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.
6.2.4. Аналоговый компаратор
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 |U 1 вых — U 0 вых| 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.
Расширение возможностей триггера Шмитта с помощью резистивной цепочки
В схеме на Рисунке 1 показан знакомый метод преобразования низкоуровневого аналогового сигнала в цифровую форму. Резисторы R1 и R2 устанавливают на входе инвертора с триггером Шмитта постоянный уровень сигнала в состоянии покоя, примерно равный середине петли гистерезиса. Конденсатор C1 удаляет постоянную составляющую из входного сигнала VIN, так что входной сигнал триггера Шмитта VI центрируется на уровне середины петли гистерезиса. Если сигнал VIN достаточно велик, чтобы пересечь пороговый уровень микросхемы IC1, выходной сигнал VOUT обеспечит точное цифровое представление VIN. К сожалению, схеме присущ ряд недостатков. Наличие разделительного конденсатора C1 не позволяет установить желаемые пороги переключения для сигнала VIN. Кроме того, для низкочастотных сигналов емкость C1 должна быть очень большой, чтобы не допустить их нежелательного ослабления. Помимо этого, если VIN имеет случайный период или асимметричен во времени (например, последовательность импульсов с низким коэффициентом заполнения), сигнал VI будет изменяться несимметрично относительно уровня покоя и может не пересечь один из порогов IC1. Все эти проблемы можно решить, заменив C1 резистором, как показано на Рисунке 2.
| Рисунок 1. | Эта схема на триггере Шмитта полезна дляпреобразования сигнала переменного тока в цифровую форму. |
| Рисунок 2. | Исключение входного конденсатора устраняет проблемы асимметричных входных сигналов. |
R1 и параллельная комбинация R2 и R3 на Рисунке 2 действуют как аттенюатор, позволяющий микросхеме IC1 переключаться при определенных, задаваемых пользователем уровнях постоянного напряжения, которые могут быть намного выше, чем пороги переключения IC1. Более того, R2 и R3 вносят смещение, которое, если это необходимо, позволяет нижнему порогу VIN быть отрицательным. Сопротивления R1 и R2 связаны с R3 следующими формулами:
VP и VN – требуемые значения верхнего и нижнего порогов для сигнала VIN, соответственно;
VTU и VTL – верхний и нижний пороги переключения триггера Шмитта.
Измерив VTU и VTL для конкретного инвертора Шмитта и выбрав подходящее сопротивление для R3, можно рассчитать соответствующие величины R1 и R2. Схема работоспособна практически с любыми значениями VP и VN. Единственное ограничение состоит в том, что гистерезис (VP – VN) должен быть значительно больше, чем гистерезис IC1 (VTU – VTL); в противном случае формулы могут дать отрицательные значения сопротивлений. Использование в качестве IC1 КМОП микросхем (например, 74HC14, 74AC14, 4093B или 40106B), позволяет выбирать большие сопротивления резисторов, чтобы обеспечить высокое входное сопротивление.
| Рисунок 3. | Цепочка с потенциометром решает проблему большого разброса параметров компонентов. |
В случаях, когда измерять точные значения VTU и VTL неудобно, можно заменить R1 и R2 переменными резисторами, чтобы компенсировать наихудший разброс VTU и VTL. Однако из-за сильного влияния R2 и R3 на выбор R1 расширяется диапазон необходимых сопротивлений R2, что приводит к большому разбросу сопротивлений эквивалентного параллельного соединения R2-R3 и, в свою очередь, еще больше расширяет диапазон значений R1. Замена R2 и R3 цепочкой с потенциометром, как показано на Рисунке 3, позволяет решить проблему «разброса». Поскольку с изменением R3 теперь изменяется и R2, диапазон сопротивлений параллельной пары R2-R3 и, следовательно, R1 становится уже. Такое усовершенствование приводит к довольно существенному усложнению формул, связывающих переменные. Однако можно упростить ситуацию, заметив, что для конкретного КМОП инвертора Шмитта каждый из его порогов составляет постоянную долю напряжения питания VS. Следовательно, выражения для порогов можно записать как VTU = UVS и VTL = LVS, где U и L – соответствующие доли VS. В результате этих упрощений получаются следующие формулы:
Процедура проектирования состоит в том, чтобы выбрать желаемые значения VS, VP и VN, а затем рассчитать R1, R2 и R3 в терминах RX для наихудшего разброса U и L. Затем можно соответствующим образом масштабировать сопротивления R1, R2 и R3. В качестве примера предположим, что необходимо установить значение VP равным 6 В, а VN равным –7.5 В, используя микросхему 74HC14, работающую от источника питания 5 В. Хотя микросхемы различных производителей не совсем одинаковы, «типовой» разброс пороговых напряжений 74HC14 при питании от шины 5 В дает следующие значения: U = 0.5…0.7 и L = 0.2…0.44. Этими значениями обусловлены ограничения ширины петли гистерезиса: от (U-L) = 0.09 (минимум) до (U-L) = 0.5 (максимум). Интуитивно можно увидеть, что сопротивление R1 максимально, когда гистерезис IC1 мал, а сопротивление параллельно соединенных R2 и R3 велико. Такая ситуация возникает, когда IC1 имеет узкую петлю гистерезиса с центром примерно на уровне VS/2. В этом примере максимальное значение R1 составляет 7.25RX при L = 0.435 и U = 0.525. И наоборот, сопротивление R1 минимально, когда гистерезис IC1 велик, а сопротивление параллельно соединенных R2 и R3 мало. Так получается, если L = 0.2 и U = 0.7, и тогда R1 = 1.067RX. Диапазон изменения сопротивления потенциометра RP должен позволять устанавливать любое значение напряжения VI в состоянии покоя – от минимального уровня середины петли гистерезиса (когда L и U одновременно минимальны) до максимального уровня середины петли гистерезиса (когда и L, и U максимальны). В этом примере R2 = 0.4125RX и R3 = 0.5875RX (когда L = 0.2 и U = 0.5) и R2 = 0.6467RX и R3 = 0.3533RX (когда L = 0.44 и U = 0.7). Полагая, что используются резисторы с допуском ±1% и потенциометры с допуском ±10%, можно с достаточным запасом учесть требуемый разброс сопротивлений R2 и R3, выбрав RA = 1.1 кОм, RP = 1 кОм и RB = 1.3 кОм. Соответствующий диапазон значений R1 (с учетом допуска самого RX) составляет от 3.495 кОм до 25.549 кОм. Получить такой диапазон можно, последовательно подключив резистор 3.3 кОм к параллельной цепочке, состоящей из потенциометра 50 кОм и резистора 51 кОм.
| Рисунок 4. | Эти осциллограммы показывают чистое гистерезисное переключение при треугольном входном сигнале. |
Фотография экрана осциллографа на Рисунке 4 иллюстрирует работу схемы, когда VIN представляет собой последовательность треугольных импульсов размахом ±10 В. Поочередно регулируя два потенциометра, мы заставили схему переключаться при входных напряжениях VIN, равных 6 В и –7.5 В. Несмотря на взаимное влияние потенциометров, можно, проявив немного терпения, довольно легко установить пороговые значения. Хотя схема не предназначена для прецизионных приложений, она расширяет функциональные возможности различных инверторов Шмитта и позволяет реализовать положительные и отрицательные пороги в несколько десятков или даже сотен вольт. Более того, схема позволяет порогу VN быть положительным при условии, что VP достаточно превышает VN, чтобы избежать отрицательных значений сопротивления. При выборе подходящих устройств для IC1 схема может работать на частотах более 10 МГц. 74AC14 или 74HC14 имеют времена отклика всего в несколько наносекунд и выходы rail-to-rail. Для улучшения характеристик на высоких частотах применяйте низкоомные резисторы, шунтируйте R1 подстроечным конденсатором для частотной коррекции или используйте и то, и другое. Наконец, для защиты входов IC1 от повышенных напряжений добавьте ограничительные диоды Шоттки, как показано на Рисунке 3.
Триггер Шмитта. Подробное описание нессиметричного триггера
Слово trigger, в переводе на русский, значит, спусковой крючок. Функциональность устройства заключается в быстром переходе из одного устойчивого состояния в другое под внешним воздействием.
Большинство подобных устройств имеют заданное одинаковое значение для нарастающего сигнала. Для быстрорастущих сигналов – это не проблема. Но для сигналов, которые имеют очень медленное нарастание (шумовые, например) – колебания назад и вперед из положения off в on и обратно могут вывести из строя прибор. Триггеры Шмитта применимы для медленно изменяющихся сигналов или шума.
Это решение для случаев, когда сигнал на входе колеблется вокруг заданной точки. Схема для получения петли гистерезиса – это значит, что есть два набора точек, одни на низкой стороне, другие на высокой. Допустим, что на стороне низкого заданное значение составляет 2,0 В, а на стороне высокого – 1,5 В. Как только нарастающий входной сигнал (шум) попадает в точку 2.0 В, триггер переключит выход на 1. И сигнал на выходе останется на 1 до тех пор, пока входной сигнал не упадёт обратно до 1,5 В. В зоне от 1,5 и 2.0 В сигнал не переключается.
Самым простым примером применения триггера Шмитта является однополюсный двухпозиционный тумблер.
Перемещением рычага вправо соединяются выступы в центре. Цифровые схемы работают на 1 и 0 (вкл. и выкл.) Серединных значений при этом нет.
Схемы триггеров Шмитта
Существует много схем триггеров Шмитта, в которых необходимо включение элементов, имеющих фиксированные пороги на входе. Можно применять дискретные транзисторы, а также операционный усилитель (ОУ) с дополнительными компонентами, способствующими созданию петли гистерезиса.
На схеме изображено как устройство формирует импульс правильной конфигурации, при произвольном входном сигнале. Подобная схема применяется для преобразования медленно изменяющихся сигналов в импульсы с чётко очерченными краями. Это выполняется и на нескольких устройствах, и на одном ОУ.
Схема триггера Шмитта на транзисторах
Для несимметричного триггера Шмитта характерно несколько устойчивых состояний, когда переход из одного в другое происходит лишь при пороговых уровнях. Поэтому для такого триггера Шмитта характерна гистерезисная передаточная характеристика. В нижеприведённой схеме использованы биполярные транзисторы.
На данном чертеже показано, что триггер Шмитта включает в себя транзисторы VT1 и VT2, гальванически связанные между собой посредством резистора R5. Все элементы имеют общую питающую шину. R1 и R2 обеспечивают рабочий режим транзистора VT1. Организован делитель напряжения (два резистора). Конденсатор C1 служит для ускоренного переключения. Временные диаграммы входных и выходных напряжений устройства показаны на рисунке.
При подаче питания к устройству, он переходит в исходное состояние, когда транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт. В таком состоянии на выход устройства поступает некоторое напряжение Uэ, зависящее от элементов обвязки VT2. Имеются два порога срабатывания в триггере Шмитта (эта разность между напряжениями называется шириной петли гистерезиса).
Триггер Шмитта на логике
Это устройство особенное, потому что имеет по одному аналоговому входу и цифровому выходу. Самая простая схема триггера Шмитта основана на цифровых логических элементах, то есть последовательно включенных двух инверторах. Посредством резистивной обратной связи цифровой сигнал на выходе меняет входное напряжение переключения. Скорости нарастания сигнала на выходе и входе не зависят друг от друга, являясь для данной схемы постоянной величиной (зависящей от быстродействия логических вентилей). Схема триггера Шмитта, построенная на двух инверторах, изображена ниже.
Добавлена обратная связь, обеспеченная двумя резисторами, способствует быстрому изменению напряжения на выходе схемы при пересечении сигналом порогового напряжения. Соотношение между резисторами влияет на глубину этой связи. Тот факт, что часть сигнала с выхода схемы поступает на вход, приводит к тому, что вместо одного порога у схемы получается два. Один из них назван порогом срабатывания схемы (когда на выходе устройства формируется уровень «1»). Второй порог назван порогом отпускания (когда на выходе схемы формируется уровень «0»). Наличие двух порогов дало триггеру Шмитта второе название — схема с гистерезисом. Положительная обратная связь используется для того, чтобы установить лимит для достижения точки насыщения на выходе и, таким образом, можно изменить синусоидальное напряжение в цифровое.
Как определить низкие и высокие пороговые уровни на входе схемы? Логика определения этих пороговых уровней следующая. Необходимо выбрать верхний порог, который ниже минимального высокого уровня сигнала. Другими словами, это тот уровень, когда входной сигнал будет превышать каждый импульс на выходе. Аналогичным образом выбирается нижний порог, который соответственно выше низкого уровня сигнала. Разница между верхним и нижним уровнем является гистерезис. Чем больше гистерезис, тем больше будет восприимчивость схемы к шуму. Также необходимо учесть влияние времени.
На изображении хорошо видны два порога там, где на вход устройства подаётся синусоидальное напряжение.
Генератор на триггере Шмитта
Для построения генераторов применяются инверторы. Посему для обеспечения устойчивых сигнальных волн нужно вывести элемент на участок между «0» и «1». Далее, требуется обеспечить положительную обратную связь посредством конденсаторов.
Ниже изображена схема простейшего генератора импульсов.
Инвертор генерирует сигнал, который заряжает и разряжает конденсатор. Это работает, потому что на выходе инверторов «0» или «1» (низкие или высокие пороговые значения). Представим, что мы смотрим на цепи в какой-то случайный момент времени. По своей природе, триггера Шмитта на выходе инвертора или 0 В или 5 В (или переход между ними, который мы можем игнорировать). Если на выходе 0 В, а на выходе конденсатора выше, чем на выходе инвертора, конденсатор будет разряжаться через резистор до падения порогового напряжения триггера Шмитта. Конденсатор разряжается до тех пор, пока на входе инвертора сигнал достаточно низкий. При пересечении порогового значения, цикл начнётся заново.
Ключ, который делает эту работу на «гистерезис» в триггер Шмитта. В основном это означает, что точка поездки инвертора зависит оттого, что мы идем от высокого напряжения или низкого напряжения.
Заключение
Достоинство схем заключается в том, что входное напряжение меняется незначительно, когда выходное изменяется резко к высокому или низкому пороговому значению. Процесс проводится благодаря устройству обратной связи и делителя напряжения.
В чём польза триггера Шмитта? Они весьма востребованы тогда, где на входе присутствуют шумы. Применяется для преобразования входного сигнала в прямоугольные, пренебрегая высокочастотными помехами. Такая входная цепь осуществляет гистерезис, эффективно фильтрующий различные типы шумов. Использование устройства будет гарантировать, что на входе цифрового устройства всегда будет либо «один» или «ноль» и ничего между ними.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Триггер Шмитта
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 UПОР = 1,3 В. Передаточная характеристика триггера Шмита двух пороговая. Если входное напряжение элемента триггера Шмита UВХ = 0 В (точка А), то выходное напряжение UOH = UВЫХ = 2,4 В (напряжение высокого логического уровня ТТЛ). При повышении UВХ до 1,7 В выходной сигнал скачком уменьшится (переходит от точки Б к В), где UOL = UВЫХ #gr; 0,3 В (напряжение низкого логического уровня ТТЛ). В этот момент входное напряжение становится равным напряжению срабатывания UВЫХ = UСРБ = UT+ = 1,7 В. Если входное напряжение теперь постепенно уменьшать (от точки Г), то при UВХ = 0,9 В выходное напряжение скачком перейдёт от низкого уровня к высокому (линия Д – Е). Это напряжение порога отпускания UОТП (UT-). При дальнейшем снижением UВХ 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 UСРБ – UОТП = 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 UСРБ – UОТП = 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