Триггер шмидта микросхема: Инвертирующий Триггер Шмитта

Триггер Шмитта | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В прошлом посте я сказал, что рассматриваю последний логический элемент. Есть ещё один специфический логический элемент, специально рассчитанный на работу с входными аналоговыми сигналами. Такой элемент называется триггером Шмита.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Что же привело к появлению таких микросхем? Цифровые сигналы, которые проходят по линиям связи очень часто далеки от идеального импульсного сигнала, у таких импульсов фронты и срезы оказываются пологими, в результате форма импульса может стать похожей на треугольную или синусоидальную. К тому же любая ключевая схема (которыми являются логические элементы), при переключении некоторое время будет находиться в усилительном режиме, в результате чего помехи и шумы, которые накладываются на цифровой сигнал, окажутся усиленными. В результате такой цифровой сигнал с зашумлённым и пологим фронтом и срезом непригоден для переключения входов триггеров, регистров, счётчиков.

Для того чтобы восстановить форму импульса цифрового сигнала и избавиться от влияния помех и начали использовать триггер Шмита.

Что же представляет собой триггер Шмита? Логические элементы со свойствами триггера Шмита имеют внутреннюю положительную обратную связь, глубина которой подобрана таким образом, чтобы получить передаточную характеристику со значительным гистерезисом. Давайте здесь остановимся поподробнее. Во-первых передаточной характеристикой называется зависимость выходного напряжения от напряжения на входе. Понятие гистерезиса довольно сложное поэтому проще всего объяснить его графически. Ниже представлены передаточные характеристики обычного инвертора и триггера Шмита.

Передаточные характеристики обычного инвертора (слева) и триггера Шмита (справа).

Передаточная характеристика обычного инвертора ТТЛ имеет входной порог U_ПОР = 1,3 В. Передаточная характеристика триггера Шмита двух пороговая. Если входное напряжение элемента триггера Шмита U

ВХ = 0 В (точка А), то выходное напряжение U_OH = U_ВЫХ = 2,4 В (напряжение высокого логического уровня ТТЛ). При повышении U_ВХ до 1,7 В выходной сигнал скачком уменьшится (переходит от точки Б к В), где U_OL = U_ВЫХ #gr; 0,3 В (напряжение низкого логического уровня ТТЛ). В этот момент входное напряжение становится равным напряжению срабатывания U_ВЫХ = U_СРБ = U_T+ = 1,7 В. Если входное напряжение теперь постепенно уменьшать (от точки Г), то при U_ВХ = 0,9 В выходное напряжение скачком перейдёт от низкого уровня к высокому (линия Д – Е). Это напряжение порога отпускания U_ОТП (U_T-). При дальнейшем снижением U_ВХ до нуля возвращаемся в точку А передаточной характеристики. Таким образом, логический элемент, построенный на основе триггера Шмита, имеет пороги срабатывания и отпускания, между которыми существует зона гистерезиса U_СРБ – U_ОТП = 800 мВ. Эта зона симметрична относительно порогового напряжения обычного элемента ТТЛ.

Наличие гистерезиса приводит к тому, что любые помехи цифрового сигнала с амплитудой, меньшей величины U_СРБ – U_ОТП = 800 мВ, отсекаются, а любые фронты и срезы, даже самые пологие, преобразуются в крутые фронты и срезы выходного сигнала.

Обозначение триггера Шмитта

Для чёткого распознавания элементов с триггерами Шмитта, их включили в отдельную серию ТЛ цифровых микросхем. В данной серии представлены три вида триггеров Шмита, представляющие собой инверторы (ТЛ2 – 6 инверторов), элементы 2И-НЕ (ТЛ3 – 4 элемента) и элементы 4И-НЕ (ТЛ1 – 2 элемента). Графическое обозначение триггера Шмита имеет вид показанный ниже.

Условное графическое обозначение триггеров Шмита (инвертор и 2И-НЕ): DIN (слева) и ANSI (справа).

Применение триггера Шмитта

Наиболее часто триггер Шмита применяют в качестве формирователя сигнала начального сброса и установки при включении питания схемы. Такой сигнал необходим для приведения в исходное состояние микросхем имеющих внутреннюю память (регистры счётчики, микроконтроллеры). Схема такого формирователя приведена ниже

Схема формирователя импульса начального сброса и установки

Опишем работу данной схемы. Для формирования сигнала сброса и установки используется простая RC-цепочка. Напряжение на конденсаторе нарастает медленно и в результате на выходе триггера формируется положительный импульс.

Второе частое применение триггеров Шмита – это построение генераторов импульсов. В отличие от простых инверторов схема генераторов на триггере Шмита получается проще, так как используется всего один элемент, один конденсатор и один резистор, а использование двухвходового триггера Шмита позволяет реализовать управляемый генератор, когда на управляющий вход поступает лог. 1 генерация идёт, когда лог. 0 – отсутствует.

Схема управляемого генератора на триггере Шмитта.

И наконец, последнее применение триггера Шмитта, которое мы здесь рассмотри, состоит в подавлении так называемого дребезга контактов. Дребезг контактов состоит в том, что при замыкании и размыкании любого механического контакта формируются несколько паразитных коротких импульсов, которые могут нарушить работу цифровой схемы. Триггер Шмитта с RC-цепочкой на входе позволяет устранить эффект дребезга контактов, данная схема изображена ниже.

Схема подавления дребезга контактов на триггере Шмитта

Данная схема работает следующим образом, конденсатор заряжается довольно медленно, в результате чего короткие импульсы подавляются и не проходят на выход триггера Шмитта. Номинал верхнего резистора должен быть в 6 – 7 раз больше нижнего. Сопротивления выбираются порядка сотен Ом – единиц кОм. А ёмкость конденсатора зависит от того, какова продолжительность дребезга контактов.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБОВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

О гистерезисе напряжения переключения триггера Шмитта микросхемы К561ТЛ1

Радиолюбители широко применяют микросхему К561ТЛ1 и её аналоги как отечественные (K564TJ11, К1561ТЛ1), так и зарубежные (например, CD4093), которые содержат четыре триггера Шмитта с входной логической функцией 2И-НЕ. Одна из особенностей элементов – изменение выходного напряжения Uвых происходит скачком при относительно медленном изменении входного до пороговых значений Uвх (переключение из состояния 1 в состояние 0) и (переключение из 0 в 1), как показано на рис. 1.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

 

Такая передаточная характеристика триггера Шмитта обеспечена наличием в нём внутренней положительной обратной связи. Благодаря ей эти элементы удобны для формирования сигналов с крутыми фронтом и спадом при подаче на их вход плавно меняющегося напряжения.

Вторая особенность – наличие гистерезиса выходного напряжения при переключении, что повышает помехоустойчивость работы триггера Шмитта при входном сигнале, содержащем помехи значительного уровня.

Передаточная характеристика, представленная на рис. 1, соответствует элементу микросхемы К561ТЛ1 при напряжении питания Uпит = 10 В. Разность между пороговыми значениями напряжения переключения определяет ширину петли гистерезиса Ur = Uвх¹⁰ – Uвх⁰¹, причём пороговые значения (а значит, и ширина петли в вольтах) зависят от напряжения питания Эксперименты с узлом, схема которого изображена на рис. 2, показали, что при напряжении питания Uпит = 5 В Ur = 0,6. ..0,8 В, при 10 В – 2…2,8 В и при 15 В -3…3,5 В

Триггеры Шмитта часто используют как компараторы напряжения в различных устройствах автоматики, например, фото- и термореле. В ряде практических случаев ширину петли гистерезиса бывает необходимо уменьшить. Этого можно достигнуть введением отрицательной обратной связи между входом и выходом элемента (рис. 3). Здесь Roc и RBX – резисторы цепи обратной связи, RиC – сопротивление источника сигнала. Через резистор Roc на вход элемента будет поступать часть выходного напряжения – напряжение обратной связи

Если выходной ток элемента DD1.1 мал, можно считать, что Uвых = Uпит. В результате ширина петли гистерезиса при наличии обратной связи игос уменьшается: Uг ос = Ur – K*Uoc, где К – поправочный коэффициент. При этом напряжение переключения Uвх¹⁰ уменьшается, а Uвх⁰¹ увеличивается. Подборкой резисторов Roc и RBX можно установить желаемое значение Uroc.

Следует, однако, иметь в виду, что при уменьшении ширины петли гистерезиса напряжения вплоть до нуля работа логического элемента вблизи моментов переключения становится неустойчивой и он может переходить в режим генерации высокочастотных колебаний.

Эксперименты были проведены с несколькими экземплярами микросхемы К561ТЛ1 при напряжении питания 10 В. Так, для Roc = 560 кОм, Rис->0 и при элементе с Ur = 2,8 В измерена ширина петли гистерезиса UCOc с разными резисторами RBX. При RBX = 22 кОм Uгoc оказалась равной 2,5 В, при 43 кОм – 2,15 В, при 150 кОм – 0,8 В, а при 200 кОм – 0,07 В. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора RBX в моменты переключения элемента происходило его самовозбуждение на высокой частоте. В результате для исследованных экземпляров микросхем было определено значение поправочного коэффициента К=0,8.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

Схема триггера Шмитта в микросхемах и печатных платах

Что такое триггер Шмитта?

 

В электронике триггер Шмитта представляет собой схему компаратора с гистерезисом, реализованную путем приложения положительной обратной связи к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя. Это активная схема, которая преобразует аналоговый входной сигнал в цифровой выходной сигнал. Схема называется триггером, потому что выход сохраняет свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение. В неинвертирующей конфигурации, когда вход выше выбранного порога, выход имеет высокий уровень. Когда вход ниже другого (нижнего) выбранного порога, выход низкий, а когда вход находится между двумя уровнями, выход сохраняет свое значение. Это двойное пороговое действие называется Гистерезис и подразумевает, что триггер Шмитта обрабатывает память и может действовать как бистабильный мультивибратор (защелка или триггер). Существует тесная связь между двумя типами схем: триггер Шмитта может быть преобразован в защелку, а защелка может быть преобразована в триггер Шмитта.

Триггер Шмитта

Триггер Шмитта представляют собой простые схемы, принимающие колебательный сигнал (например, пилообразную или треугольную волну) и выдающие прямоугольную волну. Обычно они используются в приложениях по формированию сигналов для удаления шума из сигналов, используемых в цифровых схемах, особенно от дребезга механических контактов в переключателях. Они также используются в конфигурациях с отрицательной обратной связью с замкнутым контуром для реализации релаксационных генераторов, используемых в функциональных генераторах и импульсных источниках питания.

Триггер Шмитта был изобретен американским ученым Отто Х. Шмиттом в 1934 году, когда он был аспирантом, позже описанным в его докторской диссертации (1937) как термоэлектронный триггер. Это был прямой результат изучения Шмиттом распространения нервных импульсов в нервах кальмаров.

 

Основная схема в интегральных схемах и печатных платах

 

Триггеры Шмитта представляют собой основные схемы в интегральных схемах (ИС) и более простых печатных платах (ПП), и они могут играть важную роль в очистке сигналов для использовать в других цифровых схемах. Существует множество различных компонентов триггера Шмитта и ИС, но все они отвечают за два важных свойства для выпрямления и стабилизации зашумленных входных сигналов: насыщение и гистерезис. Хотя эти схемы похожи на схемы усилителей и даже используют один и тот же символ на схеме, они работают совершенно по-разному.

При разработке схемы триггера Шмитта для очистки шумовых сигналов и создания цифровых импульсов классическая принципиальная схема для триггеров Шмитта удивительно устойчива до очень высоких частот. Когда необходимо оценить схему, рекомендуется запустить несколько простых симуляций SPICE, чтобы проверить поведение схемы и убедиться, что компоненты будут функционировать должным образом.

 

Триггер Шмитта и схемы компараторов

 

Триггеры Шмитта часто сравнивают со схемами компараторов, поскольку их поведение очень похоже. Все триггеры Шмитта являются компараторами, но не все компакторы являются триггерами Шмитта. Оба типа схем используют гистерезис для установки порога переключения между двумя насыщенными состояниями. Для компаратора выход насыщается при напряжениях на шине питания, и выход будет циклически переключаться между положительным и отрицательным напряжениями насыщения (например, между напряжением питания). Опорное напряжение, вызывающее переключение, можно установить, поместив подтягивающие и понижающие резисторы вокруг инвертирующего входа (или неинвертирующего входа инвертирующего компаратора). В схемах компараторов всегда есть небольшое окно гистерезиса, поэтому они могут выдерживать колебания на входе ~ 10 мВ. На приведенной ниже схеме показан компаратор, построенный на основе операционного усилителя, в котором петля положительной обратной связи вызывает насыщение при напряжениях на шине питания.

Схема компаратора с операционным усилителем 1

 

Для триггеров Шмитта намеренно добавлен гистерезис, чтобы установить порог переключения на желаемое значение. Для компаратора на основе транзистора гистерезис может применяться к выходному напряжению с другой петлей положительной обратной связи с использованием делителя напряжения. Значения резисторов в делителе напряжения определяют размер окна гистерезиса и коэффициент заполнения выходного сигнала. Ниже показана общая схема инвертирующего триггера Шмитта, которая включает в себя окно гистерезиса выходного сигнала.

Схема компаратора с операционным усилителем 2

 

Используя тот же метод, вы можете создать триггер Шмитта с операционным усилителем, хотя производители операционных усилителей не рекомендуют этого делать. Причина этого совета заключается в том, что операционный усилитель, как правило, не предназначен для работы с высоким коэффициентом усиления в условиях насыщения. Вместо этого эти компоненты рассчитаны на работу в линейном диапазоне , и они не могут выдерживать тепловые требования при переключении между состояниями насыщения в течение продолжительных периодов времени.

 

Подавление пульсаций и шума на входе

 

Поскольку вход является дифференциальным, триггер Шмитта имеет высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR). Несмотря на высокий CMRR, обеспечиваемый дифференциальным входом, естественные изменения входного сигнала могут вызывать непреднамеренное переключение между двумя выходными состояниями. Это должно проиллюстрировать, почему к компаратору можно добавить гистерезис. При расширении окна гистерезиса переходы переднего и заднего фронтов становятся более разными, и схема может выдерживать большие колебания напряжения без непреднамеренного переключения.

Выход компаратора без гистерезиса и с гистерезисом

 

Моделирование триггеров Шмитта

 

Схема триггера Шмитта может быть смоделирована с помощью анализа переходных процессов и анализа постоянного тока задействованных транзисторных каскадов. Когда эти схемы построены на транзисторах, они должны работать в режиме насыщения, поэтому линию нагрузки необходимо моделировать с помощью развертки постоянного тока. Анализ переходных процессов позволяет вам измерить рабочий цикл выходного прямоугольного сигнала, который затем можно сравнить с вашим предыдущим анализом по контуру обратной связи.

Если вы разрабатываете высокочастотные триггеры Шмитта, например, схемы, которые будут работать на высоких частотах ГГц, вам необходимо использовать правильную модель для ваших подсхем SPICE. Модели материалов GaAs или GaN-SiC обычно используются для этих высокочастотных аналоговых схем. Эти типы схем все еще являются активной областью исследований, но эти схемы могут обеспечивать тактовую частоту или ШИМ-сигнал с высокой частотой без использования PLL.

 

Независимо от того, разрабатываете ли вы специальные триггеры Шмитта на основе транзисторов или используете операционный усилитель, вам нужна хорошая техника проектирования печатных плат или обратитесь за помощью к нашим профессиональным дизайнерам. В MADPCB мы предоставляем комплексные услуги по печатным платам, включая проектирование печатных плат, производство печатных плат, сборку печатных плат, поиск компонентов, программирование ИС и функциональное тестирование. Направляя нам ваши файлы и требования, мы можем предложить быстрое предложение и предложения.

Триггер Шмитта – CD40106B – COM-13952

Этот продукт имеет ограничения на доставку, поэтому он может иметь ограниченные варианты доставки или не может быть отправлен в следующие страны:

Избранное Любимый 10

Список желаний

В наличии COM-13952

1

В наличии 198 шт. в наличии.

1,95 1,85 1,76

1+ шт. 25+ предметов 100+ шт.

• Описание
• Функции
• Документы

CD40106BE состоит из шести цепей триггера Шмитта. Каждая схема работает как инвертор с триггером Шмитта на входе. Триггер переключается в разных точках для положительных и отрицательных сигналов. Разница между положительным напряжением (VP) и отрицательным напряжением (VN) определяется как напряжение гистерезиса (VH).

• Триггер Шмитта без внешних компонентов
• Напряжение гистерезиса тип.
  на 0,9В при VDD = 5 В, 2,3 В при VDD = 10 В и 3,5 В при VDD = 15 В
• Помехоустойчивость более 50 %
• Нет ограничений на время нарастания и спада входного сигнала
• Стандартные симметричные выходные характеристики
• 100 % испытано на ток покоя при 20 сВ
• Максимальный входной ток 1 мкА при 18 В во всем диапазоне температур корпуса; 100 нА при 18 В и 25°C
• Низкий ток от VDD до VSS во время медленного линейного изменения входного сигнала
• Технический паспорт
Триггер Шмитта

— CD40106B Справка и ресурсы по продукту

• Необходимые навыки

Основной навык:

Программирование

Если для платы требуется код или каким-либо образом взаимодействует, вам нужно знать, как программировать или взаимодействовать с ней. Навык программирования связан с общением и кодом.

2 Программирование

Уровень навыка: Новичок — Вам потребуется лучшее понимание того, что такое код и как он работает. Вы будете использовать программное обеспечение начального уровня и инструменты разработки, такие как Arduino. Вы будете иметь дело непосредственно с кодом, но доступны многочисленные примеры и библиотеки. Датчики или экраны будут связываться с последовательным или TTL.
Просмотреть все уровни навыков

---

Основной навык:

Электрические прототипы

Если требуется питание, вам нужно знать, сколько, что делают все контакты и как их подключить. Возможно, вам придется обращаться к таблицам данных, схемам и знать все тонкости электроники.

3 Электрическое прототипирование

Уровень квалификации: Компетентный – Вам потребуется обратиться к таблице данных или схеме, чтобы знать, как использовать компонент. Ваше знание таблицы данных потребует только основных функций, таких как требования к питанию, распиновка или тип связи. Кроме того, вам может понадобиться блок питания с напряжением более 12 В или силой тока более 1 А.
Просмотреть все уровни навыков

---

• Комментарии 2
• Отзывы 1 1

5 из 5

На основании 1 оценок:

Сейчас просматриваются все отзывы покупателей.

Показаны результаты со звездным рейтингом.

Должен иметь для формирования сигнала прерывания

около 4 лет назад от NotDavid4JustDavid проверенный покупатель

Я использую триггеры Шмитта для обработки любого сигнала, предназначенного для прерывания процессора.