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Schmitt-Trigger:Schaltungen, Arbeitsweise und Anwendungen

Schmitt-Trigger, ursprünglich bekannt als thermionischer Trigger, gibt es seit Jahrzehnten. Bisher hat es zu lebensverändernden technologischen Fortschritten beigetragen, wie z. B. dem Tracking-Umschalten zwischen zwei Spannungszuständen. Es ist ein Komparator oder Differenzverstärker, der eine zusätzliche Hysterese hat, um Rauschunempfindlichkeit zu bieten. Aber auch ohne die Hysterese kann es nur als Komparator fungieren, der saubere digitale Impulse erzeugt.

Heute werden wir eine Schmitt-Trigger-Schaltung entwerfen und dann erklären, wie sie funktioniert. Darüber hinaus werden wir einige Bereiche hervorheben, in denen Sie die Schmitt-Trigger-Schaltung anwenden können.

1.Was ist ein Schmitt-Trigger?

Kurz gesagt, es ist ein regenerativer Komparator. Es verwendet eine positive Rückkopplung, um eine Hysteresespannung zu implementieren oder einen sinusförmigen Eingang in einen Rechteckwellenausgang umzuwandeln. Häufig dient die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers als Referenzspannung für Eingangswellenformen. Es dient dazu, Rauschen von seiner analogen Eingangssignalform in ein digitales Signal umzuwandeln.

Der Schmitt-Trigger kann auch eine bistabile Schaltung sein. Die bistabile Schaltung hat stetige hohe und niedrige Ausgangsspannungsschwankungen, sobald der Eingang den gewünschten Schwellenpegel erreicht.

2. Arten von Schmitt-Triggern

Zweifellos gibt es mehrere logische integrierte Schaltungen mit Schmitt-Triggern als einer der Komponenten. In unserem Fall werden wir unser Interesse jedoch auf den DIY-Schmitt-Trigger stützen, den wir haben werden.

Zu den Typen gehören:

Weitere Erläuterungen zu den oben genannten Typen finden Sie unter der gemeinsamen Schmitt-Trigger-Schaltung.

3.Wie funktioniert ein Schmitt-Trigger?

Ein Schmitt-Trigger verwendet ein positives Rückkopplungskonzept, um seine Funktion zu erreichen. Mit anderen Worten, es nimmt ein Ausgangs-Sample und speist es dann wieder in die Eingangsquelle ein. Auf diese Weise erhält die Ausgabe eine Verstärkung.

(Erklärung des positiven Feedbacks).

Die Verstärkung hilft dabei, die Komparatorausgabe dazu zu bringen, sich nach Belieben auf ihren Zustand einzustellen. Außerdem stellt es sicher, dass der Zustand auf dem festgelegten Niveau konstant ist.

4.Gängige Schmitt-Trigger-Schaltungen

Schmitt-Trigger mit Transistoren

Wir werden zwei Transistoren (die wesentlichen Komponenten) und andere grundlegende externe Komponenten für diese Schmitt-Trigger-Schaltung verwenden, um das Blockdiagramm einzurichten.

Betrieb der Schaltung

Zunächst einmal leitet T1 nicht, wenn VIN (Eingangsspannung) bei 0 V liegt. Andererseits hat die Vref (Spannungsreferenz) 1,98 V, wodurch T2 leiten kann.

Wenn wir weiter zu Knoten B gehen, können wir die Schaltung als Spannungsteiler behandeln und dann die folgenden Formeln verwenden, um die Spannung mit den Komponentenwerten zu berechnen;

VIN =0 V, Vref =5 V

Va =(Ra + Rb/Ra + Rb + R1) x Vref

Vb =(Rb/Rb + R1 + Ra) x Vref

Wie wir festgestellt haben, ist die Leitungsspannung von 1,98 von T2 niedrig. Außerdem beträgt die Basisspannung am Anschluss des Transistors 1,28 V, was höher ist als die Emitteranschlussspannung des Transistors bei 0,7 V.

Somit kann eine Erhöhung der Schaltungseingangsspannung den T1-Wert überschreiten und ihn leitend machen. Anschließend führt dies zum Abfall der Basisspannung von T2. Eine kürzere Leitperiode des T2-Transistors erhöht dann die Ausgangsspannung.

Schmitt-Trigger mit Transistoren

Als nächstes beginnt die Schaltungseingangsspannung bei der T1-Basisspannung des Anschlusses abzulehnen. Dabei steigt die Basisklemmenspannung über 0,7 V des Emitteranschlusses des Transistors und bewirkt dann die Deaktivierung des Transistors.

Der gesamte Vorgang hängt davon ab, dass der Emitterstrom bis zu einem Punkt ablehnt, an dem der Transistor einen vorwärtsaktiven Modus findet. Später werden sowohl die Basisspannung am Anschluss von T2 als auch die Kollektorspannung ansteigen.

Manchmal fließt jedoch wenig Strom durch T2, und der Strom kann T1 ausschalten und die Emitterspannung senken. Unter solchen Umständen werden Sie die Eingangsspannung der Schaltung auf etwa 1,3 V absenken, um T1 zu deaktivieren.

Schließlich haben Sie zwei Schwellenspannungen bei 1,3 V und 1,9 V.

Schmitt-Trigger-Schaltungen auf Operationsverstärkerbasis

Die Op-Amp-basierten Schmitt-Trigger-Schaltungen haben zwei Hauptabteilungen; der nicht invertierende Eingang und invertierende Schmitt-Trigger.

Invertierende Schmitt-Trigger-Schaltung

Für den invertierenden Schmitt-Trigger-Eingang wenden Sie den invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers (Op-Amp) an. Darüber hinaus ist der vom invertierenden Modus erzeugte Ausgang von entgegengesetzter Polarität, und Sie müssen ihn an einen nicht invertierenden Anschluss anlegen, um eine positive Rückkopplung zu erhalten.

Invertierender Schmitt-Trigger-Schaltkreis

Erklärung und Formel der obigen invertierenden Schmitt-Trigger-Schaltung;

VREF kleiner als VIN führt zu einem -VSAT-Komparatorausgang. Wenn im Gegensatz dazu -VREF etwas größer als VIN ist (negativer), ist die Ausgabe VSAT. Daher ist Vo (Komparator-Ausgangsspannung) entweder -VSAT oder VSAT. Sie müssen jedoch die Eingangsspannungen der Schaltung mit R2 oder R1 steuern, um die Zustandsänderungen der Schaltung zu regulieren.

Werte von -VREF und VREF-Formulierung;

  1. VREF =(VO * R2 ) / (R1 + R2 )

2. VO =VSAT , also

3. VREF =(VSA * R2 ) / (R1 + R2 )

4. -VREF =(VO * R2 ) / (R1 + R2 )

5. VO =-VSA daher

6. -VREF =(-VSA * R2 ) / (R1 + R2 )

Manchmal wird VREF als obere Schwellenspannung (VUT) bezeichnet, während -VREF die untere Schwellenspannung (VLT) ist.

Schaltung eines nicht-invertierenden Schmitt-Triggers

Im zweiten Modus der Operationsverstärker-basierten Schmitt-Trigger-Schaltung legen Sie die Schaltungseingangsspannung an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers an. Danach lässt der Emitterwiderstand R1 die Ausgangsspannung zurück zum nichtinvertierenden Anschlusskreis.

Nicht-invertierende Schmitt-Trigger-Schaltung

Nehmen wir an, die Ausgangsspannung war am Anfang bei VSAT. Die Ausgangsspannung bleibt auf demselben Sättigungspegel, solange VLT höher als VIN ist. Wenn später die Eingangsspannung des Schaltkreises den unteren Schwellenspannungspegel überschreitet, ändert sich der Ausgangsstatus auf -VSAT. Sie können auch die Vorspannung in Reihe variieren, um die gewünschten Referenzspannungswerte zu erhalten.

Schließlich bleibt der Ausgang konstant im -VSAT-Zustand, bis die Eingangsspannung der Schaltung über die obere Schwellenspannung ansteigt.

5.Anwendungen von Schmitt-Triggern

Sie finden die Schmitt-Trigger-Schaltung in mehreren Anwendungen wie;

Zusammenfassen

Zusammenfassend gibt der heutige Artikel einen detaillierten Einblick in Schmitt-Trigger, seine Funktionsweise, die grundlegende Schaltungsstruktur und auch einige seiner Anwendungen.

Trotz der hohen Effizienz des Auslösers ist es am besten, einige vorbeugende Maßnahmen zu treffen, wie z. Fahren eines Operationsverstärkers in Schienen. Es wird mehr Strom verbraucht, und Sie benötigen eine Hochleistungsquelle. Trotz der Einschränkung werden Sie verrauschte Signale und eine reduzierte Anzahl mehrfacher Ausgangsübergänge los.

Haben Sie Probleme beim Einrichten Ihrer Schaltung oder stecken Sie bei einem Projekt fest? Kontaktieren Sie uns für weitere Details.


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