Šmito trigeris

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigaciją, paiešką

Šmito trigeris – vieną analoginį įėjimą, vieną loginį (1/0) išėjimą ir dvi būsenas turinti schema, pasižyminti histerize. Šmito trigeris turi du įėjimo slenksčius. Esant įėjimo signalui žemiau pirmojo slenksčio, schema pereina į loginio nulio būsena ir lieka joje tol, kol signalas neviršija antrojo (aukštesio) perjungimo į loginio vieneto būseną slenksčio. Loginio vieneto būsenoje schema lieka tol, kol įėjimo įtampa nenukrinta žemiau pirmojo (į nulinę būseną perjungiančio) slenksčio. Schema vadinama trigeriu nes ji išsaugo ankstesnę būseną kol įėjimo įtampą pakinta pakankamai kad ši būsena pasikeistų. Taigi Šmito trigeris yra ir atminties ląstelė.

Histerizės kilpa (in – įėjimo signalas, out – išėjimo signalas, +T ir -T – trigerio perjungimo slenksčiai). Įtampos kitimo kryptis laike parodyta rodyklėmis

Pagrindinis Šmito trigerio privalumas palyginus su vieno slenksčio įvedimo įrenginiu yra stabilumas. Esant vienam slenksčiui ir tam slenksčiui artimai įėjimo įtampai, net nedidelės amplitudės triukšmo signalas gali nuolat perjunginėti vieno slenksčio schemą, sukeldamas, pavyzdžiui, pertraukimų laviną ar neleisdamas skaičiuoti didesnės amplitudės impulsų. Tuo tarpu Šmito trigerį perjungti gali tik įtampų tarp slenksčių skirtumui lygus arba didesnis įėjimo signalo pokytis.

Šmito trigerį išrado amerikiečių mokslininkas Otto Šmitas.

Šmito trigeris su operaciniu stiprintuvu[taisyti | redaguoti kodą]

Šmito trigeris
Praktinė schema

Šiuo metu jie dažniausiai surenkami panaudojant operacinį stiprintuvą:

Kadangi invertuojantis įėjimas įžemintas, stiprintuvo įtampa lygi teigiamo maitinimo šaltinio įtampai (VS) jei įėjimo signalas teigiamas ir neigiamo maitinimo šaltinio įtampai (-VS) jei įėjimo signalas neigiamas (stiprintuvas maitinamas dviem priešingo poliariškumo įtampos šaltiniais). Grandinė R1-R2 veikia kaip įtampos daliklis.

Jei dabartinė stiprintuvo įtampa lygi teigiamai maitinimo įtampai, jo būsenai perjungti įėjimo įtampa turi tapti neigiama ir sumažėti iki − (R1/R2)VS. Būsenai pasikeitus, stiprintuvo išėjimo įtampa tapma neigiama (-VS), ir perjungimo į ankstesnę būseną slenkstis tampa lygus +(R1/R2)VS.

Praktikoje neretai naudojamas sudėtingesnis šios schemos variantas su išėjimo įtampą apribojančiais stabilitronais, kurie padidina schemos darbo stabilumą. Rezistorius R3 riboja šiais stabilitronais tekančią srovę. Pastebėta, jos su realiais operaciniais stiprintuvais schemos darbas pagerėja papildomai įjungus R4.

Invertuojantis Šmito trigeris su operaciniu stiprintuvu[taisyti | redaguoti kodą]

Invertuojantis Šmito trigeris

Šmito trigerį galima surinkti ir taip, jog operacinio stiprintuvo (ir trigerio) įėjimas nebūtų sujungtas su kitais schemos elementais. Kadangi operacinio stiprintuvo įėjimo varža labai didelė, toks trigeris geriau tinka priimti įėjimo signalams iš šaltinio, kurio negalima daug apkrauti. Šio trigerio slenkčiai irgi lygūs − (R1/R2)VS ir +(R1/R2)VS, tačiau jis invertuoja įėjimo signalą (keičia ženklą priešingu).

Šmito trigeris su dviem tranzistoriais[taisyti | redaguoti kodą]

Praktikoje paplitę taip pat Šmito trigerių schemos su dviem transistoriais. Šiuo metu tokių schemų darbo kokybė irgi yra pagerėjusi, nes šiuolaikiai tranzistoriai turi didesnį srovės stiprinimo koeficientą.

Schmitt with transistors.svg

Grandinė RK1 R1 R2 dirba kaip įtampos daliklis, nustatydama tranzistoriaus T2 bazės įtampą. Tačiau šį daliklį veikia tranzistorius T1: esant jam visiškai arba iš dalies atidarytam, daliklio įtampa mažesnė.

Kol bazės įtampa nedidelė, T1 uždarytas. Rezistorius RK2 parenkamas taip, jog T2 būtų atidarytas ir įsotintas dėl daliklio RK1 R1 R2 jo bazei teikiamos įtampos. Dėl neigiamo grįžtamojo ryšio tranzistorių emiterio įtampa (lygi RE krintančiai įtampai) yra artima daliklio tiekiamai T2 bazės įtampai (šis ryšys panašus į emiterinio kartotuvo grįžtamąjį ryšį). Tranzistoriaus T2 kolektoriaus įtampa (išėjimo įtampa) yra palyginus žema.

Didinant bazės įtampą (kuomet ji padidėja virš RE tenkančios įtampos), T1 ima atsidaryti, įtakodamas įtampos dalikį. Sumažėjus bazės įtampai, T2 užsidaro. Rezistoriui RE tenkanti įtampa daug nepakinta, nes dabar atidarytas T1. Išėjimo įtampa padidėja iki beveik maitinimo įtampos (V+).

Vėl mažinant įėjimo įtampą, T1 ima užsidaryti, tačiau T2 neatsidaro esant ankstesnei slenkstinei reikšmei, nes jo bazės įtampa dabar mažesnė. Tačiau T1 užsidarant, ši įtampa didėja, kuomet (sumažėjus įtampai žemiau antrojo slenksčio) atsidaro T2. Jis sukuria papildomą srovę per RE, padidindamas jo įtampą, tokiu būdu sumažindamas T1 basės – emiterio įtampą ir taip galutinai uždarydamas šį tranzistorių.

Šios schemos loginio vieneto išėjimo įtampa beveik lygi maitinimo įtampai. Loginio nulio išėjimo įtampa irgi vis dar pakankamai aukšta kad dauguma loginių mikroschemų neatpažintų jos kaip „loginio nulio“. Todėl norint išėjimo signalą paduoti į loginių mikroschemų įėjimą, paprastai reikia arba dviejų maitinimo šaltinių (+V ir -V, tuomet visos įtampos vertinamos tarpinėę reikšmę turinčio „žemės potencialo“ atžvilgiu), arba jungti papildomą nuolatinės srovės stiprintuvą trigerio išėjime.

Šmito trigerių integrinės mikroschemos[taisyti | redaguoti kodą]

Kai kurios skaitmeninių mikroschemų serijos turi ir Šmito trigerių rinkinius. Paprastai tokioje mikroschemoje būna šeši trigeriai (dvylika išvadų + du maitinimui = įprastinis 14 išvadų mikroschemos korpusas). Trigerių schemos parenkamos tokios, jog du jo būvius atspindinti išėjimo įtampa atitiktų tai serijai įprastus loginio nulio ir loginio vieneto lygmenis (pavyzdžiui, serija 40106).

Nuorodos[taisyti | redaguoti kodą]


Operacinio stiprintuvo taikymas

Comparator symbol.svg

Diferencialinis stiprintuvas  | Integratorius | Diferenciatorius | Analoginis sumatorius | Įtampos stabilizatorius | Superdiodas | Giratorius | Šmito trigeris |