grilletto Schmitt - Schmitt trigger

Funzione di trasferimento di un trigger di Schmitt. Gli assi orizzontale e verticale sono rispettivamente la tensione di ingresso e la tensione di uscita. T e − T sono le soglie di commutazione e M e − M sono i livelli di tensione di uscita.

In elettronica , un trigger di Schmitt è un circuito comparatore con isteresi implementato applicando una retroazione positiva all'ingresso non invertente di un comparatore o amplificatore differenziale. È un circuito attivo che converte un segnale di ingresso analogico in un segnale di uscita digitale . Il circuito è chiamato trigger perché l'uscita mantiene il suo valore fino a quando l'ingresso non cambia sufficientemente per attivare una modifica. Nella configurazione non invertente, quando l'ingresso è maggiore di una soglia prescelta, l'uscita è alta. Quando l'ingresso è al di sotto di una soglia scelta diversa (inferiore) l'uscita è bassa e quando l'ingresso è tra i due livelli l'uscita mantiene il suo valore. Questa azione a doppia soglia è chiamata isteresi e implica che il trigger di Schmitt possiede memoria e può agire come un multivibratore bistabile (latch o flip-flop ). Esiste una stretta relazione tra i due tipi di circuiti: un trigger di Schmitt può essere convertito in un latch e un latch può essere convertito in un trigger di Schmitt.

I dispositivi trigger di Schmitt vengono generalmente utilizzati nelle applicazioni di condizionamento del segnale per rimuovere il rumore dai segnali utilizzati nei circuiti digitali, in particolare il rimbalzo dei contatti meccanici negli interruttori . Sono anche utilizzati in configurazioni di feedback negativo ad anello chiuso per implementare oscillatori di rilassamento , utilizzati in generatori di funzioni e alimentatori a commutazione .

Confronto dell'azione di un comune comparatore (A) e di un trigger di Schmitt (B) su un segnale di ingresso analogico rumoroso (U). Le linee tratteggiate verdi sono le soglie di commutazione del circuito. Il trigger di Schmitt tende a rimuovere il rumore dal segnale.

Invenzione

Il trigger di Schmitt è stato inventato dallo scienziato americano Otto H. Schmitt nel 1934 mentre era uno studente laureato, in seguito descritto nella sua tesi di dottorato (1937) come trigger termoionico . Era un risultato diretto dello studio di Schmitt sulla propagazione dell'impulso neurale nei nervi dei calamari .

Implementazione

Idea fondamentale

Schema a blocchi di un circuito trigger di Schmitt. Si tratta di un sistema a retroazione positiva in cui il segnale di uscita reimmesso in ingresso fa passare rapidamente l'amplificatore A da uno stato di saturazione all'altro quando l'ingresso supera una soglia.
A > 1 è il guadagno dell'amplificatore
B < 1 è la funzione di trasferimento del feedback

I circuiti con isteresi si basano sul feedback positivo. È possibile far sì che qualsiasi circuito attivo si comporti come un trigger di Schmitt applicando un feedback positivo in modo che il guadagno del circuito sia più di uno. Il feedback positivo viene introdotto aggiungendo una parte della tensione di uscita alla tensione di ingresso. Questi circuiti contengono un attenuatore (la scatola B nella figura a destra) e un sommatore (il cerchio con il "+" all'interno) oltre ad un amplificatore che funge da comparatore. Ci sono tre tecniche specifiche per implementare questa idea generale. I primi due sono versioni doppie (serie e parallelo) del sistema di feedback positivo generale. In queste configurazioni, la tensione di uscita aumenta la differenza effettiva di tensione di ingresso del comparatore "diminuendo la soglia" o "aumentando la tensione di ingresso del circuito"; le proprietà di soglia e di memoria sono incorporate in un elemento. Nella terza tecnica , le proprietà di soglia e di memoria sono separate.

Soglia dinamica (feedback in serie): quando la tensione di ingresso supera la soglia in qualche direzione il circuito stesso cambia la propria soglia nella direzione opposta. A tal fine, sottrae una parte della sua tensione di uscita dalla soglia (è uguale all'aggiunta di tensione alla tensione di ingresso). Pertanto l'uscita influisce sulla soglia e non influisce sulla tensione di ingresso. Questi circuiti sono implementati da un amplificatore differenziale con "feedback positivo in serie" in cui l'ingresso è collegato all'ingresso invertente e l'uscita - all'ingresso non invertente. In questa disposizione, l'attenuazione e la sommatoria sono separate: un partitore di tensione funge da attenuatore e l'anello funge da semplice tensione in serie estiva . Esempi sono il classico trigger di Schmitt accoppiato ad emettitore a transistor , il trigger di Schmitt invertente dell'amplificatore operazionale , ecc.

Tensione di ingresso modificata (retroazione parallela): quando la tensione di ingresso attraversa la soglia in una certa direzione il circuito cambia la sua tensione di ingresso nella stessa direzione (ora aggiunge una parte della sua tensione di uscita direttamente alla tensione di ingresso). Quindi l'uscita aumenta la tensione di ingresso e non influenza la soglia. Questi circuiti possono essere implementati da un amplificatore non invertente single-ended con "feedback positivo parallelo" in cui le sorgenti di ingresso e di uscita sono collegate tramite resistori all'ingresso. I due resistori formano un parallelo estivo ponderato che incorpora sia l'attenuazione che la sommatoria. Esempi sono il trigger Schmitt accoppiato su base collettore meno familiare , il trigger Schmitt non invertente dell'amplificatore operazionale , ecc.

Alcuni circuiti ed elementi che presentano resistenza negativa possono agire in modo simile: convertitori di impedenza negativa (NIC), lampade al neon , diodi tunnel (ad esempio un diodo con caratteristica corrente-tensione a forma di "N" nel primo quadrante), ecc. Nell'ultimo caso, un ingresso oscillante farà muovere il diodo da un ramo ascendente della "N" all'altro e viceversa quando l'ingresso attraversa le soglie di commutazione ascendente e discendente.

Due diverse soglie unidirezionali sono assegnate in questo caso a due comparatori ad anello aperto separati (senza isteresi) che pilotano un multivibratore bistabile (latch) o flip-flop . Il trigger viene impostato su alto quando la tensione di ingresso scende fino alla soglia alta e basso quando la tensione in ingresso scende fino alla soglia bassa. Anche in questo caso c'è un feedback positivo ma ora è concentrato solo nella cella di memoria. Esempi sono il timer 555 e il circuito antirimbalzo dell'interruttore.

Un simbolo di trigger di Schmitt mostrato con una curva di isteresi non invertente incorporata in un buffer . I trigger di Schmitt possono anche essere visualizzati con curve di isteresi invertite e possono essere seguiti da bolle . La documentazione per il particolare trigger di Schmitt utilizzato deve essere consultata per determinare se il dispositivo non è invertente (cioè, dove le transizioni di uscita positive sono causate da ingressi ad andamento positivo) o invertente (cioè, dove le transizioni di uscita positive sono causate da ingressi in corso).

Il simbolo per i trigger di Schmitt negli schemi elettrici è un triangolo con un simbolo all'interno che rappresenta la sua curva di isteresi ideale.

Transistor Schmitt trigger

Circuito accoppiato ad emettitore classico

Trigger di Schmitt implementato da due stadi a transistor accoppiati ad emettitore

Il trigger originale di Schmitt si basa sull'idea della soglia dinamica implementata da un partitore di tensione con una gamba superiore commutabile (i resistori del collettore R _C1 e R _C2 ) e una gamba inferiore stabile (R _E ). Q1 funge da comparatore con un ingresso differenziale (giunzione Q1 base-emettitore) costituito da un ingresso invertente (Q1 base) e uno non invertente (Q1 emettitore). La tensione di ingresso è applicata all'ingresso invertente; la tensione di uscita del partitore di tensione viene applicata all'ingresso non invertente determinandone la soglia. L'uscita del comparatore pilota il secondo stadio di collettore comune Q2 (un inseguitore di emettitore ) attraverso il partitore di tensione R ₁ -R ₂ . I transistor Q1 e Q2 accoppiati all'emettitore in realtà compongono un interruttore elettronico a doppia corsa che commuta sulle gambe superiori del partitore di tensione e cambia la soglia in una direzione diversa (rispetto alla tensione di ingresso).

Questa configurazione può essere considerata come un amplificatore differenziale con feedback positivo in serie tra il suo ingresso non invertente (base Q2) e l'uscita (collettore Q1) che forza il processo di transizione. C'è anche un feedback negativo più piccolo introdotto dal resistore di emettitore R _E . Per far dominare la retroazione positiva su quella negativa e per ottenere un'isteresi si sceglie la proporzione tra le due resistenze di collettore R _C1 > R _C2 . Quindi meno corrente fluisce attraverso e meno la caduta di tensione ai capi di R è _E quando Q1 viene acceso rispetto al caso in cui Q2 è acceso. Di conseguenza, il circuito ha due diverse soglie rispetto alla massa (V _- nell'immagine).

operazione

Stato iniziale. Per i transistor NPN mostrati a destra, immagina che la tensione di ingresso sia inferiore alla tensione di emettitore condivisa (soglia alta per concretezza) in modo che la giunzione base-emettitore Q1 sia polarizzata inversamente e Q1 non conduca. La tensione di base Q2 è determinata dal divisore menzionato in modo che Q2 sia in conduzione e l'uscita del trigger sia nello stato basso. I due resistori R _C2 e R _E formano un altro partitore di tensione che determina la soglia alta. Trascurando V _BE , il valore di soglia alta è di circa

V_{\mathrm {HT} }={\frac {R_{\mathrm {E} }}{R_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {C2} }}}{V_{+} }

.

La tensione di uscita è bassa ma ben al di sopra del suolo. È approssimativamente uguale alla soglia alta e potrebbe non essere abbastanza basso da essere uno zero logico per i prossimi circuiti digitali. Ciò potrebbe richiedere un circuito di spostamento aggiuntivo dopo il circuito di attivazione.

Varcare la soglia alta. Quando la tensione di ingresso (tensione di base Q1) sale leggermente al di sopra della tensione attraverso il resistore di emettitore R _E (la soglia alta), Q1 inizia a condurre. La sua tensione di collettore scende e Q2 inizia a interrompersi, perché il partitore di tensione ora fornisce una tensione di base Q2 più bassa. La tensione dell'emettitore comune segue questa variazione e si abbassa facendo così condurre maggiormente Q1. La corrente inizia a sterzare dal lato destro del circuito a quello sinistro. Sebbene Q1 sia più conduttivo, passa meno corrente attraverso R _E (poiché R _C1 > R _C2 ); la tensione di emettitore continua a diminuire e la tensione base-emettitore Q1 effettiva aumenta continuamente. Questo processo simile a una valanga continua fino a quando Q1 non diventa completamente acceso (saturato) e Q2 si spegne. Il trigger passa allo stato alto e la tensione di uscita (collettore Q2) è vicina a V+. Ora, i due resistori R _C1 e R _E formano un partitore di tensione che determina la soglia bassa. Il suo valore è di circa

V_{\mathrm {LT} }={\frac {R_{\mathrm {E} }}{R_{\mathrm {E} }+R_{\mathrm {C1} }}}{V_{+} }

.

Attraversando la soglia bassa. Con il trigger ora nello stato alto, se la tensione di ingresso si abbassa sufficientemente (sotto la soglia bassa), Q1 inizia il taglio. La sua corrente di collettore si riduce; di conseguenza, la tensione dell'emettitore condiviso si abbassa leggermente e la tensione del collettore Q1 aumenta in modo significativo. Il partitore di tensione R ₁ -R ₂ trasmette questa variazione alla tensione di base Q2 e inizia a condurre. La tensione ai capi di R _E aumenta, riducendo ulteriormente il Q1 potenziale base-emettitore nelle stesse a valanga modo, e cessa Q1 a condotta. Q2 diventa completamente acceso (saturato) e la tensione di uscita torna bassa.

Variazioni

Simbolo raffigurante un trigger di Schmitt invertito che mostra una curva di isteresi invertita all'interno di un buffer . Altri simboli mostrano una curva di isteresi (che può essere invertente o non invertente) incorporata in un buffer seguita da una bolla, che è simile al simbolo tradizionale per un inverter digitale che mostra un buffer seguito da una bolla. In generale, la direzione del trigger di Schmitt (invertente o non invertente) non è necessariamente chiara dal simbolo perché vengono utilizzate più convenzioni, anche con lo stesso produttore. Ci sono diversi fattori che portano a tale ambiguità. Queste circostanze possono giustificare un'indagine più approfondita della documentazione per ogni particolare trigger di Schmitt.

Circuito non invertente. Il classico innesco non invertente Schmitt può essere trasformato in un trigger invertente prendendo V _fuori dalle emettitori anziché da un collettore Q2. In questa configurazione, la tensione di uscita è uguale alla soglia dinamica (la tensione di emettitore condivisa) ed entrambi i livelli di uscita rimangono lontani dalle linee di alimentazione. Un altro svantaggio è che il carico cambia le soglie, quindi deve essere sufficientemente alto. Il resistore di base R _B è obbligatorio per prevenire l'impatto della tensione di ingresso attraverso la giunzione base-emettitore Q1 sulla tensione di emettitore.

Circuito ad accoppiamento diretto. Per semplificare il circuito, il partitore di tensione R ₁ –R ₂ può essere omesso collegando il collettore Q1 direttamente alla base Q2. Anche il resistore di base R _B può essere omesso in modo che la sorgente di tensione di ingresso guidi direttamente la base di Q1. In questo caso, la tensione dell'emettitore comune e la tensione del collettore Q1 non sono adatte per le uscite. Come uscita dovrebbe essere utilizzato solo il collettore Q2 poiché, quando la tensione di ingresso supera la soglia alta e Q1 satura, la sua giunzione base-emettitore è polarizzata direttamente e trasferisce le variazioni di tensione di ingresso direttamente agli emettitori. Di conseguenza, la tensione dell'emettitore comune e la tensione del collettore Q1 seguono la tensione di ingresso. Questa situazione è tipica per amplificatori differenziali a transistor over-driven e porte ECL .

Circuito accoppiato collettore-base

Il circuito accoppiato a base di collettore bistabile BJT può essere convertito in un trigger di Schmitt collegando un resistore di base aggiuntivo a una delle basi

Come ogni latch, il circuito bistabile fondamentale accoppiato collettore-base possiede un'isteresi. Quindi, può essere convertito in un trigger di Schmitt collegando un resistore di base aggiuntivo R a uno degli ingressi (base Q1 nella figura). I due resistori R e R ₄ formano una tensione parallela estiva (il cerchio nello schema a blocchi sopra ) che somma la tensione di uscita (collettore Q2) e la tensione di ingresso e pilota il "comparatore" Q1 del transistor a terminazione singola. Quando la tensione di base supera la soglia (V _BE0 ∞ 0,65 V) in una certa direzione, una parte della tensione del collettore di Q2 viene aggiunta nella stessa direzione alla tensione di ingresso. Quindi l'uscita modifica la tensione di ingresso tramite feedback positivo parallelo e non influenza la soglia (la tensione base-emettitore).

Confronto tra circuito accoppiato emettitore e collettore

La versione accoppiata ad emettitore ha il vantaggio che il transistor di ingresso è polarizzato inversamente quando la tensione di ingresso è abbastanza al di sotto della soglia alta, quindi il transistor è sicuramente interrotto. Era importante quando i transistor al germanio venivano usati per implementare il circuito e questo vantaggio ne ha determinato la popolarità. Il resistore di base di ingresso può essere omesso poiché il resistore di emettitore limita la corrente quando la giunzione di base-emettitore di ingresso è polarizzata in avanti.

Un livello di uscita zero logico di trigger di Schmitt accoppiato a emettitore potrebbe non essere sufficientemente basso e potrebbe richiedere un circuito di spostamento dell'uscita aggiuntivo. Il trigger di Schmitt accoppiato al collettore ha un'uscita estremamente bassa (quasi zero) a zero logico .

Implementazioni dell'amplificatore operazionale

I trigger di Schmitt sono comunemente implementati utilizzando un amplificatore operazionale o un comparatore dedicato . Un amplificatore operazionale e un comparatore ad anello aperto possono essere considerati come un dispositivo analogico-digitale con ingressi analogici e un'uscita digitale che estrae il segno della differenza di tensione tra i suoi due ingressi. Il feedback positivo viene applicato aggiungendo una parte della tensione di uscita alla tensione di ingresso in serie o in parallelo . A causa del guadagno estremamente elevato dell'amplificatore operazionale, anche il guadagno del loop è sufficientemente alto e fornisce il processo simile a una valanga.

Trigger Schmitt non invertente

Trigger di Schmitt implementato da un comparatore non invertente

In questo circuito, i due resistori R ₁ e R ₂ formano una tensione estiva in parallelo. Aggiunge una parte della tensione di uscita alla tensione di ingresso aumentandola durante e dopo la commutazione che si verifica quando la tensione risultante è vicina a terra. Questo feedback positivo parallelo crea l' isteresi necessaria che è controllata dalla proporzione tra le resistenze di R ₁ e R ₂ . L'uscita della tensione parallela estiva è single-ended (produce tensione rispetto a massa) quindi il circuito non necessita di un amplificatore con ingresso differenziale. Poiché gli amplificatori operazionali convenzionali hanno un ingresso differenziale, l'ingresso invertente è messo a terra per rendere il punto di riferimento zero volt.

La tensione di uscita ha sempre lo stesso segno della tensione di ingresso dell'amplificatore operazionale ma non ha sempre lo stesso segno della tensione di ingresso del circuito (i segni delle due tensioni di ingresso possono differire). Quando la tensione di ingresso del circuito è al di sopra della soglia alta o al di sotto della soglia bassa, la tensione di uscita ha lo stesso segno della tensione di ingresso del circuito (il circuito non è invertente). Funziona come un comparatore che commuta in un punto diverso a seconda che l'uscita del comparatore sia alta o bassa. Quando la tensione di ingresso del circuito è compresa tra le soglie, la tensione di uscita è indefinita e dipende dall'ultimo stato (il circuito si comporta come un latch elementare ).

Funzione di trasferimento tipica di un trigger di Schmitt non invertente come il circuito sopra.

Ad esempio, se il trigger di Schmitt è attualmente nello stato alto, l'uscita sarà sulla linea di alimentazione positiva (+V _S ). La tensione di uscita V ₊ dell'estate resistiva si trova applicando il teorema di sovrapposizione :

V_{\mathrm {+} }={\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {in} }+{\frac {R_{ 1}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {s} }

Il comparatore cambierà quando V ₊ =0. Allora (lo stesso risultato si può ottenere applicando l'attuale principio di conservazione). Quindi deve scendere sotto per far cambiare l'uscita. Una volta che l'uscita del comparatore è passata a − V _S , la soglia diventa per tornare alta. Quindi questo circuito crea una banda di commutazione centrata sullo zero, con livelli di trigger (può essere spostato a sinistra oa destra applicando una tensione di polarizzazione all'ingresso invertente). La tensione di ingresso deve salire al di sopra della parte superiore della banda, e quindi al di sotto della parte inferiore della banda, affinché l'uscita si accenda (più) e poi si spenga (meno). Se R ₁ è zero o R ₂ è infinito (cioè un circuito aperto ), la banda collassa a larghezza zero e si comporta come un comparatore standard. La caratteristica di trasferimento è mostrata nell'immagine a sinistra. Il valore della soglia T è dato da e il valore massimo dell'uscita M è il rail di alimentazione. ${R_{2}}\cdot V_{\mathrm {in} }=-{R_{1}}\cdot V_{\mathrm {s} }$ $V_{\text{in}}$ $-{\frac {R_{1}}{R_{2}}}{V_{s}}$ $+{\frac {R_{1}}{R_{2}}}{V_{s}}$ $\pm {\frac {R_{1}}{R_{2}}}{V_{s}}$ ${\frac {R_{1}}{R_{2}}}{V_{s}}$

Una pratica configurazione di trigger Schmitt con soglie precise

Una proprietà unica dei circuiti con feedback positivo parallelo è l'impatto sulla sorgente di ingresso. Nei circuiti con feedback parallelo negativo (ad esempio, un amplificatore invertente), la massa virtuale all'ingresso invertente separa la sorgente di ingresso dall'uscita dell'amplificatore operazionale. Qui non c'è terra virtuale e la tensione di uscita dell'amplificatore operazionale costante viene applicata tramite la rete R ₁ -R ₂ alla sorgente di ingresso. L'uscita dell'amplificatore operazionale fa passare una corrente opposta attraverso la sorgente di ingresso (inietta corrente nella sorgente quando la tensione di ingresso è positiva e assorbe corrente dalla sorgente quando è negativa).

Un pratico grilletto Schmitt con soglie precise è mostrato nella figura a destra. La caratteristica di trasferimento ha esattamente la stessa forma della precedente configurazione di base e anche i valori di soglia sono gli stessi. Nel caso precedente, invece, la tensione di uscita era dipendente dall'alimentatore, mentre ora è definita dai diodi Zener (che potrebbero essere sostituiti anche con un diodo Zener a singolo doppio anodo ). In questa configurazione i livelli di uscita possono essere modificati mediante opportuna scelta del diodo Zener, e questi livelli sono resistenti alle fluttuazioni dell'alimentazione (cioè aumentano il PSRR del comparatore). Il resistore R ₃ è lì per limitare la corrente attraverso i diodi e il resistore R ₄ minimizza l'offset della tensione di ingresso causato dalle correnti di dispersione in ingresso del comparatore (vedi limitazioni degli amplificatori operazionali reali ).

Invertire il trigger di Schmitt

Trigger di Schmitt implementato da un comparatore invertente

Nella versione invertente, l'attenuazione e la sommatoria sono separate. I due resistori R ₁ e R ₂ agiscono solo come attenuatore "puro" (partitore di tensione). Il loop di ingresso funge da semplice tensione in serie estiva che aggiunge una parte della tensione di uscita in serie alla tensione di ingresso del circuito. Questa retroazione positiva in serie crea l'isteresi necessaria che è controllata dalla proporzione tra le resistenze di R ₁ e l'intera resistenza (R ₁ e R ₂ ). La tensione effettiva applicata all'ingresso dell'amplificatore operazionale è flottante, quindi l'amplificatore operazionale deve avere un ingresso differenziale.

Il circuito è denominato invertente poiché la tensione di uscita ha sempre segno opposto alla tensione di ingresso quando è fuori dal ciclo di isteresi (quando la tensione di ingresso è al di sopra della soglia alta o al di sotto della soglia bassa). Tuttavia, se la tensione di ingresso è all'interno del ciclo di isteresi (tra le soglie alta e bassa), il circuito può essere invertente e non invertente. La tensione di uscita non è definita e dipende dall'ultimo stato, quindi il circuito si comporta come un latch elementare.

Per confrontare le due versioni si considererà il funzionamento del circuito nelle stesse condizioni di cui sopra. Se il trigger di Schmitt è attualmente nello stato alto, l'uscita sarà sul binario di alimentazione positivo (+V _S ). La tensione di uscita V ₊ del partitore di tensione è:

V_{\mathrm {+} }={\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}\cdot V_{\mathrm {s} }

Il comparatore cambierà quando V _in = V ₊ . Quindi deve superare questa tensione per far commutare l'uscita. Una volta che l'uscita del comparatore è passata a − V _S , la soglia diventa per tornare alta. Quindi questo circuito crea una banda di commutazione centrata sullo zero, con livelli di trigger (può essere spostato a sinistra oa destra collegando R ₁ a una tensione di polarizzazione). La tensione di ingresso deve salire al di sopra della parte superiore della banda, e quindi al di sotto della parte inferiore della banda, affinché l'uscita si spenga (meno) e poi si riaccenda (più). Se R ₁ è zero (cioè un cortocircuito ) o R ₂ è infinito, la banda collassa a larghezza zero e si comporta come un comparatore standard. $V_{\text{in}}$ $-{\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}{V_{s}}$ $\pm {\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}{V_{s}}$

In contrasto con la versione parallela, questo circuito non ha alcun impatto sulla sorgente di ingresso poiché la sorgente è separata dall'uscita del partitore di tensione dall'elevata impedenza differenziale di ingresso dell'amplificatore operazionale.

Nell'amplificatore invertente la caduta di tensione sul resistore (R1) determina le tensioni di riferimento, ovvero la tensione di soglia superiore (V+) e le tensioni di soglia inferiore (V-) per il confronto con il segnale di ingresso applicato. Queste tensioni sono fisse come sono fissi la tensione di uscita e i valori del resistore.

quindi modificando la caduta attraverso (R1) le tensioni di soglia possono essere variate. Aggiungendo una tensione di polarizzazione in serie con il resistore (R1) è possibile variare la caduta ai suoi capi, che può modificare le tensioni di soglia. I valori desiderati delle tensioni di riferimento possono essere ottenuti variando la tensione di polarizzazione.

Le equazioni di cui sopra possono essere modificate come:

V_{\pm }=\pm V_{s}{\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}+V_{b}{\frac {R_{2}} {R_{1}+R_{2}}}

Applicazioni

I trigger di Schmitt sono generalmente utilizzati in configurazioni ad anello aperto per l'immunità al rumore e configurazioni ad anello chiuso per implementare generatori di funzioni .

Conversione da analogico a digitale : il trigger di Schmitt è effettivamente un convertitore da analogico a digitale di un bit. Quando il segnale raggiunge un determinato livello, passa dallo stato basso a quello alto.
Rilevamento del livello : il circuito di trigger di Schmitt è in grado di fornire il rilevamento del livello. Quando si esegue questa applicazione, è necessario tenere conto della tensione di isteresi in modo che il circuito accenda la tensione richiesta.
Ricezione di linea : quando si esegue una linea dati che potrebbe aver rilevato rumore in una porta logica, è necessario assicurarsi che un livello di uscita logica venga modificato solo quando i dati sono cambiati e non come risultato di un rumore spurio che potrebbe essere stato rilevato. L'utilizzo di un trigger di Schmitt consente ampiamente al rumore da picco a picco di raggiungere il livello di isteresi prima che possa verificarsi un trigger spurio.

Immunità al rumore

Un'applicazione di un trigger di Schmitt consiste nell'aumentare l'immunità al rumore in un circuito con una sola soglia di ingresso. Con una sola soglia di ingresso, un segnale di ingresso rumoroso vicino a tale soglia potrebbe far commutare rapidamente l'uscita avanti e indietro dal solo rumore. Un segnale di ingresso di Schmitt Trigger rumoroso vicino a una soglia può causare un solo interruttore nel valore di uscita, dopo il quale dovrebbe spostarsi oltre l'altra soglia per provocare un altro interruttore.

Ad esempio, un fotodiodo a infrarossi amplificato può generare un segnale elettrico che commuta frequentemente tra il suo valore assoluto più basso e il suo valore assoluto più alto. Questo segnale viene quindi filtrato passa-basso per formare un segnale uniforme che sale e scende in corrispondenza della quantità relativa di tempo in cui il segnale di commutazione è acceso e spento. Quell'output filtrato passa all'input di un trigger di Schmitt. L'effetto netto è che l'uscita del trigger di Schmitt passa da basso ad alto solo dopo che un segnale a infrarossi ricevuto eccita il fotodiodo per un periodo più lungo di un periodo noto, e una volta che il trigger di Schmitt è alto, si sposta in basso solo dopo che il segnale a infrarossi cessa di eccitare il fotodiodo più a lungo di un periodo noto simile. Mentre il fotodiodo è soggetto a commutazioni spurie a causa del rumore ambientale, il ritardo aggiunto dal filtro e dal trigger di Schmitt assicura che l'uscita commuti solo quando c'è sicuramente un ingresso che stimola il dispositivo.

I trigger di Schmitt sono comuni in molti circuiti di commutazione per ragioni simili (ad esempio, per l'antirimbalzo dell'interruttore ).

Elenco dei circuiti integrati inclusi i trigger di Schmitt in ingresso

Philips 74HCT14D, un grilletto Schmitt invertente esadecimale

I seguenti dispositivi della serie 7400 includono un trigger Schmitt sui loro ingressi: (vedi Elenco dei circuiti integrati della serie 7400 )

7413: Dual Schmitt trigger Gate NAND a 4 ingressi
7414: Invertitore trigger Hex Schmitt
7418: Dual Schmitt trigger Gate NAND a 4 ingressi
7419: Invertitore trigger esadecimale Schmitt
74121: Multivibratore monostabile con ingressi trigger Schmitt
74132: Trigger Schmitt NAND quadruplo a 2 ingressi
74221: doppio multivibratore monostabile con ingresso trigger Schmitt
74232: Quad NOR Schmitt Trigger
74310: Buffer ottale con ingressi trigger Schmitt
74340: Buffer ottale con ingressi trigger Schmitt e uscite invertite a tre stati
74341: Buffer ottale con ingressi trigger Schmitt e uscite non invertite a tre stati
74344: Buffer ottale con ingressi trigger Schmitt e uscite non invertite a tre stati
74(HC/HCT) 7 541 Buffer ottale con ingressi trigger Schmitt e uscite non invertite a tre stati
SN74LV8151 è un buffer di trigger Schmitt universale a 10 bit con uscite a 3 stati

Un certo numero di dispositivi della serie 4000 include un trigger Schmitt sui loro ingressi: (vedi Elenco dei circuiti integrati della serie 4000 )

4017: Contatore decadi con uscite decodificate
4020: Contatore ondulazione binaria a 14 stadi
4022: Contatore ottale con uscite decodificate
4024: Contatore ondulazione binario a 7 stadi
4040: Contatore ondulazione binario a 12 stadi
4093: NAND . quadruplo a 2 ingressi
4538: Multivibratore Monostabile Doppio
4584: esadecimale che inverte il grilletto di Schmitt
40106: Invertitore esadecimale

Chip a porta singola configurabili con ingresso Schmitt: (vedi Elenco dei circuiti integrati serie 7400 # Chip a porta singola )

NC7SZ57 Fairchild
NC7SZ58 Fairchild
SN74LVC1G57 Texas Instruments
SN74LVC1G58 Texas Instruments

Utilizzare come oscillatore

Forme d'onda di uscita e condensatore per oscillatore di rilassamento basato su comparatore

Un'implementazione basata su Schmitt Trigger di un oscillatore di rilassamento

Un trigger di Schmitt è un multivibratore bistabile e può essere utilizzato per implementare un altro tipo di multivibratore, l' oscillatore di rilassamento . Ciò si ottiene collegando un singolo circuito di integrazione RC tra l'uscita e l'ingresso di un trigger di Schmitt invertente. L'uscita sarà un'onda quadra continua la cui frequenza dipende dai valori di R e C e dai punti di soglia del trigger di Schmitt. Poiché più circuiti trigger Schmitt possono essere forniti da un singolo circuito integrato (ad esempio il dispositivo CMOS serie 4000 tipo 40106 ne contiene 6), una sezione di riserva dell'IC può essere rapidamente messa in servizio come un oscillatore semplice e affidabile con solo due componenti.

Qui, un trigger di Schmitt basato su comparatore viene utilizzato nella sua configurazione invertente . Inoltre, viene aggiunto un feedback negativo lento con una rete RC integrata . Il risultato, mostrato a destra, è che l'uscita oscilla automaticamente da V _SS a V _DD mentre il condensatore si carica da una soglia di trigger di Schmitt all'altra.

Guarda anche

Applicazioni dell'amplificatore operazionale
Circuito multivibratore bistabile
Rivelatore di soglia con isteresi
Elenco dei circuiti integrati serie 4000 - include chip logici con ingressi trigger Schmitt
Elenco dei circuiti integrati della serie 7400 - include chip logici con ingressi trigger Schmitt

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