טריגר שמיט - מבט כללי

במהלך תכנון מעגל הדופק, היזם עשוי להזדקק למתקן סף שיכול ליצור אות מלבני טהור עם ערכים מסוימים של רמות מתח גבוה ונמוך מאות הכניסה בצורה לא מלבנית (למשל, מסור או סינוסואיד).

ההדק שמיט, מעגל עם זוג מצבי פלט יציבים, אשר תחת השפעת אות הקלט, מחליפים זה את זה בקפיצה, מתאים היטב לתפקיד זה, כלומר הפלט הוא אות מלבני.

מאפיין מאפיין של ההדק שמיט הוא נוכחות של טווח מסוים בין רמות המתח לאות הקלט, כאשר מתח היציאה של אות הקלט מועבר ביציאה של טריגר זה מרמה נמוכה לגובה וההפך.

תכונה זו של טריגר שמיט נקראת היסטריה, וחלק המאפיין בין ערכי קלט הסף נקרא אזור ההיסטרזה. ההבדל בין ערכי הסף העליון והתחתון עבור קלט ההדק שמיט קובע את רוחב אזור ההיסטרזה שלו, המשמש מדד לרגישות של ההדק. ככל שאזור ההיסטרזה רחב יותר - ככל שההדק של שמיט פחות רגיש, כך האזור ההיסטריזה צר יותר - כך הרגישות שלו גבוהה יותר.

הטריגרים של שמיט זמינים בצורה של מעגלי מיקרו מיוחדים, בהם ניתן לאתר מספר טריגרים נפרדים בתוך דיור אחד בבת אחת. למעגלי מיקרו כאלה יש סף מיתוג מורמללי מסוים, והם נותנים חזיתות תלולות ביציאה, למרות אות הכניסה הרחק מצורה מלבנית. בנוסף, ניתן לבנות את ההדק שמיט גם על בסיס אלמנטים לוגיים, ובמקרה זה יש למפתח הזדמנות להגדיר ולהתאים בצורה מדויקת מאוד את רוחב אזור ההיסטריה של מכשיר הסף שלו.

שימו לב לדמות, וקחו מקרוב את העיקרון של ההדק שמיט.

להלן המחשה סכמטית של אלמנט טריגר, כמו גם מאפייני ההעברה והזמן שלו. כפי שאתה יכול לראות, כאשר רמת אות הקלט Uin נמוכה מהסף התחתון Ufor.n, לפלט ההדק של שמיט יש, בהתאם, גם רמת מתח נמוך U0 קרוב לאפס.

בתהליך הגדלת המתח של אות הקלט Uin, ערכו מגיע תחילה לגבול התחתון של אזור ההיסטריה Uпор.н, הסף התחתון, בעוד שהפלט, כמו קודם, לא משנה דבר. ואפילו כאשר מתח הקלט Uin נכנס לאזור ההיסטריה, ובמשך זמן מה נמצא בתוכו, אז שום דבר לא קורה בפלט - הפלט הוא עדיין מתח ברמה נמוכה U0.

אך ברגע שמשווים את רמת מתח הקלט Uin עם הסף העליון של אזור ההיסטריה Ufor.in (אזור תגובה), פלט ההדק קופץ למצב של מתח גבוה U1. אם מתח הכניסה Uin ימשיך לגדול עוד יותר (בגבולות המותרים למעגל המיקרו), מתח היציאה Uout לא ישתנה יותר, מכיוון שאחד משני מצבים יציבים יגיע - רמה גבוהה של U1.

עכשיו, נניח שמתח הכניסה Uin החל לרדת. כשחוזרים לאזור ההיסטרזה לא מתרחשים שינויים בפלט, הרמה עדיין גבוהה U1. אך ברגע שהמתח של אות הקלט Uin שווה לגבול התחתון של אזור ההיסטריה Uпн.н - פלט ההדק שמיט קופץ למצב עם רמת מתח נמוך U0. העבודה של ההדק שמיט מבוססת על זה.

לעיתים מפעילים שמיט מוכחים כשימושיים, כאשר אלמנט ההיגיון "אני" מיושם בתוך המיקרו-מעגל, והמהפך "NOT" מותקן ביציאה (ההפוך של שמיט).במקרה זה, מאפיין ההעברה ייראה הפוך: כאשר המתח עובר לגבול העליון של אזור ההיסטריה, מופיעה רמה נמוכה ביציאה של ההדק שמיט, וכשהוא חוזר מתחת לאזור ההיסטרזה, מופיעה רמה גבוהה ביציאה. זהו למעשה מרכיב AND-NOT עם היסטריה.

ניתן להרכיב את ההדק של שמיט על מגבר תפעולי (מגבר OP). בואו נסתכל על אחת האפשרויות ליישום שלה במונחים כלליים. הכניסה ההפוכה של מגבר המגבר מקורקעת, ואות הקלט מוזן דרך הנגד R1 לכניסה הלא הפוכה של מגבר המגבר. הפלט של מגבר המגבר לאורך שרשרת המשוב דרך הנגן R2 מחובר לכניסה הלא הפיכה של מגבר המגבר. מתח מלבני מוסר מפלט מגבר ה- OP.

המתח ביציאת המגבר התפעולי נקבע באופן מסורתי על ידי הנוסחה Uout = K * Ua. בדרך כלל Uout.max שווה למתח האספקה ​​של מגבר ההגברה (בואו נציין אותו על ידי אשור E), ו- K הוא הרווח של ה- opamp, הוא בסדר גודל של 1,000,000. מתח היציאה יכול להשתנות מ + E ל- E. כאן לא ניכנס לפרטים מסוימים, וכדי לפשט את ההבנה, נשקול דוגמא חיה שבה הנגן לקלט והנגד במעגל המשוב שווים זה לזה: R1 = R2.

אז, ממש בהתחלה, כאשר Uin = 0, ולכן Ua = 0, אז Uout = 0, מכיוון שהמתח בכניסה הלא הפיכה של מגבר ה- OP אינו עולה על המתח בכניסה ההפוכה שלו.

אם עכשיו Uvh מוגדל מעט, אז גם UA יגדל מעט. אז יוט Uout יגדל משמעותית (בהתאם לערך K), מכיוון שהמתח בכניסה הלא הפיכה של מגבר ה- OP יעלה על המתח בכניסה ההפוכה שלו, שכפי שהחלטנו, מקורקע. ואז, בשל העובדה שהנקודה Ua היא בין הנגדים המחוברים על פי התרשים לעיל, בנקודה UA המתח יגדל משמעותית, הוא יהפוך לכ- Uout / 2, ובשל מפולת של משוב חיובי, Uout מתח יציב (שווה למתח האספקה) מערכת הפעלה = E). לפיכך, מגבר ה- OP נכנס למצב יציב עם רמת מתח יציאה גבוהה. יתר על כן, Ua = (E + Uin) / 2.

אם במצב זה אנו מתחילים להפחית את ה- Uin, אז גם כאשר הוא יהפוך לשווה לאפס, אז בנקודה Ua הוא עדיין יהיה E / 2, ובפלט של מגבר ה- OP יהיה עדיין מתח ברמה גבוהה Uout = E.

רק כאשר Uin הופך להיות שווה ל- -E, רק אז UA הופך להיות שווה לאפס, ופלט ה- amp amp יוצא למצב עם רמת מתח נמוכה (-E). במקרה זה, שוב תיווצר מפולת משוב - עכשיו Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, וזה נמוך בהרבה מאשר בכניסה הלא הפיכה של מגבר ה- OP. ההדק נכנס למצב יציב עם רמת תפוקה נמוכה. על מנת שתפוק מגבר ה- OP יחזור למצב גבוה כעת, יש צורך ש- Uin שוב יהפוך לשווה ל- E, מה שיגרום מפולת משוב נוספת. חזרה לנקודת האפס כבר לא תתרחש.