Schmitt Trigger: alt hvad du behøver at vide om denne komponent

I dag beskriver vi endnu en ny komponent tilføjet til vores liste, Schmitt-udløseren, et ukendt for mange, som nu vil ophøre med at være et mysterium. Og vi vil beskrive alt, hvad du behøver at vide om det, såsom hvad det er, hvad det er til, hvordan denne elektroniske enhed fungerer, og selv da kan du integrere det med dine projekter med ArduinoOsv

Så lad os se, hvad dette element kan gøre for os...

Nødvendige forudgående koncepter

Før du starter med Schmitt Trigger, er det nødvendigt definere et par begreber det vil være nyttigt for bedre at forstå, hvad det er, og hvordan det virker. Jeg henviser til:

Komparator: I elektronik er en komparator en enhed, der sammenligner to spændinger eller strømme og udsender et digitalt signal, der angiver, hvilket signal der er størst. Den har to analoge indgangsterminaler og en binær digital udgang. Dette er vigtigt at bemærke, da Schmitt-triggeren er en type komparator. Derudover består denne komparator af en specialiseret differentialforstærker med høj forstærkning.
Histérese: Hysterese er en egenskab, hvor et systems tilstand afhænger af dets historie. For eksempel kan en magnet have forskellige magnetiske momenter i et magnetfelt afhængigt af, hvordan feltet tidligere har ændret sig og dannet hysteresekurver. Denne egenskab observeres i ferromagnetiske og ferroelektriske materialer og naturfænomener såsom deformation af gummi og formhukommelseslegeringer. Hysterese er forbundet med irreversible ændringer, såsom faseovergange, og er almindelig i naturlige systemer. Hvorfor skulle du vide dette? Nå, fordi Schmitt Trigger er et komparatorkredsløb med hysterese.

Hvad er en Schmitt Trigger?

Un Schmitt Trigger, også kendt som en Schmitt-trigger på spansk, er et elektronisk komparatorkredsløb, der konverterer et analogt indgangssignal til et digitalt udgangssignal. Den gør dette ved at anvende positiv feedback for at generere et hysteretisk koblingspunkt, hvilket betyder, at tærsklen for at skifte mellem de logiske "høj" og "lav" tilstande er forskellig for stigningen og faldet af inputsignalet. Denne hysteretiske adfærd forhindrer uønskede udsving og giver en tolerancemargen for støjende eller små-jitter-inputsignaler.

Designet blev skabt for første gang Otto H. Schmitt i 1934, deraf navnet. Siden da er denne elektroniske komponent meget brugt i en lang række applikationer, som vi vil se senere. Derudover skal du vide, at det normalt er indkapslet i et integreret kredsløb eller chip, normalt DIP, og at det almindeligvis består af en operationsforstærker (op-amp) Med positiv feedback via modstande er en ikke-inverterende (+) indgang og en inverterende (-) indgang på op-amperen forbundet gennem modstandskæden, og en ekstra modstand er også inkluderet for positiv feedback fra udgangen til den inverterende indgang. .

Med hensyn til hysteretisk adfærd, skal det siges, at når indgangssignalet overstiger en vis øvre tærskel, ændres outputtet fra Schmitt Trigger til "høj", og hvis indgangssignalet falder under en anden nedre tærskel, ændres outputtet til "lav". Forskellen mellem de to tærskler kaldes hysteresevinduet og er afgørende for hysteretisk adfærd. Dette har fordele, da det undgår uønskede hurtige reaktioner på grund af små udsving eller støj i indgangssignalet. Derfor giver den immunitet over for støj.

Schmitt-triggeren er vant til forbedre støjimmunitet i et kredsløb med en enkelt indgangstærskel. I dette tilfælde kan et støjende signal nær tærsklen forårsage hurtige ændringer i outputtet på grund af støj. Schmitt-triggeren undgår ved at have to tærskler uønskede ændringer, da et støjende signal nær en tærskel kun producerer en ændring i outputtet; For at forårsage en anden ændring skal signalet bevæge sig ud over den anden tærskel.

Un praktisk eksempel Det involverer en forstærket infrarød fotodiode, der genererer et signal, der skifter mellem ekstreme værdier. Dette signal udjævnes med et lavpasfilter, og den filtrerede udgang forbindes til Schmitt-triggeren. Denne enhed sikrer, at outputtet kun går fra lavt til højt, efter at et infrarødt signal exciterer fotodioden i længere tid end en kendt periode. Når først Schmitt-triggeren er høj, vender den først tilbage til lav, efter at det infrarøde signal holder op med at excitere fotodioden i længere tid end en tilsvarende kendt periode. Dette undgår falske ændringer forårsaget af miljøstøj. Schmitt-triggere er almindelige i switching-kredsløb, såsom debouncing-kontakter.

Hvordan Schmitt Trigger virker

Kredsløb med hysterese er baseret på positiv feedback, hvilket gør det muligt at konvertere et hvilket som helst aktivt kredsløb til en Schmitt-trigger ved at anvende positiv feedback med en sløjfeforstærkning større end én. Positiv feedback involverer at tilføje noget af udgangsspændingen til indgangsspændingen. Disse kredsløb, som omfatter en attenuator, en adderer og en forstærker, der fungerer som en komparator, kan implementeres ved hjælp af tre specifikke teknikker.

De to første teknikker er versiones dobbelt (serie og parallel) af det generelle positive feedback-system. I disse konfigurationer modificerer udgangsspændingen den effektive forskel mellem komparatorindgangsspændingen, enten ved at 'reducere tærsklen' eller ved at 'øge kredsløbsindgangsspændingen'. Disse konfigurationer inkorporerer tærskelværdien og hukommelsesegenskaberne i et enkelt element. I stedet adskiller den tredje teknik tærskel- og hukommelsesegenskaber, hvilket giver større fleksibilitet i kredsløbsimplementering.

Hjælpeprogrammer og applikationer

Schmitt Triggers kan bruges til flere praktiske anvendelser afhængigt af konfigurationen, for eksempel:

Analog til digital konvertering- Denne komponent er faktisk en enkelt-bit analog-til-digital konverter. Når signalet når et givet niveau, skifter det fra lav til høj tilstand.
Niveaudetektion- er i stand til at give niveaudetektion. Når du laver denne ansøgning, er det nødvendigt at tage højde for hysteresespændingen, så kredsløbet ændres med den nødvendige spænding.
Linjemodtagelse- Når en datalinje, der kan have opfanget støj, bringes til en logisk gate, er det nødvendigt at sikre, at et logisk udgangsniveau kun ændres, når informationen ændres og ikke som følge af, at falsk støj opfanges. Brugen af en Schmitt-trigger gør det muligt for peak-to-peak-støjen at nå hystereseniveauet, før falsk triggering kan forekomme.

Som mere specifikke tilfælde kan du se dem i kredsløb, hvor du ønsker at eliminere afvisninger i mekaniske knapper, i firkantbølgegeneratorer, i niveaudetektorer, i datalinjestøjbeskyttelseskredsløb, pulsgeneratorer og de berømte konvertere ADC.

Bruges som oscillator

En Schmitt trigger er en bistabil multivibrator, der kan bruges til at implementere en anden type multivibrator, afspændingsoscillatoren. Dette opnås ved at forbinde et enkelt RC-integratorkredsløb mellem udgangen og indgangen på en inverteret Schmitt-trigger. Outputtet vil være en kontinuerlig firkantbølge, hvis frekvens afhænger af værdierne af R og C, såvel som tærskelpunkterne for Schmitt-udløseren. Da en enkelt IC kan levere flere Schmitt-triggere (for eksempel indeholder CMOS-enheden af typen 4000 40106-serien 6 af dem), kan en ekstra sektion af IC'en hurtigt bruges som en enkel og pålidelig oscillator med kun to eksterne komponenter. .

I dette tilfælde bruges en komparator-baseret Schmitt-udløser i sin omvendte konfiguration. Derudover tilføjes en langsom negativ feedback med et RC-integrativt netværk. Resultatet er det output spænder automatisk fra VSS til VDD da kondensatoren oplades fra den ene tærskel for Schmitt-udløseren til den anden.

pin ud

Du skal huske på, at iflg pinout model Det kan ændre sig, så jeg anbefaler, at du altid ser producentens datablad svarende til den model, du har købt. Men som et eksempel har vi her en 74LS14 TTL chip med 6 triggere indeni. Derfor har vi en DIP-pin, der vil være til Vcc-strøm, og en anden til jord eller GND. Sådan drives alle triggere, og så er det et spørgsmål om at bruge det input og output, der passer dig.