Dziś opisujemy kolejny nowy komponent dodany do naszej listy, spust Schmitta, nieznane dla wielu, którzy teraz przestaną być tajemnicą. A my opiszemy wszystko, co warto o nim wiedzieć, czyli co to jest, do czego służy, jak działa to urządzenie elektroniczne, a nawet wtedy będziesz mógł je zintegrować ze swoimi projektami za pomocą Arduino, itp.
Zobaczmy więc, co ten pierwiastek może dla nas zrobić...
Niezbędne wstępne koncepcje
Przed rozpoczęciem pracy z wyzwalaczem Schmitta jest to konieczne zdefiniuj kilka pojęć Przyda się to, aby lepiej zrozumieć, co to jest i jak działa. Mam na myśli:
- Komparator: W elektronice komparator to urządzenie, które porównuje dwa napięcia lub prądy i wysyła sygnał cyfrowy wskazujący, które jest większe. Posiada dwa analogowe zaciski wejściowe i jedno binarne wyjście cyfrowe. Należy o tym pamiętać, ponieważ wyzwalacz Schmitta jest rodzajem komparatora. Dodatkowo komparator ten składa się ze specjalistycznego wzmacniacza różnicowego o wysokim wzmocnieniu.
- Histereza: Histereza to właściwość, w której stan systemu zależy od jego historii. Na przykład magnes może mieć różne momenty magnetyczne w polu magnetycznym, w zależności od tego, jak pole zmieniało się w przeszłości, tworząc krzywe histerezy. Właściwość tę obserwuje się w materiałach ferromagnetycznych i ferroelektrycznych oraz zjawiskach naturalnych, takich jak odkształcenie gum i stopów z pamięcią kształtu. Histereza wiąże się z nieodwracalnymi zmianami, takimi jak przejścia fazowe, i jest powszechna w układach naturalnych. Dlaczego powinieneś to wiedzieć? Ano dlatego, że wyzwalacz Schmitta jest obwodem porównawczym z histerezą.
Co to jest wyzwalacz Schmitta?
Un Wyzwalacz Schmitta, znany również jako wyzwalacz Schmitta w języku hiszpańskim, to elektroniczny obwód komparatora, który przekształca analogowy sygnał wejściowy na cyfrowy sygnał wyjściowy. Dokonuje tego poprzez zastosowanie dodatniego sprzężenia zwrotnego w celu wygenerowania histeretycznego punktu przełączania, co oznacza, że próg przełączania pomiędzy stanami logicznymi „wysoki” i „niski” jest inny dla narastania i opadania sygnału wejściowego. To histeryczne zachowanie zapobiega niepożądanym fluktuacjom i zapewnia margines tolerancji dla sygnałów wejściowych z zakłóceniami lub małymi jitterami.
Projekt powstał po raz pierwszy Otto H. Schmitta w 1934 r, stąd jego nazwa. Od tego czasu ten element elektroniczny jest szeroko stosowany w wielu zastosowaniach, jak zobaczymy później. Ponadto powinieneś wiedzieć, że jest on zwykle zamknięty w układzie scalonym lub chipie, zwykle DIP, i że zwykle składa się z wzmacniacz operacyjny (wzmacniacz operacyjny) W przypadku dodatniego sprzężenia zwrotnego za pośrednictwem rezystorów jedno wejście nieodwracające (+) i jedno wejście odwracające (-) wzmacniacza operacyjnego są połączone poprzez łańcuch rezystorów, a dodatkowy rezystor jest również dołączony do dodatniego sprzężenia zwrotnego z wyjścia do wejścia odwracającego .
Jeśli chodzi histeryczne zachowanie, trzeba powiedzieć, że gdy sygnał wejściowy przekroczy pewien górny próg, wyjście wyzwalacza Schmitta zmienia się na „wysokie”, a jeśli sygnał wejściowy spadnie poniżej innego dolnego progu, wyjście zmienia się na „niskie”. Różnica między tymi dwoma progami nazywana jest oknem histerezy i jest niezbędna dla zachowania histeretycznego. Ma to tę zaletę, że pozwala uniknąć niepożądanych szybkich reakcji spowodowanych niewielkimi wahaniami lub szumem w sygnale wejściowym. Dlatego zapewnia odporność na hałas.
Do tego przyzwyczajony jest spust Schmitta poprawić odporność na hałas w obwodzie z jednym progiem wejściowym. W takim przypadku zaszumiony sygnał w pobliżu progu może spowodować szybkie zmiany sygnału wyjściowego z powodu szumu. Wyzwalacz Schmitta, dzięki dwóm progom, pozwala uniknąć niepożądanych zmian, ponieważ zaszumiony sygnał w pobliżu progu powoduje jedynie zmianę na wyjściu; Aby spowodować kolejną zmianę, sygnał musi przekroczyć drugi próg.
Un praktyczny przykład Wykorzystuje wzmocnioną fotodiodę podczerwieni, która generuje sygnał o wartościach zmieniających się pomiędzy skrajnymi. Sygnał ten jest wygładzany filtrem dolnoprzepustowym, a przefiltrowane wyjście podłączane jest do wyzwalacza Schmitta. Urządzenie to zapewnia, że sygnał wyjściowy zmieni się z niskiego na wysoki dopiero wtedy, gdy sygnał podczerwieni pobudzi fotodiodę na dłużej niż znany okres. Gdy wyzwalacz Schmitta jest w stanie wysokim, powraca do stanu niskiego dopiero wtedy, gdy sygnał podczerwieni przestanie wzbudzać fotodiodę na dłużej niż podobny znany okres. Pozwala to uniknąć fałszywych zmian spowodowanych hałasem otoczenia. Wyzwalacze Schmitta są powszechne w obwodach przełączających, takich jak przełączniki odbijające.
Jak działa spust Schmitta
Obwody z histerezą oparte są na pozytywne opinie, umożliwiając przekształcenie dowolnego aktywnego obwodu w wyzwalacz Schmitta poprzez zastosowanie dodatniego sprzężenia zwrotnego ze wzmocnieniem pętli większym niż jeden. Dodatnie sprzężenie zwrotne polega na dodaniu części napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego. Obwody te, które obejmują tłumik, sumator i wzmacniacz pełniący funkcję komparatora, można wdrożyć za pomocą trzech określonych technik.
Pierwsze dwie techniki to versiones podwójny (szeregowy i równoległy) ogólnego systemu dodatniego sprzężenia zwrotnego. W tych konfiguracjach napięcie wyjściowe modyfikuje efektywną różnicę napięcia wejściowego komparatora poprzez „zmniejszenie progu” lub „zwiększenie napięcia wejściowego obwodu”. Konfiguracje te łączą właściwości progowe i pamięci w jednym elemencie. Zamiast tego trzecia technika oddziela właściwości progowe i pamięci, zapewniając większą elastyczność w realizacji obwodów.
Narzędzia i aplikacje
Wyzwalacze Schmitta mogą być używane do kilku praktycznych zastosowań w zależności od konfiguracji, na przykład:
- Konwersja analogowo-cyfrowa- Ten element jest w rzeczywistości jednobitowym przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Gdy sygnał osiągnie zadany poziom, zmienia się ze stanu niskiego na wysoki.
- Wykrywanie poziomu- jest w stanie zapewnić wykrywanie poziomu. Wykonując tę aplikację, należy wziąć pod uwagę napięcie histerezy, aby obwód zmieniał się o wymagane napięcie.
- Odbiór linii- Przy doprowadzeniu linii danych, która mogła wykryć szum, do bramki logicznej, konieczne jest zapewnienie, że poziom wyjścia logicznego zmienia się tylko wtedy, gdy zmieniają się informacje, a nie w wyniku wychwytywania fałszywych szumów. Zastosowanie wyzwalacza Schmitta pozwala, aby szum międzyszczytowy osiągnął poziom histerezy, zanim może nastąpić fałszywe wyzwolenie.
W bardziej specyficznych przypadkach można je zobaczyć w obwodach, w których chcesz wyeliminować odbicia w przyciskach mechanicznych, w generatorach fali prostokątnej, w detektorach poziomu, w obwodach ochrony przed zakłóceniami linii danych, generatorach impulsów i słynnych przetwornikach ADC.
Użyj jako oscylatora
Wyzwalacz Schmitta to bistabilny multiwibrator, który można wykorzystać do realizacji innego typu multiwibratora, oscylator relaksacyjny. Osiąga się to poprzez podłączenie pojedynczego obwodu integratora RC pomiędzy wyjściem i wejściem odwróconego wyzwalacza Schmitta. Wyjściem będzie ciągła fala prostokątna, której częstotliwość zależy od wartości R i C, a także punktów progowych wyzwalacza Schmitta. Ponieważ pojedynczy układ scalony może zapewnić kilka wyzwalaczy Schmitta (na przykład urządzenie CMOS typu 4000 z serii 40106 zawiera ich 6), dodatkową sekcję układu scalonego można szybko wykorzystać jako prosty i niezawodny oscylator z tylko dwoma komponentami zewnętrznymi.
W tym przypadku stosowany jest wyzwalacz Schmitta oparty na komparatorze w konfiguracji odwróconej. Dodatkowo w przypadku zintegrowanej sieci RC dodawane jest powolne ujemne sprzężenie zwrotne. Rezultatem jest to wyjście automatycznie zmienia się w zakresie od VSS do VDD gdy kondensator ładuje się od jednego progu wyzwalacza Schmitta do drugiego.
rozwałkować
Należy mieć na uwadze, że zgodnie z model pinów Może się to zmienić, dlatego radzę zawsze zapoznać się z kartą katalogową producenta odpowiadającą zakupionemu modelowi. Jednak jako przykład tutaj mamy chip 74LS14 TTL z 6 wyzwalaczami w środku. Dlatego mamy jeden pin DIP, który będzie przeznaczony do zasilania Vcc, a drugi do masy lub GND. W ten sposób zasilane są wszystkie wyzwalacze i wtedy będzie to kwestia wykorzystania wejścia i wyjścia, które Ci odpowiada.
Gdzie kupić
Wreszcie, jeśli chcesz kup jeden z tych wyzwalaczy Schmitta, Znajdziesz je w wyspecjalizowanych sklepach lub na internetowych platformach sprzedażowych takich jak Amazon:
