализации схемы использовались германиевые транзисторы, и это преимущество определило ее популярность. Входной базовый резистор можно не устанавливать, поскольку эмиттерный резистор ограничивает ток, когда входная база-эмиттерный переход смещен в прямом направлении.

Триггер Шмитта с эмиттерной связью логический ноль выходной уровень может быть недостаточно низким и может потребоваться дополнительная схема переключения выходного сигнала. Триггер Шмитта с коллекторной связью имеет чрезвычайно низкий (почти нулевой) выход при логический ноль.

Реализации ОУ

Триггеры Шмитта обычно реализуются с использованием операционный усилитель или специальный компаратор.^{[nb 2]} An открытый цикл Операционный усилитель и компаратор можно рассматривать как аналого-цифровое устройство, имеющее аналоговые входы и цифровой выход, который извлекает знак разности напряжений между двумя его входами.^{[№ 3]} Положительная обратная связь применяется путем добавления части выходного напряжения к входному напряжению в серии или параллельно манера. Из-за чрезвычайно высокого усиления операционного усилителя коэффициент усиления также достаточно высок и обеспечивает лавинообразный процесс.

Неинвертирующий триггер Шмитта

Триггер Шмитта реализован неинвертирующим компаратором

В этой схеме два резистора R₁ и R₂ образуют параллельное летнее напряжение. Он добавляет часть выходного напряжения к входному напряжению, тем самым увеличивая его во время и после переключения, которое происходит, когда результирующее напряжение близко к земле. Эта параллельный положительный отзыв создает необходимые гистерезис что контролируется пропорцией между сопротивления из R₁ и R₂. Выход сумматора параллельного напряжения является несимметричным (он вырабатывает напряжение относительно земли), поэтому для схемы не требуется усилитель с дифференциальным входом. Так как обычные операционные усилители имеют дифференциальный вход, инвертирующий вход заземлен, чтобы опорная точка нуля вольт.

Выходное напряжение всегда имеет тот же знак, что и входное напряжение операционного усилителя но он не всегда имеет тот же знак, что и входное напряжение цепи (знаки двух входных напряжений могут отличаться). Когда входное напряжение схемы выше верхнего порога или ниже нижнего порога, выходное напряжение имеет тот же знак, что и входное напряжение цепи (схема не инвертирующая). Он действует как компаратор, который переключается в другой точке в зависимости от того, высокий или низкий на выходе компаратора. Когда входное напряжение схемы находится между пороговыми значениями, выходное напряжение не определено и зависит от последнего состояния (схема ведет себя как элементарная защелка ).

Типичный функция передачи неинвертирующего триггера Шмитта, как в схеме выше.

Например, если триггер Шмитта в настоящее время находится в состоянии высокого уровня, выход будет на положительной шине питания (+ V_S). Выходное напряжение V₊ резистивного лета можно найти, применив теорема суперпозиции:

{ Displaystyle V _ { mathrm {+}} = { frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} cdot V _ { mathrm {in}} + { frac {R_ { 1}} {R_ {1} + R_ {2}}} cdot V _ { mathrm {s}}}

Компаратор переключится, когда V₊= 0. потом ${ Displaystyle {R_ {2}} cdot V _ { mathrm {in}} = - {R_ {1}} cdot V _ { mathrm {s}}}$ (такой же результат можно получить, применяя текущий принцип сохранения). Так ${ displaystyle V _ { text {in}}}$ должен упасть ниже ${ displaystyle - { frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$ чтобы переключить выход. Как только выход компаратора переключится на -V_S, порог становится ${ displaystyle + { frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$ чтобы снова переключиться на высокий. Таким образом, эта схема создает полосу переключения с центром на нуле с уровнями запуска. ${ displaystyle pm { frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$ (его можно сдвинуть влево или вправо, подав напряжение смещения на инвертирующий вход). Входное напряжение должно подниматься выше верхней границы диапазона, а затем ниже нижней границы диапазона, чтобы выход включился (плюс), а затем снова выключился (минус). Если р₁ равно нулю или р₂ бесконечность (т. е. разомкнутая цепь ) полоса сжимается до нулевой ширины и ведет себя как стандартный компаратор. Передаточная характеристика показана на рисунке слева. Значение порога Т дан кем-то ${ displaystyle { frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$ и максимальное значение выхода M это шина питания.

Практичная конфигурация триггера Шмитта с точными порогами

Уникальным свойством цепей с параллельной положительной обратной связью является влияние на входной источник.^{[нужна цитата ]} В цепях с отрицательная параллельная обратная связь (например, инвертирующий усилитель), виртуальная земля на инвертирующем входе отделяет входной источник от выхода операционного усилителя. Здесь нет виртуального заземления, и постоянное выходное напряжение операционного усилителя подается через резистор R₁-Р₂ сеть к источнику входного сигнала. Выход операционного усилителя пропускает противоположный ток через источник входного сигнала (он вводит ток в источник, когда входное напряжение положительное, и потребляет ток из источника, когда оно отрицательное).

Практичный триггер Шмитта с точными порогами показан на рисунке справа. Передаточная характеристика имеет точно такую же форму, что и предыдущая базовая конфигурация, и пороговые значения также такие же. С другой стороны, в предыдущем случае выходное напряжение зависело от источника питания, а теперь оно определяется Стабилитроны (который также может быть заменен одним стабилитрон с двойным анодом ). В этой конфигурации выходные уровни могут быть изменены путем соответствующего выбора стабилитрона, и эти уровни устойчивы к колебаниям напряжения питания (т.е. они увеличивают PSRR компаратора). Резистор р₃ есть ли ограничение тока через диоды, а резистор р₄ минимизирует смещение входного напряжения, вызванное входными токами утечки компаратора (см. ограничения реальных операционных усилителей ).

Инвертирующий триггер Шмитта

Триггер Шмитта реализован инвертирующим компаратором

В инвертирующей версии затухание и суммирование разделены. Два резистора R₁ и R₂ действуют только как «чистый» аттенюатор (делитель напряжения). Цикл ввода действует как простой последовательное напряжение летом который добавляет часть выходного напряжения последовательно к входному напряжению схемы. Эта серия положительных отзывов создает необходимый гистерезис, который регулируется соотношением между сопротивления из R₁ и все сопротивление (R₁ и R₂). Эффективное напряжение, подаваемое на вход операционного усилителя, является плавающим, поэтому операционный усилитель должен иметь дифференциальный вход.

Схема названа инвертирование поскольку выходное напряжение всегда имеет знак, противоположный входному напряжению, когда оно находится вне цикла гистерезиса (когда входное напряжение выше верхнего порога или ниже нижнего порога). Однако, если входное напряжение находится в пределах цикла гистерезиса (между верхним и нижним порогами), схема может быть как инвертирующей, так и неинвертирующей. Выходное напряжение не определено и зависит от последнего состояния, поэтому схема ведет себя как элементарная защелка.

Для сравнения двух версий будет рассмотрена работа схемы при тех же условиях, что и выше. Если триггер Шмитта в данный момент находится в высоком состоянии, выход будет на положительной шине питания (+ V_S). Выходное напряжение V₊ делителя напряжения составляет:

{ Displaystyle V _ { mathrm {+}} = { frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} cdot V _ { mathrm {s}}}

Компаратор переключится, когда V_в = V₊. Так ${ displaystyle V _ { text {in}}}$ должно превышать это напряжение, чтобы выход переключился. Как только выход компаратора переключится на -V_S, порог становится ${ displaystyle - { frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} {V_ {s}}}$ чтобы снова переключиться на высокий. Таким образом, эта схема создает полосу переключения с центром на нуле с уровнями запуска. ${ displaystyle pm { frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} {V_ {s}}}$ (его можно сдвинуть влево или вправо, подключив R₁ к напряжению смещения). Входное напряжение должно подниматься выше верхней границы диапазона, а затем ниже нижней границы диапазона, чтобы выход выключился (минус), а затем снова включился (плюс). Если р₁ равен нулю (т. е. a короткое замыкание ) или р₂ равна бесконечности, полоса сжимается до нулевой ширины и ведет себя как стандартный компаратор.

В отличие от параллельной версии, эта схема не влияет на входной источник, поскольку источник отделен от выхода делителя напряжения высоким дифференциальным импедансом на входе операционного усилителя.

В инвертирующем усилителе падение напряжения на резисторе (R1) определяет опорные напряжения, то есть верхнее пороговое напряжение (V +) и нижнее пороговое напряжение (V-) для сравнения с подаваемым входным сигналом. Эти напряжения фиксированы, как и выходное напряжение, и номиналы резистора.

Таким образом, изменяя падение на (R1) пороговых напряжений, можно изменять. Посредством добавления напряжения смещения последовательно с резистором (R1) падение на нем может быть изменено, что может изменить пороговые напряжения. Желаемые значения эталонных напряжений могут быть получены путем изменения напряжения смещения.

Приведенные выше уравнения можно изменить как ${ Displaystyle pm Vs (R1 / R1 + R2) + Vb (R2 / R1 + R2)}$

Приложения

Триггеры Шмитта обычно используются в конфигурациях разомкнутого контура для обеспечения помехоустойчивости и замкнутый цикл конфигурации для реализации генераторы функций.

Аналого-цифровое преобразование: Триггер Шмитта фактически представляет собой однобитный аналого-цифровой преобразователь. Когда сигнал достигает заданного уровня, он переключается с низкого на высокий уровень.
Обнаружение уровня: Схема триггера Шмитта может обеспечивать определение уровня. При выполнении этого приложения необходимо учитывать напряжение гистерезиса, чтобы схема включала необходимое напряжение.
Линия приема: При запуске линии данных, которая могла уловить шум в логический вентиль, необходимо гарантировать, что уровень логического выхода изменяется только по мере изменения данных, а не в результате паразитного шума, который мог быть уловлен. Использование триггера Шмитта в широком смысле позволяет размаху шума достичь уровня гистерезиса до того, как может произойти ложный запуск.

Помехоустойчивость

Одним из применений триггера Шмитта является повышение помехоустойчивости в цепи с одним входным порогом. Только с одним порогом входа шумный входной сигнал ^{[№ 4]} близость к этому порогу может привести к быстрому переключению выхода назад и вперед только из-за шума. Шумный входной сигнал триггера Шмитта около одного порога может вызвать только одно переключение выходного значения, после чего он должен будет выйти за пределы другого порога, чтобы вызвать другое переключение.

Например, усиленный инфракрасный фотодиод может генерировать электрический сигнал, который часто переключается между своим самым низким и абсолютным значениями. Тогда этот сигнал фильтр нижних частот для формирования плавного сигнала, который нарастает и падает в соответствии с относительным временем включения и выключения сигнала переключения. Отфильтрованный выходной сигнал поступает на вход триггера Шмитта. Конечный результат заключается в том, что выходной сигнал триггера Шмитта переходит от низкого уровня к высокому только после того, как принятый инфракрасный сигнал возбуждает фотодиод на более длительный, чем некоторый известный период, и как только триггер Шмитта становится высоким, он переходит в низкий уровень только после того, как инфракрасный сигнал перестает возбуждать фотодиод дольше, чем аналогичный известный период.В то время как фотодиод подвержен ложному переключению из-за шума окружающей среды, задержка, добавляемая фильтром и триггером Шмитта, гарантирует, что выход переключается только тогда, когда действительно есть вход, стимулирующий устройство.

Триггеры Шмитта распространены во многих схемах переключения по аналогичным причинам (например, для выключить дебонинг ).

Список ИС, включая входные триггеры Шмитта

Philips 74HCT14D, шестигранный инвертирующий триггер Шмитта

Следующее 7400 серии устройства включают триггер Шмитта на своих входах: (см. Список интегральных схем серии 7400 )

7413: Двойной триггер Шмитта с 4 входами NAND Gate
7414: Инвертор с шестигранным триггером Шмитта.
7418: Двойной триггер Шмитта с 4 входами NAND Gate
7419: Инвертор с шестигранным триггером Шмитта.
74121: Моностабильный мультивибратор с триггерными входами Шмитта.
74132: Триггер Шмитта NAND с четырьмя входами и 2 входами
74221: Двойной моностабильный мультивибратор с триггером Шмитта
74232: Триггер Шмитта Quad NOR
74310: восьмеричный буфер с входами триггера Шмитта
74340: Восьмеричный буфер с входами триггера Шмитта и инвертированными выходами с тремя состояниями
74341: восьмеричный буфер с триггерными входами Шмитта и неинвертированными выходами с тремя состояниями
74344: Восьмеричный буфер с триггерными входами Шмитта и неинвертированными выходами с тремя состояниями
74 (HC / HCT)7Восьмеричный буфер 541 с входами триггера Шмитта и неинвертированными выходами с тремя состояниями
SN74LV8151 - это 10-битный универсальный буфер триггера Шмитта с 3-позиционными выходами.

Количество 4000 серии устройства включают триггер Шмитта на своих входах: (см. Список интегральных схем серии 4000 )

4017: Десятилетний счетчик с декодированными выходами.
4020: 14-ступенчатый двоичный счетчик пульсаций
4022: Восьмеричный счетчик с декодированными выходами
4024: 7-ступенчатый двоичный счетчик пульсаций
4040: 12-ступенчатый двоичный счетчик пульсаций
4093: четырехканальная И-НЕ с 2 входами
4538: Двойной моностабильный мультивибратор.
4584: Шестнадцатеричный инвертирующий триггер Шмитта.
40106: инвертор с шестигранной головкой

Конфигурируемые по входу Шмитта однокристальные микросхемы: (см. Список интегральных схем серии 7400 # микросхемы с одним затвором )

NC7SZ57 Fairchild
NC7SZ58 Fairchild
SN74LVC1G57 Техасские инструменты
SN74LVC1G58 Техасские инструменты

Использовать как осциллятор

Выход и конденсатор формы волны для компаратор -на основании релаксационный осциллятор

Реализация релаксационного осциллятора на основе триггера Шмитта

Триггер Шмитта - это бистабильный мультивибратор, и его можно использовать для реализации другого типа мультивибратора, релаксационный осциллятор. Это достигается подключением одной интегрирующей RC-цепи между выходом и входом инвертирующего триггера Шмитта. На выходе будет непрерывный прямоугольная волна чья частота зависит от значений R и C, а также от пороговых точек триггера Шмитта. Поскольку несколько схем триггера Шмитта могут быть обеспечены одним Интегральная схема (например, 4000 серии CMOS Тип устройства 40106 содержит их 6), запасная часть ИС может быть быстро введена в эксплуатацию как простой и надежный генератор всего с двумя внешними компонентами.

Здесь триггер Шмитта на основе компаратора используется в его инвертирующая конфигурация. Дополнительно добавляется медленная отрицательная обратная связь с интегрирующим RC сеть. Результат, показанный справа, состоит в том, что выход автоматически колеблется от V_СС к V_DD когда конденсатор заряжается от одного порога срабатывания триггера Шмитта до другого.

Смотрите также

Применение операционных усилителей
Схема бистабильного мультивибратора
Пороговый детектор с гистерезисом
Список интегральных схем серии 4000 - включает логические микросхемы с входами триггера Шмитта
Список интегральных схем серии 7400 - включает логические микросхемы с входами триггера Шмитта

Заметки

^ Одним из факторов, способствующих неоднозначности, является то, что одна простая реализация триггера Шмитта на основе транзисторов является естественным образом инвертирующим, а неинвертирующий триггер Шмитта иногда состоит из такой инвертирующей реализации, за которой следует инвертор. Дополнительный инвертор может быть добавлен для буферизации автономной инвертирующей конфигурации. Следовательно, инвертирующие конфигурации в интегральной схеме могут быть естественным образом инвертирующими, в то время как неинвертирующие конфигурации реализуются с одним инвертором, а автономные инвертирующие конфигурации могут быть реализованы с двумя инверторами. В результате символы, которые объединяют инвертирующие пузырьки и кривые гистерезиса, могут использовать кривую гистерезиса для описания всего устройства или только встроенного триггера Шмитта.
^ Обычно в схемах операционных усилителей используется отрицательная обратная связь. Некоторые операционные усилители предназначены для использования только в конфигурациях с отрицательной обратной связью, которые обеспечивают незначительную разницу между инвертирующими и неинвертирующими входами. Они включают схему защиты входа, которая предотвращает срабатывание инвертирующих и неинвертирующих входов на большом расстоянии друг от друга. Например, схемы клиперов состоит из двух универсальных диоды с противоположным смещением параллельно [1] или два Стабилитроны с противоположным смещением последовательно (т.е. стабилитрон с двойным анодом ) иногда используются внутри двух входов операционного усилителя. В этих случаях операционные усилители не смогут работать как компараторы. И наоборот, компараторы разработаны с учетом того, что входные напряжения могут значительно различаться.
^ Когда неинвертирующий (+) вход имеет более высокое напряжение, чем инвертирующий (-) вход, выход компаратора переключается почти на +V_S, что является его высоким напряжением питания. Когда на неинвертирующем (+) входе напряжение ниже, чем на инвертирующем (-) входе, выход компаратора переключается почти на -V_S, что является его низким напряжением питания.
^ Предполагается, что амплитуда шума мала по сравнению с изменением порога триггера Шмитта.

использованная литература

^ Шмитт, Отто Х. (январь 1938 г.). «Термоэмиссионный триггер». Журнал научных инструментов (15): 24–26. Дои:10.1088/0950-7671/15/1/305.
^ ^а ^б Выпуск информационного бюллетеня Музея радиовещания им. Павека за август 2004 г. - http://160.94.102.47/Otto_Images/PavekOHSbio.pdf
^ Отбойные переключатели с защелкой SR
^ 7414 лист данных

внешние ссылки

[4] Одним из факторов, способствующих неоднозначности, является то, что одна простая реализация триггера Шмитта на основе транзисторов является естественным образом инвертирующим, а неинвертирующий триггер Шмитта иногда состоит из такой инвертирующей реализации, за которой следует инвертор. Дополнительный инвертор может быть добавлен для буферизации автономной инвертирующей конфигурации. Следовательно, инвертирующие конфигурации в интегральной схеме могут быть естественным образом инвертирующими, в то время как неинвертирующие конфигурации реализуются с одним инвертором, а автономные инвертирующие конфигурации могут быть реализованы с двумя инверторами. В результате символы, которые объединяют инвертирующие пузырьки и кривые гистерезиса, могут использовать кривую гистерезиса для описания всего устройства или только встроенного триггера Шмитта.

[6] Обычно в схемах операционных усилителей используется отрицательная обратная связь. Некоторые операционные усилители предназначены для использования только в конфигурациях с отрицательной обратной связью, которые обеспечивают незначительную разницу между инвертирующими и неинвертирующими входами. Они включают схему защиты входа, которая предотвращает срабатывание инвертирующих и неинвертирующих входов на большом расстоянии друг от друга. Например, схемы клиперов состоит из двух универсальных диоды с противоположным смещением параллельно [1] или два Стабилитроны с противоположным смещением последовательно (т.е. стабилитрон с двойным анодом ) иногда используются внутри двух входов операционного усилителя. В этих случаях операционные усилители не смогут работать как компараторы. И наоборот, компараторы разработаны с учетом того, что входные напряжения могут значительно различаться.

[7] Когда неинвертирующий (+) вход имеет более высокое напряжение, чем инвертирующий (-) вход, выход компаратора переключается почти на +V_S, что является его высоким напряжением питания. Когда на неинвертирующем (+) входе напряжение ниже, чем на инвертирующем (-) входе, выход компаратора переключается почти на -V_S, что является его низким напряжением питания.

[8] Предполагается, что амплитуда шума мала по сравнению с изменением порога триггера Шмитта.

[trigger1-1] Шмитт, Отто Х. (январь 1938 г.). «Термоэмиссионный триггер». Журнал научных инструментов (15): 24–26. Дои:10.1088/0950-7671/15/1/305.

[trigger2-2] а ^б Выпуск информационного бюллетеня Музея радиовещания им. Павека за август 2004 г. - http://160.94.102.47/Otto_Images/PavekOHSbio.pdf

[3] Отбойные переключатели с защелкой SR

[5] 7414 лист данных

[1]

[2]

[3]

[nb 1]

[4]

[nb 2]

[№ 3]

[№ 4]