Hoje descrevemos outro novo componente adicionado à nossa lista, o gatilho Schmitt, um desconhecido para muitos que agora deixará de ser um mistério. E vamos descrever tudo o que você precisa saber sobre ele, como o que é, para que serve, como funciona esse dispositivo eletrônico, e mesmo assim você poderá integrá-lo aos seus projetos com Arduino, etc.
Então, vamos ver o que esse elemento pode fazer por nós...
Conceitos anteriores necessários
Antes de começar com o Schmitt Trigger, é necessário definir alguns conceitos isso será útil para entender melhor o que é e como funciona. Estou me referindo a:
- Comparador: Na eletrônica, um comparador é um dispositivo que compara duas tensões ou correntes e emite um sinal digital indicando qual é maior. Possui dois terminais de entrada analógica e uma saída digital binária. É importante observar isso, pois o gatilho Schmitt é um tipo de comparador. Além disso, este comparador consiste em um amplificador diferencial especializado de alto ganho.
- Histerese: Histerese é uma propriedade na qual o estado de um sistema depende de seu histórico. Por exemplo, um íman pode ter diferentes momentos magnéticos num campo magnético dependendo de como o campo mudou no passado, formando curvas de histerese. Esta propriedade é observada em materiais ferromagnéticos e ferroelétricos e em fenômenos naturais como a deformação de borrachas e ligas com memória de forma. A histerese está associada a mudanças irreversíveis, como transições de fase, e é comum em sistemas naturais. Por que você deveria saber disso? Bem, porque o Schmitt Trigger é um circuito comparador com histerese.
O que é um gatilho Schmitt?
Un Gatilho Schmitt, também conhecido como gatilho Schmitt em espanhol, é um circuito comparador eletrônico que converte um sinal de entrada analógico em um sinal de saída digital. Ele faz isso aplicando feedback positivo para gerar um ponto de comutação histerético, o que significa que o limite para alternar entre os estados lógicos "alto" e "baixo" é diferente para a subida e descida do sinal de entrada. Esse comportamento histerético evita flutuações indesejadas e fornece uma margem de tolerância para sinais de entrada ruidosos ou com pequenas oscilações.
O design foi criado pela primeira vez Otto H. Schmitt em 1934, daí seu nome. Desde então, este componente eletrônico é amplamente utilizado em uma infinidade de aplicações, como veremos mais adiante. Além disso, você deve saber que geralmente é encapsulado em um circuito integrado ou chip, geralmente DIP, e que geralmente consiste em um amplificador operacional (amplificador operacional) Com feedback positivo via resistores, uma entrada não inversora (+) e uma entrada inversora (-) do amplificador operacional são conectadas através da cadeia de resistores, e um resistor adicional também é incluído para feedback positivo da saída para a entrada inversora .
Quanto a comportamento histerético, deve-se dizer que quando o sinal de entrada excede um determinado limite superior, a saída do gatilho Schmitt muda para "alto" e, se o sinal de entrada cair abaixo de um limite inferior diferente, a saída muda para "baixo". A diferença entre os dois limites é chamada de janela de histerese e é essencial para o comportamento histerético. Isto tem vantagens, pois evita respostas rápidas indesejadas devido a pequenas flutuações ou ruído no sinal de entrada. Portanto, oferece imunidade a ruídos.
O gatilho Schmitt é usado para melhorar a imunidade ao ruído em um circuito com um único limite de entrada. Neste caso, um sinal ruidoso próximo do limite poderia causar mudanças rápidas na saída devido ao ruído. O gatilho Schmitt, por possuir dois limites, evita alterações indesejadas, pois um sinal ruidoso próximo a um limite apenas produz uma alteração na saída; Para causar outra mudança, o sinal deve ultrapassar o outro limite.
Un exemplo prático Envolve um fotodiodo infravermelho amplificado que gera um sinal que muda entre valores extremos. Este sinal é suavizado com um filtro passa-baixa e a saída filtrada é conectada ao gatilho Schmitt. Este dispositivo garante que a saída só vá de baixo para alto depois que um sinal infravermelho excita o fotodiodo por mais tempo do que um período conhecido. Uma vez que o gatilho Schmitt está alto, ele só retorna ao nível baixo depois que o sinal infravermelho para de excitar o fotodiodo por mais tempo do que um período semelhante conhecido. Isto evita alterações espúrias causadas pelo ruído ambiental. Os gatilhos Schmitt são comuns em circuitos de comutação, como interruptores de debounce.
Como funciona o gatilho Schmitt
Circuitos com histerese são baseados no feedback positivo, tornando possível converter qualquer circuito ativo em um gatilho Schmitt aplicando feedback positivo com ganho de loop maior que um. O feedback positivo envolve adicionar parte da tensão de saída à tensão de entrada. Esses circuitos, que incluem um atenuador, um somador e um amplificador que atua como comparador, podem ser implementados usando três técnicas específicas.
As duas primeiras técnicas são versões dual (série e paralelo) do sistema geral de feedback positivo. Nestas configurações, a tensão de saída modifica a diferença efetiva da tensão de entrada do comparador, seja 'diminuindo o limite' ou 'aumentando a tensão de entrada do circuito'. Essas configurações incorporam as propriedades de limite e memória em um único elemento. Em vez disso, a terceira técnica separa as propriedades de limite e de memória, proporcionando maior flexibilidade na implementação do circuito.
Utilitários e aplicativos
Os gatilhos Schmitt podem ser usados para diversas aplicações práticas dependendo da configuração, por exemplo:
- Conversão analógico para digital- Este componente é efetivamente um conversor analógico-digital de bit único. Quando o sinal atinge um determinado nível, ele muda do estado baixo para o alto.
- Detecção de nível- é capaz de fornecer detecção de nível. Ao fazer esta aplicação é necessário levar em consideração a tensão de histerese para que o circuito mude na tensão necessária.
- Recepção de linha- Ao trazer uma linha de dados que pode ter captado ruído para uma porta lógica, é necessário garantir que o nível de saída lógica só muda quando a informação muda e não como resultado da captação de ruído espúrio. O uso de um gatilho Schmitt permite que o ruído pico a pico atinja o nível de histerese antes que um disparo espúrio possa ocorrer.
Como casos mais específicos, você pode vê-los em circuitos onde se deseja eliminar saltos em botões mecânicos, em geradores de ondas quadradas, em detectores de nível, em circuitos de proteção contra ruído de linhas de dados, geradores de pulsos e os famosos conversores ADC.
Use como oscilador
Um gatilho Schmitt é um multivibrador biestável que pode ser usado para implementar outro tipo de multivibrador, o oscilador de relaxamento. Isto é conseguido conectando um único circuito integrador RC entre a saída e a entrada de um gatilho Schmitt invertido. A saída será uma onda quadrada contínua cuja frequência depende dos valores de R e C, bem como dos pontos limite do gatilho Schmitt. Como um único IC pode fornecer vários gatilhos Schmitt (por exemplo, o dispositivo CMOS tipo 4000 da série 40106 contém 6 deles), uma seção adicional do IC pode ser rapidamente usada como um oscilador simples e confiável com apenas dois componentes externos.
Neste caso, um gatilho Schmitt baseado em comparador é utilizado em sua configuração invertida. Além disso, um feedback negativo lento é adicionado com uma rede integrativa RC. O resultado é que a saída varia automaticamente de VSS a VDD à medida que o capacitor é carregado de um limite do gatilho Schmitt para o outro.
Pinagem
Você deve ter em mente que de acordo com o modelo de pinagem Pode mudar, por isso recomendo que você consulte sempre a ficha técnica do fabricante correspondente ao modelo que você adquiriu. Porém, como exemplo, aqui temos um chip 74LS14 TTL com 6 gatilhos internos. Portanto, temos um pino DIP que será para alimentação Vcc, e outro para terra ou GND. É assim que todos os gatilhos são alimentados, e então será uma questão de usar a entrada e a saída que mais lhe convier.
Onde comprar
Por último, se você quiser compre um desses Schmitt Trigger, Você pode encontrá-los em lojas especializadas ou em plataformas de vendas online como Amazon:
