Vandaag beschrijven we weer een nieuw onderdeel toegevoegd aan onze lijst, de Schmitt-trigger, een onbekende voor velen die nu niet langer een mysterie zal zijn. En we gaan alles beschrijven wat u erover moet weten, zoals wat het is, waar het voor dient, hoe dit elektronische apparaat werkt, en zelfs dan kunt u het integreren met uw projecten met Arduino, Etc.
Laten we eens kijken wat dit element voor ons kan doen...
Noodzakelijke voorafgaande concepten
Voordat u met de Schmitt Trigger begint, is dit noodzakelijk een paar concepten definiëren dat zal van pas komen om beter te begrijpen wat het is en hoe het werkt. Ik verwijs naar:
- Comparator: In de elektronica is een comparator een apparaat dat twee spanningen of stromen vergelijkt en een digitaal signaal afgeeft dat aangeeft welke groter is. Het heeft twee analoge ingangsklemmen en één binaire digitale uitgang. Dit is belangrijk om op te merken, aangezien de Schmitt-trigger een soort comparator is. Bovendien bestaat deze comparator uit een gespecialiseerde differentiële versterker met hoge versterking.
- Historie: Hysteresis is een eigenschap waarbij de toestand van een systeem afhangt van zijn geschiedenis. Een magneet kan bijvoorbeeld verschillende magnetische momenten in een magnetisch veld hebben, afhankelijk van hoe het veld in het verleden veranderde, waardoor hysteresiscurven ontstonden. Deze eigenschap wordt waargenomen in ferromagnetische en ferro-elektrische materialen en natuurlijke verschijnselen zoals de vervorming van rubbers en legeringen met vormgeheugen. Hysteresis wordt geassocieerd met onomkeerbare veranderingen, zoals faseovergangen, en komt veel voor in natuurlijke systemen. Waarom zou je dit moeten weten? Omdat de Schmitt Trigger een comparatorcircuit met hysteresis is.
Wat is een Schmitt-trigger?
Un Schmitt trigger, ook wel bekend als een Schmitt-trigger in het Spaans, is een elektronisch comparatorcircuit dat een analoog ingangssignaal omzet in een digitaal uitgangssignaal. Dit gebeurt door positieve feedback toe te passen om een hysteretisch schakelpunt te genereren, wat betekent dat de drempel voor het schakelen tussen de logische "hoge" en "lage" toestanden verschillend is voor de stijging en daling van het ingangssignaal. Dit hysteretische gedrag voorkomt ongewenste fluctuaties en biedt een tolerantiemarge voor ingangssignalen met ruis of kleine jitter.
Het ontwerp is voor het eerst gemaakt Otto H.Schmitt in 1934, vandaar de naam. Sindsdien wordt dit elektronische onderdeel op grote schaal gebruikt in een groot aantal toepassingen, zoals we later zullen zien. Bovendien moet u weten dat het meestal is ingekapseld in een geïntegreerde schakeling of chip, meestal DIP, en dat het meestal bestaat uit een operationele versterker (op-amp) Bij positieve feedback via weerstanden zijn één niet-inverterende (+) ingang en één inverterende (-) ingang van de op-amp aangesloten via de weerstandsketen, en er is ook een extra weerstand meegeleverd voor positieve feedback van de uitgang naar de inverterende ingang .
Wat betreft hysterisch gedragmoet gezegd worden dat wanneer het ingangssignaal een bepaalde bovendrempel overschrijdt, de uitgang van de Schmitt Trigger naar "hoog" verandert, en als het ingangssignaal onder een andere onderdrempel daalt, de uitgang naar "laag" verandert. Het verschil tussen de twee drempels wordt het hysteresisvenster genoemd en is essentieel voor hysteretisch gedrag. Dit heeft voordelen omdat ongewenste snelle reacties als gevolg van kleine fluctuaties of ruis in het ingangssignaal worden vermeden. Daarom biedt het immuniteit tegen ruis.
De Schmitt-trigger wordt gebruikt verbetering van de geluidsimmuniteit in een circuit met één enkele ingangsdrempel. In dit geval kan een signaal met ruis nabij de drempelwaarde snelle veranderingen in de uitvoer veroorzaken als gevolg van ruis. De Schmitt-trigger vermijdt, doordat hij twee drempels heeft, ongewenste veranderingen, aangezien een signaal met ruis nabij een drempel alleen een verandering in de uitvoer veroorzaakt; Om nog een verandering te veroorzaken, moet het signaal voorbij de andere drempel gaan.
Un praktisch voorbeeld Het gaat om een versterkte infraroodfotodiode die een signaal genereert dat tussen extreme waarden verandert. Dit signaal wordt afgevlakt met een laagdoorlaatfilter en de gefilterde uitgang is verbonden met de Schmitt-trigger. Dit apparaat zorgt ervoor dat de uitvoer pas van laag naar hoog gaat nadat een infraroodsignaal de fotodiode langer dan een bekende periode heeft bekrachtigd. Zodra de Schmitt-trigger hoog is, keert deze pas terug naar laag nadat het infraroodsignaal de fotodiode langer dan een vergelijkbare bekende periode niet meer bekrachtigt. Hierdoor worden ongewenste veranderingen veroorzaakt door omgevingsgeluid vermeden. Schmitt-triggers komen veel voor in schakelcircuits, zoals debouncing-schakelaars.
Hoe de Schmitt-trigger werkt
Circuits met hysteresis zijn gebaseerd op de positieve feedback, waardoor het mogelijk wordt om elk actief circuit om te zetten in een Schmitt-trigger door positieve feedback toe te passen met een lusversterking groter dan één. Positieve feedback houdt in dat een deel van de uitgangsspanning wordt toegevoegd aan de ingangsspanning. Deze circuits, die een verzwakker, een opteller en een versterker die als comparator fungeert, bevatten, kunnen worden geïmplementeerd met behulp van drie specifieke technieken.
De eerste twee technieken zijn versiones dual (serie en parallel) van het algemene positieve feedbacksysteem. In deze configuraties wijzigt de uitgangsspanning het effectieve verschil van de ingangsspanning van de comparator, hetzij door 'de drempel te verlagen' of door 'de ingangsspanning van het circuit te verhogen'. Deze configuraties omvatten de drempel- en geheugeneigenschappen in één enkel element. In plaats daarvan scheidt de derde techniek drempel- en geheugeneigenschappen, waardoor een grotere flexibiliteit bij de circuitimplementatie ontstaat.
Hulpprogramma's en toepassingen
Schmitt Triggers kunnen afhankelijk van de configuratie voor verschillende praktische toepassingen worden gebruikt, bijvoorbeeld:
- Analoog naar digitaal conversie- Dit onderdeel is in feite een enkel-bit analoog-naar-digitaal-omzetter. Wanneer het signaal een bepaald niveau bereikt, verandert het van de lage naar de hoge toestand.
- Niveaudetectie- is in staat niveaudetectie te verzorgen. Bij het maken van deze toepassing is het noodzakelijk om rekening te houden met de hysteresisspanning, zodat het circuit verandert met de vereiste spanning.
- Lijnontvangst- Wanneer een datalijn die mogelijk ruis heeft opgepikt naar een logische poort wordt gebracht, is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat een logisch uitgangsniveau alleen verandert wanneer de informatie verandert en niet als gevolg van het oppikken van valse ruis. Door het gebruik van een Schmitt-trigger kan de piek-tot-piekruis het hysteresisniveau bereiken voordat valse triggering kan optreden.
Als meer specifieke gevallen kun je ze zien in circuits waar je stuiteren in mechanische knoppen wilt elimineren, in blokgolfgeneratoren, in niveaudetectoren, in datalijnruisbeschermingscircuits, pulsgeneratoren en de beroemde ADC-converters.
Gebruik als oscillator
Een Schmitt-trigger is een bistabiele multivibrator die kan worden gebruikt om een ander type multivibrator te implementeren, de relaxatie-oscillator. Dit wordt bereikt door een enkel RC-integratorcircuit aan te sluiten tussen de uitgang en ingang van een omgekeerde Schmitt-trigger. De uitvoer zal een continue blokgolf zijn waarvan de frequentie afhangt van de waarden van R en C, evenals van de drempelpunten van de Schmitt-trigger. Omdat een enkel IC meerdere Schmitt-triggers kan leveren (het CMOS-apparaat van het type 4000 uit de 40106-serie bevat er bijvoorbeeld zes), kan een extra sectie van het IC snel worden gebruikt als een eenvoudige en betrouwbare oscillator met slechts twee externe componenten.
In dit geval wordt een op een comparator gebaseerde Schmitt-trigger gebruikt in zijn omgekeerde configuratie. Bovendien wordt een langzame negatieve feedback toegevoegd met een RC-integratief netwerk. Het resultaat is dat de uitvoer varieert automatisch van VSS tot VDD terwijl de condensator wordt opgeladen van de ene drempel van de Schmitt-trigger naar de andere.
pin uit
Houd er rekening mee dat volgens de pinout-model Dit kan veranderen, dus ik raad u aan altijd het gegevensblad van de fabrikant te raadplegen dat overeenkomt met het model dat u hebt gekocht. Als voorbeeld hebben we hier echter een 74LS14 TTL-chip met 6 triggers erin. Daarom hebben we één DIP-pin voor Vcc-stroom, en een andere voor aarde of GND. Zo worden alle triggers van stroom voorzien, en dan is het een kwestie van de input en output gebruiken die bij je past.
Waar te kopen
Ten slotte, als je wilt koop een van deze Schmitt Trigger, Je kunt ze vinden in gespecialiseerde winkels of op online verkoopplatforms zoals Amazon:
