Триггер Шмитта алгоритм работы, применение Электроника, Микроэлектроника…
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про триггер шмидта, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое триггер шмидта , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
Триггер Шмитта — двухпозиционный релейный (переключающий) элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности — петлю гистерезиса.
В узком смысле триггер Шмитта — электронное устройство, в более широком смысле — любой переключающий элемент с гистерезисом, реализованный на любых физических принципах — электромеханические устройства, пневматические, чисто механические.
Если в компаратор вводится положительная обратная связь (ПОС), то такое устройство называют триггером Шмита.
Триггером называют устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала.
Состояние устойчивого равновесия характеризуется тем, что после слабого воздействия устройство возвращается в исходное состояние, т.е. токи и напряжения принимают исходные значения.
Фазовая траектория (статическая характеристика) триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлей гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики при входном сигнале, величина которого находится между порогами переключения, позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры, обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности (состояние хранения записанной информации) определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.
Схемотехнически электронный триггер Шмитта представляет собой объединение двух устройств: двухпорогового компаратора и явно или неявно присутствующего RS-триггера.
В реализации, называемой «прецизионный триггер Шмитта» или, иногда, называемый более длинно — «прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером», двухпороговый компаратор и RS-триггер присутствуют явно, причем двухпороговый компаратор выполнен в виде двух однопороговых компараторов с разными порогами
.В иной реализации, называемой «Триггер Шмитта с обратной связью» или «Компаратор с гистерезисом», двухпороговый компаратор схемно образуется из однопорогового компаратора с переключаемой посредством положительной обратной связи порогом, причем в одном состоянии компаратора формируется уровень верхнего порога переключения, а в другом — уровень нижнего порога переключения. Эта же положительная обратная связь организует из того же одного компаратора и неявный RS-триггер.
Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления двухуровневого цифрового сигнала, искаженного в линиях связи помехами и искажениями, в фильтрах дребезга контактов, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения, в релаксационных автогенераторах. Триггер Шмитта выделяется в семействе электронных триггеров: он имеет один аналоговый вход и один выход с двумя выходными уровнями.
Существуют электромеханические и механические устройства с гистерезисом, по сути являющиеся функциональными аналогами триггера Шмитта, образуемым механически перемещаемыми деталями. Например, обычное электромеханическое реле является неэлектронным функциональным аналогом триггера Шмитта. Такие триггеры применяются в регуляторах температуры холодильников различных электронагревательных приборов (утюгов, масляных обогревателей, в стабилизаторах давления компрессоров и т. п.), в автоматическом оружии.
История
Электронный триггер Шмитта, реализованный на электровакуумных триодах, изобрел американский биофизик и инженер Отто Герберт Шмитт в 1934 году, будучи в то время студентом-практикантом. В 1937 году Шмитт описал его в своей докторской диссертации под названием «термионный триггер», написанной им по результатам изучения распространения нервных импульсов в нервной системе кальмаров.
Варианты реализации триггера
Прецизионный триггер Шмитта
Триггер Шмитта представляет собой RS-триггер, управляемый одним входным аналоговым сигналом, с двумя разными напряжениями переключения в два различных состояния. Прецизионным его называют потому, что пороги переключения задаются независимо и точность этих порогов зависит только от точности порогов переключения входных одновходовых компараторов. Обычно состояния выходного сигнала триггера обозначаются символами «0» и «1», причем, напряжение переключения в «1» выше напряжения переключения в «0». При входном напряжении находящемся между напряжениями переключения триггер Шмитта находится в состоянии хранения ранее записанной в него информации и его выходной сигнал определяется предысторией изменения входного сигнала.
Триггеры Шмитта с RS-триггером не имеют обратной связи с выхода на аналоговый вход. Они состоят из двухпорогового компаратора, в котором сравниваются два раздельно устанавливаемых напряжения порогов переключения с входным сигналом. Переключение триггера в состояние «0» и в состояние «1» происходит от выходных сигналов однопороговых компараторов, которые подаются на асинхронные входы установки и сброса S и R RS-триггера.
Триггер Шмитта с обратной связью
Триггер Шмитта на компараторе с положительной обратной связью.
— делитель напряжения в петле положительной обратной связи.
В вариантах триггера с обратной связью, обратная связь используется и для переключения напряжения порога сравнения в обычном компараторе, который имеет порог переключения равным нулю, превращая его одновременно в двухпороговый компаратор с разными порогами и в RS-триггер на одном и том же однопороговом компараторе. При высоком напряжении (состояние логической «1») на выходе компаратора, обратная связь снижает напряжение порога переключения по входу Input, так как суммируется входным сумматором с входным сигналом, для того, чтобы напряжение на входе компаратора, равное выходному напряжению сумматора, стало равным нулю, входное напряжение должно стать отрицательным и равным по модулю выходному напряжению компаратора, находящегося в состоянии логической «1». Соответственно, при низком напряжении на выходе компаратора (состояние логического «0») на выходе компаратора обратная связь увеличивает напряжение порога переключения.
В такой структуре затруднены раздельная и независимая установка порогов срабатывания. Кроме того, при входном напряжении, значение которого лежит между порогами переключения, то есть в зоне неоднозначности, принудительная установка триггера в заданное состояние требует применения дополнительных компонентов.
Варианты исполнения триггеров Шмитта
Прецизионный триггер Шмитта
Триггер Шмитта с асинхронным RS-триггером и двумя однопороговыми компараторами
Прецизионный триггер Шмитта, иногда более длинно называемый «прецизионным триггером Шмитта с RS-триггером», состоит из двухпорогового компаратора, выполненного на двух обычных компараторах с двухуровневым выходом (двоичным выходом), который делит весь диапазон входных напряжений на три части — первый — ниже нижнего порога, второй — между порогами и третий — выше верхнего порога, и RS-триггера, переключение которого происходит при выходе входного напряжения из второго диапазона — между нижним и верхним порогами переключения
.Существует ряд микросхем разных изготовителей, содержащих в себе два аналоговых однопороговых компаратора и логические вентили для организации внешними перемычками между выводами в микросхеме встроенного RS-триггера, например, микросхема NE521.
Другая популярная микросхема, интегральный таймер 555, также выпускаемый очень многими изготовителями микросхем (отечественные аналоги микросхемы — КР1006ВИ1, КР1008ВИ1), содержит в себе все элементы прецизионного триггера Шмитта . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Так, при объединении входов микросхемы «THRES» и «TRIG» будет выполнять функцию инвертирующего триггера Шмитта. Недостаток этой микросхемы в случае применения ее в качестве триггера Шмитта — невозможность произвольного задания порогов переключения, которые жестко определяются внутренним резистивным делителем напряжения и составляют приблизительно треть от напряжения питания микросхемы для нижнего порога переключения и 2/3 для верхнего порога переключения.
Прецизионный триггер Шмитта удобен для построения схем двухпозиционных ключевых стабилизаторов напряжения, температуры, уровня жидкости, оборотов двигателей, реле-регуляторов и др.
Электромеханическим аналогом прецизионного триггера Шмитта с ключевым исполнительным элементом является электромеханическое реле.
Другими электромеханическими или механическими аналогами прецизионного триггера Шмитта являются переключатели с тремя положениями рычага управления и с двумя выходными состояниями, в которых рычаг управления в состоянии хранения записанной в RS-триггер информации находится в среднем положении, а переключение происходит только при отклонении рычага управления от среднего положения. Например, джойстик в некоторых мобильных телефонах.
Программная реализация триггера Шмитта
В «программном прецизионном триггере Шмитта» двумя однопороговыми компараторами являются два оператора ЕСЛИ-ТО, а состояние RS-триггера хранит некоторая переменная, например, нулевой разряд (бит) целой переменной, или некоторая булевая переменная, принимающая значения «ЛОЖЬ» и «ИСТИНА».
При логических элементах с одинаковыми временами задержки любой аппаратный триггер Шмитта имеет значительно большее быстродействие (tзадержки ≈ 3dt, где dt — время задержки в одном логическом вентиле), чем программный.
Пример псевдокода неинвертирующего триггера Шмитта:
Вход, Верхний_порог, Нижний_порог - вещественные; // Верхний_порог > Нижний_порог Триггер - булевая; Задание значений Верхний_порог, Нижний_порог; Триггер := 0; //Обозначения булевой переменной: 0 и 1 это "ЛОЖЬ" и "ИСТИНА" соответственно ЦИКЛ //Например, тут можно вставить условие выхода из цикла ВВОД Вход; ЕСЛИ Вход < Нижний_порог ТО Триггер := 0; ВЫВОД Триггер; ПЕРЕХОД НА METKA1; КОНЕЦ ЕСЛИ; ЕСЛИ Вход > Верхний_порог ТО Триггер := 1; ВЫВОД Триггер; КОНЕЦ ЕСЛИ; МЕТКА1: КОНЕЦ ЦИКЛА;
Триггер Шмитта с обратной связью на аналоговый вход
На аналоговых элементах
Неинвертирующий эмиттерно-связанный триггер Шмитта на дифференциальном усилителе.
Пример реализации триггера Шмитта на двух транзисторах приведен на рисунке. В этой схеме каскад на транзисторе T1 является простейшим компаратором. Положительная обратная связь осуществляется с эмиттера второго транзистора на эмиттер первого транзистора, для сигнала обратной связи первый транзистор работает в режиме с общей базой.
В современной аналоговой схемотехнике триггеры Шмитта обычно выполняются на операционном усилителе в режиме компаратора, охваченного резистивной положительной обратной связью, двухуровневый выходной сигнал которого, по этой же обратной связи, с некоторым запаздыванием, определяемым сопротивлением резистора обратной связи и распределенной и паразитной входной емкостью компаратора, изменяет напряжение сравнения компаратора. В результате этого для входного напряжения компаратор становится двухпороговым, с двумя разными входными напряжениями переключения в два состояния. Благодаря положительной обратной связи в статической характеристике устройства формируется петля гистерезиса, то есть устройство приобретает свойства триггера.
В триггере Шмитта с обратной связью после переключения триггера существует интервал, на котором действует предыдущее значение напряжения сравнения до прихода сигнала переключения напряжения сравнения по цепи обратной связи. Если на этом интервале произойдет внезапное изменение входного сигнала в противоположную сторону, то триггер переключится по предыдущему напряжению сравнения, то есть преждевременно.
Триггер Шмитта на цифровых логических элементах
Триггер Шмитта, выполненный на логических элементах «НЕ»
Простейшая реализация триггера Шмитта на цифровых логических элементах в качестве аналоговых инвертирующих усилителей — это два последовательно включенных логических инвертора, которые в таком включении образуют аналоговый однопороговый компаратор с порогом переключения приблизительно равным половинному напряжению питания. Образованный двумя элементами компаратор охвачен резистивной обратной связью, выходной сигнал которого через обратную связь изменяет пороговое напряжение переключения для входного сигнала.
Длительность фронта и скорость нарастания выходного сигнала этого устройства не зависит от скорости нарастания входного сигнала и является величиной постоянной, зависящей от быстродействия логических вентилей.
Использование логических вентилей в качестве аналогового компаратора ухудшает точность, стабильность и воспроизводимость порогов переключения, а резистивная обратная связь совместно с паразитными и входной емкостями несколько уменьшает быстродействие устройства.
Применение триггера Шмитта
Для восстановления искаженного при передаче двухуровневого сигнала
Сравнение работы однопорогового компаратора и двухпорогового триггера Шмитта для восстановления искаженного в линии передачи двухуровневого двоичного сигнала.
U — входной искаженный сигнал, красной пунктирной линией показан порог переключения однопорогового компаратора, зелеными пунктирными линиями пороги переключения триггера Шмитта;
A — выходной сигнал компаратора;
B — выходной сигнал триггера Шмитта.
Принцип восстановления искаженного двухуровневого сигнала показан на рисунке. Предположим, что высокий уровень сигнала кодирует логическую «1», низкий уровень — логический «0». Допустим, неискаженное напряжение логической «1» немного превышает верхний порог триггера Шмитта, но при искажении в линии от помех верхний уровень на конце линии колеблется. Пусть в линию передается только логическая «1», если напряжение на выходе линии снизится от воздействия помехи ниже порога переключения компаратора, то на выходе компаратора возникнут ложные значения, отвечающие логическому «0».
На выходе же триггера Шмитта ложные логические «0» при передаваемой логической «1» появятся только в том случае, если уровень сигнала на выходе канала передачи опустится ниже нижнего порога переключения триггера Шмитта. Аналогично действует защита от помех при передаче логического «0».
Должным выбором уровней сигнала и порогов переключения при априорно известном уровне помех в канале передачи удается существенно снизить вероятность искажения передаваемой информации.
В фильтрах дребезга электромеханических ключей
Фильтр защиты от дребезга контактов на инвертирующем триггере Шмитта и временны́е диаграммы его работы.
— Верхний порог переключения триггера.
— Нижний порог переключения триггера.
— Время затухания дребезга контактов кнопки.
— Напряжение на конденсаторе.
— Напряжение питания.
— Кнопка.
При замыкании контактов у электромеханических коммутирующих устройств — переключателей, кнопок, электромагнитных реле и др. возникает дребезг контактов — многократные неконтролируемые замыкания и размыкания цепи, вызванные подпрыгиванием контактов при соударениях. Во многих случаях дребезг некритичен, например, в выключателях электропитания, но во многих цифровых устройствах дребезг недопустим, так как может вызывать многократные нежелательные переключения состояний триггеров цифрового устройства.
Для исключения вредного эффекта дребезга в таких устройствах применяют различные фильтры дребезга. Один из вариантов такого фильтра с инвертирующим триггером Шмитта и фильтром нижних частот (ФНЧ) на его входе приведен на рисунке.
При ненажатой кнопке напряжение на конденсаторе примерно равно напряжению питания, поэтому напряжение на входе триггера превышает его верхний порог, и, так как триггер инвертирующий, на его выходе будет низкое напряжение, близкое к напряжению «земли», или состояние логического «0».
При нажатии на кнопку конденсатор очень быстро разрядится до нулевого напряжения, на входе триггера напряжение станет ниже нижнего порога переключения и на выходе триггера установится напряжения близкое к напряжению питания — состояние логической «1».
Постоянная времени -цепи выбрана заведомо больше времени успокоения дребезга , поэтому конденсатор во время дребезга, когда цепь кнопки кратковременно размыкается, не успевает зарядиться до нижнего порога переключения триггера и на выходе триггера удерживается стабильное состояние логической «1».
После отпускания кнопки конденсатор через резистор постепенно заряжается, и при достижении напряжения на нем выше верхнего порога переключения триггера выход триггера переходит в состояние логического «0».
В ключевых стабилизаторах напряжения на триггере Шмитта
В ключевых стабилизаторах напряжения с управлением ключом от триггера Шмитта используется гистерезисные свойства триггера Шмитта — при превышении выходным напряжением стабилизатора выше верхнего порога переключения триггера, триггер размыкает электронный ключ, что вызывают постепенное, за счет конденсатора выходного фильтра снижение выходного напряжения, после достижения выходным напряжением нижнего порога переключения триггер переключается и снова замыкает ключ. Далее процесс повторяется. При этом периодическом процессе выходное напряжение колеблется между порогами переключения триггера Шмитта.
Электромагнитное реле, используемое как триггер Шмитта в разных регуляторах
Электромеханические реле являются триггером Шмитта с ключевым исполнительным элементом.
Обычное электромагнитное реле обладает петлей гистерезиса в координатах ток обмотки реле — его состояние так как ток срабатывания реле всегда превышает ток удержания, поэтому в диапазоне токов обмотки между током срабатывания и тока удержания имеется неоднозначность состояния реле, в этом диапазоне состояние реле зависит от предыстории.
Электромагнит реле вместе с подвижным якорем являются по сути двухпороговым компаратором, который делит весь диапазон токов обмотки реле на три поддиапазона: ток ниже тока отпускания, ток выше тока удержания, но ниже тока срабатывания — аналог состояние хранения двоичного RS-триггера, и ток выше тока срабатывания.
Контактные группы реле являются ключом, имеющим два устойчивых состояния: «контакты разомкнуты» и «контакты замкнуты».
Фактически реле содержит в себе все функциональные элементы ключевого стабилизатора (регулятора) напряжения на триггере Шмитта: RS-триггер и ключевой переключатель, поэтому оно часто применяется в различных устройствах, называемых реле-регуляторами, причем такие регуляторы пригодны для двухпозиционного регулирования величин различной физической природы, например, температуры, давления и др.
В автомобильных ключевых стабилизаторах напряжения генератора[править | править код]
В автомобильных генераторах постоянного тока, в ключевых стабилизаторах напряжения с триггером Шмитта, реле является и прецизионным триггером Шмитта и ключевым управляющим элементом, шунтирующим дополнительное последовательное сопротивление в обмотке возбуждения генератора, а генератор является объектом управления.
В автомобильных генераторах переменного тока, в ключевых стабилизаторах напряжения на триггере Шмитта.
В различных терморегуляторах
В терморегуляторах холодильников
В механическом регуляторе-стабилизаторе температуры давление газа внутри термодатчика сильфонного типа поступает на пневмомеханический двухпороговый компаратор с перенастраивымым порогом срабатывания.
Пневмомеханический двухпороговый компаратор делит весь диапазон входных давлений газа внутри термодатчика сильфонного типа на три поддиапазона: давление включения, давление удержания включенного состояния и давление отключения. Давление удержания является состоянием хранения записанной в механический RS-триггер информации.
Пневмомеханический двухпороговый компаратор переключает и механический RS-триггер и порог срабатывания пневмомеханического двухпорогового компаратора. Механический RS-триггер управляет электрическим выключателем, контакты которого включают и выключают электродвигатель компрессора, либо нагревательный элемент в холодильниках абсорбционного типа.
Таким образом, механический терморегулятор холодильника является электромеханическим стабилизатором температуры с механическим триггером Шмитта с переключаемым порогом срабатывания и с контактной группой работающей как ключ и работает подобно ключевому стабилизатору напряжения на триггере Шмитта.
Другие применения в качестве терморегуляторов
Также электромеханические аналоги триггера Шмитта используются в терморегуляторах электрических утюгов, духовых кухонных шкафов, электроплит и электропечей, в биметаллических реле регуляторов температуры, например, бытовых отопительных котлов, в терморегуляторах бойлеров и электрических чайников с функцией бойлера.
См. также
- триггер , асинхронный rs-триггер , t-триггеры , синхронный rs триггер ,
- jk триггер
- компаратор , цифровой компаратор , компаратор кодов ,
- Дифференциальный усилитель
- Троичные функции
- Компаратор с гистерезисом
- Стабилизатор напряжения c триггером Шмитта
- Обратная связь
Статью про триггер шмидта я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое триггер шмидта и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
6.2.3. Триггер Шмитта
Триггеры Шмитта представляют собой специфические логические элементы, специально рассчитанные на работу с входными аналоговыми сигналами. Они предназначены для преобразования входных аналоговых сигналов в выходные цифровые сигналы. Появление таких микросхем связано в первую очередь с необходимостью восстановления формы цифровых сигналов, искаженных в результате прохождения по линиям связи. Фронты таких сигналов оказываются пологими, в результате чего форма сигналов вместо прямоугольной может стать близкой к треугольной или синусоидальной. К тому же сигналы, передаваемые на большие расстояния, сильно искажаются шумами и помехами. Восстановить их форму в исходном виде, устранить влияние помех и шумов как раз и призваны триггеры Шмитта.
Триггер Шмитта относится к несимметричным триггерам и предназначен для формирования из входного непрерывно меняющегося сигнала выходного импульсного, имеющего два уровня: уровень лог. «0» и уровень лог. «1».
Передаточная характеристика не инвертирующего триггера Шмитта представлена на рис. 6.15.
Рис. 6.15. Передаточная характеристика триггера Шмитта
Как видно из рис. 6.15, триггер Шмитта имеет петлю гистерезиса, обусловленную наличием положительной обратной связи. Простейший вариант построения триггера Шмитта на ЛЭ приведен на рис. 6.16
Рис. 6.16. Схема триггера Шмитта
Резистор R1 обеспечивает положительную обратную связь. Ширина петли гистерезиса определяется отношением сопротивлений резисторов и разностью напряжений .
Поскольку триггеры Шмитта относятся к очень часто используемым элементам, разработано и выпускается ряд микросхем – триггеров Шмитта, например, К555ТЛ1, К555ТЛ2, К555ТЛ3. Условное схемное обозначение триггера Шмитта с инверсией приведено на рис. 6.17.
На рис. 6.18 в качестве примера приведена схема автоколебательного мультивибратора с использованием триггера Шмитта.
Рис. 6.17. Условное схемное обозначение триггера Шмитта
Рис. 6.18. Автоколебательный мультивибратор
Как видно из схемы, она существенно проще ранее рассмотренных. Сопротивление резистора R1 выбирается из соображений:
.
Частоту следования импульсов примерно можно определить по формуле:
.
В момент включения конденсатор С1 разряжен и на выходе мультивибратора установлен высокий уровень. После заряда С1 через резистор R1 и входным током триггера до напряжения на выходе мультивибратора устанавливается низкий уровень и конденсатор начинает разряжаться через резистор R1 до достижения напряжением на входе значения , после чего на выходе устанавливается высокий уровень и процесс повторяется. Форма сигнала на входе мультивибратора близка к треугольной размахом , причем в виду того, что величины пороговых напряжений смещены ближе к напряжению лог. «0», конденсатор разряжается примерно в полтора раза дольше, чем заряжается.
Компаратор – это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть Uвх – анализируемый сигнал и Uоп – опорный сигнал сравнения, а выходной Uвых – дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации:
Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор – это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.
Неопределенность состояния выхода компаратора при нулевой разности входных сигналов нет необходимости уточнять, так как реальный компаратор всегда имеет либо конечный коэффициент усиления, либо петлю гистерезиса (рис. 6.19).
Чтобы выходной сигнал компаратора изменился на конечную величину |U1вых – U0вых| при бесконечно малом изменении входного сигнала, компаратор должен иметь бесконечно большой коэффициент усиления (диаграмма 1 на рис. 6.20) при полном
отсутствии шумов во входном сигнале. Такую характеристику можно имитировать
двумя способами – или просто использовать усилитель с очень большим
коэффициентом усиления, или ввести положительную обратную связь.
Рассмотрим первый путь. Как бы велико усиление не было, при Uвх близком к нулю характеристика будет иметь вид рис. 6.20а. Это приведет к двум нежелательным последствиям. Прежде всего, при очень медленном изменении Uвх выходной сигнал также будет изменяться замедленно, что плохо отразится на работе последующих
Рис. 6.19. Характеристики компараторов
Рис. 6.20. Процессы переключения компараторов
логических схем (диаграмма 2 на рис. 6.20). Еще хуже то, что при таком медленном изменении Uвх около нуля выход компаратора может многократно с большой частотой менять свое состояние под действием помех (так называемый “джиттер”, диаграмма 3). Это приведет к ложным срабатываниям в логических элементах. Для устранения этого явления обычно вводят положительную обратную связь, которая обеспечивает переходной характеристике компаратора гистерезис (рис. 6.20б), т. е. превращают его в триггер Шмитта. Наличие гистерезиса хотя и вызывает некоторую задержку в переключении компаратора (диаграмма 4 на рис. 6.20), но существенно уменьшает или даже устраняет джиттер Uвых.
В качестве компаратора может быть использован операционный усилитель (ОУ) так, как это показано на рис. 6.21. Усилитель включен по схеме инвертирующего сумматора, однако, вместо резистора в цепи обратной связи включены параллельно стабилитрон VD1 и диод VD2.
Рис. 6.21. Операционный усилитель в качестве компаратора
Пусть R1 = R2. Если Uвх – Uоп > 0, то диод VD2 открыт и выходное напряжение схемы небольшое отрицательное, равное падению напряжения на открытом диоде. При
Uвх – Uоп < 0 на стабилитроне установится напряжение, равное его напряжению стабилизации Uст. Это напряжение должно соответствовать единичному логическому уровню цифровых интегральных микросхем (ИМС), входы которых подключены к выходу компаратора. Таким образом, выход ОУ принимает два состояния, причем в обоих усилитель работает в линейном режиме. Многие типы ОУ не допускают сколько-нибудь существенное входное дифференциальное напряжение. Включение по схеме на рис. 6.21 обеспечивает работу ОУ в режиме компаратора практически с нулевыми дифференциальными и синфазными входными напряжениями. Недостатком данной схемы является относительно низкое быстродействие, обусловленное необходимостью частотной коррекции, так как ОУ работает в линейном режиме со 100%-ной обратной связью. Используя для построения компаратора обычные ОУ, трудно получить время переключения менее 1 мкс, поэтому чаще используют специализированные микросхемы.
Перечислим некоторые особенности компараторов по сравнению с ОУ.
Несмотря на то, что компараторы очень похожи на операционные усилители, в них почти никогда не используют отрицательную обратную связь, так как в этом случае весьма вероятно (а при наличии внутреннего гистерезиса – гарантировано) самовозбуждение компараторов.
В связи с тем, что в схеме нет отрицательной обратной связи, напряжения на входах компаратора неодинаковы.
Из-за отсутствия отрицательной обратной связи входное сопротивление компаратора относительно низко и может меняться при изменении входных сигналов.
Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.
Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.
Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит от величины превышения Uвх над опорным напряжением. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.
Схема триггера Шмитта и пояснение к работе
Триггер Шмитта представляет собой цифровой логический элемент, предназначенный для арифметических и логических операций. Он обеспечивает ВЫХОД на основе уровня напряжения ВХОДА. Триггер Шмитта имеет уровень напряжения THERSHOLD, когда ВХОДНОЙ сигнал, приложенный к затвору, имеет уровень напряжения выше, чем THRESHOLD логического затвора, ВЫХОД переходит в ВЫСОКИЙ уровень. Если уровень ВХОДНОГО сигнала ниже ПОРОГА, ВЫХОД гейта будет НИЗКИМ.
В выбранной микросхеме за вентилем триггера Шмитта следует вентиль НЕ, поэтому мы получаем логический ВЫХОД, противоположный ВЫХОДу триггера Шмитта. Таким образом, ВЫХОД ИНВЕРТИРОВАННОГО триггера Шмитта будет НИЗКИМ, когда уровень напряжения ВХОДНОГО сигнала пересекает пороговый уровень затвора, во всех других случаях ВЫХОД будет ВЫСОКИМ.
Здесь мы собираемся использовать 74LS14 IC для демонстрации, эта микросхема имеет 6 вентилей триггера Шмитта. Эти ШЕСТЬ гейтов соединены внутри, как показано на рисунке ниже.
Эти вентили имеют ограничения по рабочему напряжению и входной логической частоте. Когда эти ограничения не учитываются, микросхема может необратимо выйти из строя, поэтому следует быть внимательным при выборе логических элементов.
КомпонентыБеспопасность (5 В)
1K, резисторы 220 Ом
74LS14 Шекс Шмитт Триггер Верет IC
1 Светодиод, кнопка
100NF CAPACITO0005
Принципиальная схема и объяснение
Таблица истинности инвертированного триггера Шмитта показана на рисунке ниже.
Согласно принципиальной схеме вентиль с инвертированным триггером Шмитта имеет один выход на один вход. Согласно таблице истинности, выход вентиля НЕ будет высоким, когда вход низкий. Выход вентиля НЕ должен быть низким, когда вход высокий.
Таким образом, вентиль НЕ обеспечивает выход, который представляет собой инвертированную логику входа, за исключением того, что уровень напряжения ВХОДНОГО сигнала должен пересекать ПОРОГОВОЕ напряжение вентиля триггера Шмитта. В противном случае вентиль НЕ, за которым следует триггер Шмитта, не увидит никакого ВХОДА, и поэтому ВЫХОД будет все время ВЫСОКИМ.
В этой схеме мы собираемся соединить оба входа затвора с землей через резистор 1 кОм. А дальше вход подключается к питанию через кнопку.
Таким образом, когда кнопка нажата, соответствующий контакт ворот становится высоким. Таким образом, с помощью этой кнопки мы можем реализовать таблицу истинности вентиля инвертированного триггера Шмитта. Когда кнопка нажата, на входе будет высокий уровень, при этом на выходе будет низкий уровень, поэтому светодиод должен быть выключен. Когда кнопка будет отпущена, вход станет НИЗКИМ, при этом ВЫХОД станет ВЫСОКИМ, поэтому светодиод должен гореть.
Эти подтягивающие резисторы необходимы, так как выбранный ЧИП запускает положительный фронт. Если резистор игнорируется, схема может привести к непредсказуемым результатам.
Конденсатор здесь для нейтрализации эффекта подпрыгивания кнопки. Хотя конденсатор здесь не обязателен, его установка может сгладить работу затвора. Основное предназначение ворот Schmitt Trigger состоит в том, чтобы свести на нет эффект подпрыгивания кнопок.
Texas Instruments SN74LVC1G58DBVR Многофункциональный логический вентиль с триггером Шмитта с 3 входами, 6-контактный SOT-23
Посмотреть все Logic Gates
Доступно для заказа на отправку при наличии на складе
Добавить в корзинуtickAdded
Посмотреть корзину
Цена за штуку (на катушке 3000)
90 центов (0,057 фунтов стерлингов) 90 центов с НДС )
£0. 08
(inc. VAT)
Units | Per unit | Per Reel* |
3000 + | £0.07 | £210.00 |
*цена ориентировочная |
- RS Артикул:
- 162-7474
- Изв. Part No.:
- SN74LVC1G58DBVR
- Brand:
- Texas Instruments
Technical Reference
- docPdfESD Control Selection Guide V1
- docZipBuild or Request PCB Symbol & Footprint
Legislation and Compliance
Информация о продукте
Семейство 74LVC1G, Texas Instruments
Низковольтная КМОП-логика
Пакет с одним затвором
Рабочее напряжение: от 1,65 до 5,5 В
Совместимость: вход LVTTL/TTL, выход LVCMOS
Защита ESD превышает JESD 22
74LVC Семейство
Спецификации
Атрибут | Значение | |
Атрибут | Значение | |
. 0185 Logic Function | Multifunction | |
Mounting Type | Surface Mount | |
Number of Elements | 1 | |
Number of Inputs per Gate | 3 | |
Schmitt Trigger Input | Yes | |
Тип корпуса | SOT-23 | |
Количество контактов | 6 | |
Семейство Logic | LVC | |
Input Type | Schmitt Trigger | |
Maximum Operating Supply Voltage | 5. |