στο 2024/06/6 545

Ο Schmitt ενεργοποιεί τα σύγχρονα ηλεκτρονικά: κατανόηση του ρόλου και των δυνατοτήτων τους

Το Schmitt Trigger είναι ένα κύριο ηλεκτρονικό στοιχείο, το οποίο εισήχθη για πρώτη φορά από τον Otto H. Schmitt το 1937 ως "θερμική σκανδάλη".Που διευκολύνεται κατά κύριο λόγο μέσω μιας διαδικασίας γνωστή ως υστέρηση, που χαρακτηρίζεται από τον μηχανισμό διπλής όψης για τη μετατροπή σήματος.Η σκανδάλη Schmitt παραδίδεται περαιτέρω από τους δύο κύριους τύπους του: τους ενεργοποιητές Schmitt που αντιστρέφουν και δεν μετατρέπουν το Schmitt, καθένα από τα οποία εξυπηρετεί ξεχωριστές επιχειρησιακές ανάγκες.Αυτό το άρθρο εξετάζει τις περίπλοκες λειτουργίες, τις εφαρμογές των ενεργοποιητών Schmitt, την ανάλυση των επιχειρησιακών μηχανισμών τους, τους υπολογισμούς κατωφλίου, τις πρακτικές επιπτώσεις στο σύγχρονο ηλεκτρονικό σχεδιασμό, υπογραμμίζοντας ιδιαίτερα τον αντίκτυπο των CMOS στην ενίσχυση της απόδοσης σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος και τον ρόλο τους σε διαφορετικούς τεχνολογικούςτομείς.

Κατάλογος

Εικόνα 1: σύμβολο σκανδάλης Schmitt

Ο ρόλος της υστέρησης στο Schmitt ενεργοποιεί

Οι ενεργοποιήσεις Schmitt μετατρέπουν τα ασταθής αναλογικά σήματα σε σταθερές ψηφιακές εξόδους.Αυτή η μετατροπή επιτυγχάνεται μέσω μιας μοναδικής διαδικασίας που ονομάζεται Hysteresis, η οποία διευκολύνεται από τη θετική ανατροφοδότηση.Η υστέρηση εισάγει δύο ξεχωριστές τάσεις κατωφλίου για τη μετάβαση μεταξύ των καταστάσεων εξόδου: μία για την αύξηση των σημάτων εισόδου και άλλου για την πτώση.Αυτός ο μηχανισμός εξασφαλίζει ότι μόλις αλλάξει η κατάσταση εξόδου, παραμένει σταθερή μέχρις ότου η τάση εισόδου διασχίσει ένα διαφορετικό, συγκεκριμένα καθορισμένο όριο.Αυτό το σύστημα διπλής όψης εξαλείφει το πρόβλημα του θορύβου σήματος ή της φλυαρία κοντά στο επίπεδο κατωφλίου, με αποτέλεσμα την πιο αξιόπιστη επεξεργασία ψηφιακού σήματος.Απλοποιούν το σχεδιασμό κυκλωμάτων για ψηφιακά σήματα και ενισχύουν την απόδοση και την αξιοπιστία των συστημάτων που λειτουργούν σε θορυβώδη περιβάλλοντα.Οι ενεργοποιητές Schmitt είναι θεμελιώδεις σε πολλές εφαρμογές, που κυμαίνονται από την απλή προετοιμασία σήματος σε ηλεκτρονικά στοιχεία καταναλωτών έως πολύπλοκα συστήματα ψηφιακής επικοινωνίας.

Εικόνα 2: Η υστέρηση μιας σκανδάλης Schmitt

Χαρακτηριστικά της σκανδάλης Schmitt

• Λειτουργία δίπλα

Οι ενεργοποιητές Schmitt μπορούν να διατηρήσουν μία από τις δύο πιθανές καταστάσεις εξόδου μέχρι το σήμα εισόδου να διασχίσει ένα καθορισμένο όριο.Αυτά τα κατώτατα όρια, γνωστά ως τα ανώτερα όρια (V_U) και χαμηλότερα (V_L), καθορίζουν τις συνθήκες υπό τις οποίες αλλάζει η κατάσταση εξόδου.

• υστέρηση και θετικά σχόλια

Ο πυρήνας της λειτουργίας του Schmitt Triggers είναι η υστέρηση, που ενεργοποιείται από τη θετική ανατροφοδότηση εντός του κυκλώματος.Η υστέρηση δημιουργεί ένα εύρος μεταξύ V_U και V_L όπου η κατάσταση εξόδου παραμένει αμετάβλητη έως ότου η είσοδος υπερβεί το αντίθετο όριο.Αυτός ο σχεδιασμός εξασφαλίζει ότι οι μικρές διακυμάνσεις των εισροών, που συχνά προκαλούνται από ηλεκτρικό θόρυβο ή παροδικές διαταραχές, δεν προκαλούν ανεπιθύμητες αλλαγές στην έξοδο.Αυτή η σταθερότητα εμποδίζει την εναλλαγή ταχείας κατάστασης και τα σφάλματα σε ψηφιακά κυκλώματα, καθιστώντας το Schmitt να προκαλεί ιδανικές για εφαρμογές ευαίσθητων στο χρόνο.

Εικόνα 3: Επίδραση θορύβου στο σήμα εισόδου και εξόδου

• συμμετρικά και ασύμμετρα όρια

Οι ενεργοποιητές Schmitt μπορούν να σχεδιαστούν είτε με συμμετρικά είτε με ασύμμετρη επίπεδα κατωφλίου, προσφέροντας ευελιξία για συγκεκριμένες εφαρμογές.Χρησιμοποιούνται συμμετρικά κατώτατα όρια όπου απαιτείται ίση ακρίβεια κατά τη διάρκεια τόσο της αύξησης όσο και της πτώσης των άκρων ενός σήματος.Τα ασύμμετρα όρια είναι χρήσιμα σε σενάρια όπου απαιτούνται διαφορετικές συμπεριφορές με βάση την κατεύθυνση της αλλαγής του σήματος εισόδου, όπως σε ορισμένα κλιματιστικά ή κυκλώματα παλμών.

Άνω και κάτω σημείο ενεργοποίησης του σκανδάλου Schmitt

Εικόνα 4: Άνω και κάτω σημείο σκανδάλης

Σε ένα κύκλωμα σκανδάλης Schmitt χρησιμοποιώντας ένα OP-AMP 741, το UTP σημαίνει το άνω σημείο ενεργοποίησης και το LTP σημαίνει το χαμηλότερο σημείο ενεργοποίησης.Εάν η είσοδος ξεπεράσει το άνω κατώφλι (UTP), η έξοδος μειώνεται χαμηλή.Και αν η είσοδος πέσει κάτω από το κάτω όριο (LTP), η έξοδος γίνεται υψηλή.Όταν η είσοδος πέφτει μεταξύ αυτών των κατωφλίων, η έξοδος παραμένει αμετάβλητη.

Για παράδειγμα, η τάση υστέρησης (V υστέρηση) υπολογίζεται ως UTP μείον LTP.

Το άνω σημείο κατωφλίου (UTP) και το κάτω σημείο κατωφλίου (LTP) είναι όπου συγκρίνεται το σήμα εισόδου.Έτσι, οι τιμές του UTP και του LTP καθορίζονται από τους ακόλουθους τύπους:

Κατά τη σύγκριση δύο επιπέδων, η ταλάντωση ή η αστάθεια μπορεί να εμφανιστούν στο κατώφλι.Η υστέρηση εξαλείφει αυτό το ζήτημα εμποδίζοντας αυτή την ταλάντωση.Σε αντίθεση με έναν τυποποιημένο συγκριτή που χρησιμοποιεί μια ενιαία τάση αναφοράς, το Schmitt Trigger χρησιμοποιεί δύο διαφορετικές τάσεις αναφοράς, γνωστές ως UTP και LTP.

Για το κύκλωμα ενεργοποίησης Schmitt χρησιμοποιώντας το OP-AMP 741, οι τιμές UTP και LTP μπορούν να υπολογιστούν με τις ακόλουθες εξισώσεις.

Πώς λειτουργεί ένα σκανδάλη Schmitt;

Εικόνα 5: Κύκλωμα σκανδάλης Schmitt

Μια σκανδάλη Schmitt χρησιμοποιεί θετική ανατροφοδότηση, όπου μέρος της εξόδου τροφοδοτείται πίσω στην είσοδο.Αυτός ο βρόχος ανάδρασης απαιτείται επειδή επιτρέπει στο κύκλωμα να διατηρεί μια σταθερή κατάσταση εξόδου ακόμη και παρουσία διακυμάνσεων τάσης ή θορύβου.Αυτή η σταθερή λειτουργία εμποδίζει τις ακανόνιστες εξόδους σε μια περιοχή γνωστή ως «νεκρή ζώνη», όπου τα σήματα εισόδου θα μπορούσαν διαφορετικά να προκαλέσουν αστάθεια.

Η σκανδάλη Schmitt εξαρτάται από την αλληλεπίδραση μεταξύ της τάσης εισόδου, της τάσης αναφοράς και της αντίστασης ανάδρασης.Όταν η τάση εισόδου αυξάνεται και πέφτει, διασχίζει συγκεκριμένα όρια που ενεργοποιούν την απόκριση του κυκλώματος.Το κάτω όριο, όταν διασχίζεται, αλλάζει την κατάσταση εξόδου.Αυτή η κατάσταση παραμένει έως ότου η είσοδος φτάσει στο ανώτερο όριο, οπότε η έξοδος επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.

Αυτός ο μηχανισμός διπλού ορίου επιτρέπει στο σκανδάλη Schmitt να παράγει μια σταθερή μετάβαση μεταξύ των καταστάσεων εξόδου, μειώνοντας τον κίνδυνο θορύβων που προκαλούνται από θόρυβο.Μόλις ένα σήμα εισόδου προκαλεί μια αλλαγή κατάστασης, μόνο μια σημαντική και αντίθετη εισροή θα αντιστρέψει αυτήν την κατάσταση, εμποδίζοντας την παραγωγή παραδοσιακών παραδοσιακών συγκριτών.Αυτό καθιστά το Schmitt να προκαλεί εξαιρετικά αξιόπιστη για εφαρμογές που απαιτούν ακεραιότητα και σταθερότητα σήματος, όπως η προετοιμασία του σήματος, η αποσύνδεση του διακόπτη και τα κυκλώματα παραγωγής παλμών.

Η ενίσχυση του σχεδιασμού του Schmitt Trigger περιλαμβάνει τη βελτιστοποίηση της αντίστασης ανάδρασης και την προσαρμογή των κατωφλίων σύμφωνα με συγκεκριμένες επιχειρησιακές ανάγκες.Αυτές οι βελτιώσεις διασφαλίζουν ότι η σκανδάλη Schmitt πληροί και υπερβαίνει τις προσδοκίες απόδοσης σε εφαρμογές υψηλού σταδίου.

Εικόνα 6: Εργασία σκανδάλης Schmitt

Τύποι ενεργοποιητών Schmitt

Έρχονται σε δύο κύριους τύπους με βάση τη σχέση μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου τους: μη αντιστρέφοντας τους ενεργοποιητές Schmitt και αντιστρέφοντας τους ενεργοποιητές Schmitt.

Αναστροφή της σκανδάλης Schmitt

Εικόνα 7: Αναστροφή της σκανδάλης Schmitt

Μια αναστροφή του Schmitt ενεργοποιεί ένα σήμα που είναι το αντίθετο της εισόδου.Όταν το σήμα εισόδου πέσει κάτω από ένα συγκεκριμένο κατώτερο όριο, η έξοδος πηγαίνει ψηλά.Και, όταν η είσοδος υπερβαίνει ένα ανώτερο όριο, η έξοδος μεταβαίνει σε χαμηλά.Αυτή η αναστροφή επιτυγχάνεται μέσω μιας αντίστασης ανάδρασης που δημιουργεί βρόχο υστέρησης, σταθεροποιώντας τις μεταβάσεις εξόδου ακόμη και με ταχέως μεταβαλλόμενες εισροές.

Δείτε πώς λειτουργεί:

Η τάση ενεργοποίησης (VT) υπολογίζεται με τον τύπο,

Εάν η έξοδος (v_έξω) βρίσκεται σε θετικό κορεσμό (+V_{κάθισμα}), τότε η VT είναι θετική.Εάν το Vout βρίσκεται σε αρνητικό κορεσμό (-V_{κάθισμα}), τότε η VT είναι αρνητική.

Υπάρχουν δύο σημεία κατωφλίου:

• Άνω κατώφλι (VUT): Όταν η έξοδος είναι +V_{κάθισμα}

• Κάτω κατώφλι (VLT): Όταν η έξοδος είναι -V_{κάθισμα}

Δείτε πώς συμπεριφέρεται το κύκλωμα:

• Όταν η τάση εισόδου (v_σε) είναι μεγαλύτερο από το VT, η έξοδος (V_Ο) πηγαίνει στο -v_{κάθισμα}.

• Όταν το vin είναι μικρότερο από VT, v_Ο πηγαίνει στο +V_{κάθισμα}.

Όταν η τάση εισόδου (VIN) είναι κάτω από το άνω κατώφλι (VUT), η έξοδος παραμένει σε θετικό κορεσμό (+V_{κάθισμα}).Μόλις η τάση εισόδου υπερβαίνει το άνω κατώφλι (VUT), η έξοδος αναστρέφεται σε αρνητικό κορεσμό (-v_{κάθισμα}).Η έξοδος παραμένει σε αυτή την κατάσταση έως ότου η τάση εισόδου πέσει κάτω από το κάτω κατώφλι (VLT), οπότε η έξοδος μετακινεί πίσω σε θετικό κορεσμό_{κάθισμα}).

Έτσι, η έξοδος αλλάζει μόνο όταν η τάση εισόδου διασχίζει είτε το άνω είτε το κάτω κατώφλι (VUT και VLT).Μεταξύ αυτών των δύο κατωφλίων, η έξοδος παραμένει σταθερή σε +VSAT ή -VSAT, ανεξάρτητα από τις αλλαγές στην τάση εισόδου.Αυτό το εύρος είναι γνωστό ως το "Dead Band" ή το "πλάτος υστέρησης" (H).

Εικόνα 8: κυματομορφές εισόδου και εξόδου

Εικόνα 9: Αναστροφή της φόρμας σκανδάλης Schmitt

Τα χαρακτηριστικά μεταφοράς μιας αντιστροφής Schmitt σκανδάλη σχηματίζουν ένα ορθογώνιο σχήμα στο γράφημα.Αυτό το ορθογώνιο ονομάζεται βρόχος υστέρησης.Δείχνει ότι η έξοδος παραμένει η ίδια έως ότου η τάση εισόδου διασχίσει ένα από τα επίπεδα κατωφλίου.Επιπλέον, ο βρόχος υστέρησης είναι επίσης γνωστός ως "νεκρή μπάντα" ή "νεκρή ζώνη" επειδή η έξοδος δεν αλλάζει ως απόκριση στο σήμα εισόδου εντός αυτού του εύρους.

Το πλάτος του βρόχου υστέρησης (Η) υπολογίζεται ως εξής:

Αυτό σημαίνει ότι το πλάτος του βρόχου υστέρησης είναι διπλάσιο από την τάση ενεργοποίησης (VT).

Εφαρμογές αναστροφής του Schmitt ενεργοποιεί

Οι αναστροφές των ενεργοποιητών Schmitt χρησιμοποιούνται ευρέως στη διαμόρφωση κυματομορφής, μετατρέποντας τις κυμαινόμενες αναλογικές εισόδους σε σταθερά ψηφιακά σήματα.Είναι καλά σε συστήματα διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) και κυκλώματα ταλαντωτή, όπου τα συνεπή κατώτατα όρια σήματος εξασφαλίζουν την αξιοπιστία της λειτουργίας.Και η ικανότητά τους να αναστρέφουν τα σήματα τους καθιστά κατάλληλη για κυκλώματα που απαιτούν αντιστρεπτικές λογικές καταστάσεις, όπως ορισμένα αυτοματοποιημένα στοιχεία ελέγχου και κυκλώματα χρονισμού.

Πλεονεκτήματα της αναστροφής των ενεργοποιητών Schmitt

Το κύριο πλεονέκτημα της αντιστροφής των ενεργοποιητών Schmitt είναι η ευελιξία τους στο χειρισμό των σημάτων όπου είναι χρήσιμη η ανεστραμμένη έξοδος.Αυτή η λειτουργία επιτρέπει στους σχεδιαστές να δημιουργούν καινοτόμα σχέδια κυκλωμάτων, ειδικά σε πολύπλοκες εφαρμογές ψηφιακών και χρονικών εφαρμογών όπου απαιτείται ακριβής επεξεργασία σήματος.

Μη αντιστρέφοντας σκανδάλη Schmitt

Οι μη αναστολείς Schmitt Triggers διατηρούν την ίδια πολικότητα μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου.Μια υψηλή έξοδος παράγεται όταν η είσοδος υπερβαίνει το άνω κατώφλι και η έξοδος μεταβαίνει σε χαμηλά όταν η είσοδος πέφτει κάτω από το κάτω όριο.Παρόμοια με την αντιστροφή των ενεργοποιητών, οι μη μετατροπείς ενεργοποιητές χρησιμοποιούν έναν μηχανισμό ανάδρασης για να σταθεροποιήσουν την έξοδο, εξασφαλίζοντας αξιόπιστες επιδόσεις παρά τις διακυμάνσεις των εισροών.

Δείτε πώς λειτουργεί:

Η τάση στον τερματικό μη μετατροπής (V+) συγκρίνεται με την τάση στον ακροδέκτη αναστροφής (V-), ο οποίος έχει οριστεί σε (= 0V)

Υπάρχουν δύο προϋποθέσεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη:

• Όταν V V⁺> V^- Η τάση εξόδου VO =+V_{κάθισμα}

• πότε V⁺- Η τάση εξόδου VO = -V_{κάθισμα}

Τόσο η τάση εισόδου (V_σε) και την τάση εξόδου (v_Ο) επηρεάζουν την τάση στον τερματικό μη μετατροπής (v⁺).Χρησιμοποιώντας το θεώρημα υπέρθεσης, μπορούμε να βρούμε V⁺.

Πότε v_Ο είναι γειωμένη:

Πότε v_σε είναι γειωμένη:

Η συνολική τάση στο V⁺ είναι

Σημεία ενεργοποίησης:

Θετικός κορεσμός

• Όταν V V_Ο είναι +v_{κάθισμα}, η έξοδος μεταβαίνει σε +v_{κάθισμα} πότε v⁺ Σταυρός 0V.

• Στο σημείο μεταγωγής, V_σε= VT και V⁺ = 0V.

Χρήση της εξίσωσης για V⁺:

Επίλυση για VT:

Αυτό είναι το χαμηλότερο σημείο κατωφλίου (VLT).

Αρνητικός κορεσμός

• Όταν το VO είναι -V_{κάθισμα}, η έξοδος μεταβαίνει στο -v_{κάθισμα} πότε v⁺ Σταυρός 0V.

• Στο σημείο μεταγωγής, V_σε = VT και V⁺ = 0V.

Χρήση της εξίσωσης για V⁺:

Επίλυση για VT:

Αυτό είναι το άνω σημείο κατωφλίου (VUT).

Το πλάτος υστέρησης (H) είναι η διαφορά μεταξύ των ανώτερων και των κατώτερων σημείων κατωφλίου:

Αυτό δείχνει το πλάτος του βρόχου υστέρησης, υποδεικνύοντας το εύρος της τάσης εισόδου όπου η έξοδος δεν αλλάζει.

Εικόνα 10: Μη αντισταθμιστικές κυματομορφές εισόδου και εξόδου Schmitt και μορφή σκανδάλης Schmitt

Εφαρμογές μη αντιστρόφως Schmitt ενεργοποιούν

Οι μη αντιδράσεις Schmitt Triggers χρησιμοποιούνται κυρίως στην προετοιμασία σήματος για να φιλτράρουν το θόρυβο από τα σήματα εισόδου, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές που απαιτούν καθαρές ψηφιακές εξόδους από θορυβώδεις αναλογικές εισόδους.Χρειάζονται επίσης για τη δημιουργία τετραγωνικών κυμάτων από τις ημιτονοειδείς εισροές και για τα κυκλώματα debouncing για μηχανικούς διακόπτες, παρέχοντας σταθερές και αξιόπιστες ενεργοποιήσεις.

Πλεονεκτήματα των μη μετατροπών Schmitt ενεργοποιούν

Το κύριο πλεονέκτημα των μη μετατροπών SCHMITT ενεργοποιεί είναι η απλή επεξεργασία σήματος, η ευθυγράμμιση των καταστάσεων εξόδου στενά με την είσοδο και τη μείωση των σφαλμάτων που προκαλούνται από το θόρυβο.Αυτή η απλότητα, σε συνδυασμό με τα ρυθμιζόμενα επίπεδα κατωφλίου, καθιστά τους μη μετατροπείς ενεργοποιητές κατάλληλες για ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρονικών, από βασικές καταναλωτικές συσκευές έως προηγμένα βιομηχανικά συστήματα.

Schmitt Trigger χρησιμοποιώντας IC 555

Εικόνα 11: Schmitt Trigger χρησιμοποιώντας 555 IC

Αυτό το κύκλωμα μπορεί να συναρμολογηθεί χρησιμοποιώντας βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα με το IC555.Οι καρφίτσες 4 και 8 του IC555 συνδέονται με την τροφοδοσία VCC, ενώ οι ακίδες 2 και 6 είναι βραχυκυκλωμένες, λαμβάνοντας εισροές μέσω ενός πυκνωτή.

Το κοινό σημείο σύνδεσης αυτών των δύο ακίδων μπορεί να εφοδιαστεί με εξωτερική τάση μεροληψίας χρησιμοποιώντας έναν διαιρέτη τάσης που αποτελείται από δύο αντιστάσεις, R1 και R2.Η έξοδος διατηρεί την κατάστασή της όταν η είσοδος είναι μεταξύ των δύο τιμών κατωφλίου, γνωστών ως υστέρησης, επιτρέποντας στο κύκλωμα να λειτουργεί ως στοιχείο μνήμης.

Τα κατώτατα όρια τοποθετούνται σε δύο τρίτα VCC και το ένα τρίτο VCC.Ο ανώτερος συγκριτής λειτουργεί στα δύο τρίτα VCC, ενώ το χαμηλότερο Ο συγκριτής λειτουργεί σε ένα τρίτο VCC.Η τάση εισόδου συγκρίνεται με αυτές κατώτατα όρια χρησιμοποιώντας ξεχωριστό συγκριτή, στη συνέχεια ρύθμιση ή επαναφορά του Flip-Flop (FF).Ανάλογα με το αποτέλεσμα σύγκρισης, η έξοδος μεταβαίνει σε ένα υψηλή ή χαμηλή κατάσταση.

Schmitt Trigger χρησιμοποιώντας τρανζίστορ

Εικόνα 12: Schmitt Trigger χρησιμοποιώντας τρανζίστορ

Μπορεί να συναρμολογηθεί με βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα, με δύο τρανζίστορ για αυτό το κύκλωμα.Όταν η τάση εισόδου (v_σε) είναι 0 V, το τρανζίστορ Τ1 δεν διεξάγει, ενώ το τρανζίστορ Τ2, λόγω της τάσης αναφοράς (V_ref) με την τάση1.98.Στον κόμβο Β, το κύκλωμα ενεργεί ως διαιρέτης τάσης και η τάση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες εκφράσεις:

Η τάση αγώγιμης τρανζίστορ T2 είναι χαμηλή, με τον τερματικό πομπό σε 0,7 V, το οποίο είναι μικρότερο από το βάσιο ακροδέκτη στα 1,28 V.

Όταν η τάση εισόδου αυξάνεται, το τρανζίστορ T1 αρχίζει να διεξάγει, προκαλώντας την πτώση της τάσης του τρανζίστορ T2.Όταν το τρανζίστορ T2 σταματά να διεξάγει, η τάση εξόδου αυξάνεται.

Καθώς η τάση εισόδου στο τερματικό βάσης του τρανζίστορ Τ1 μειώνεται, η Τ1 απενεργοποιείται επειδή η βασική του τάση του ακροδέκτη υπερβαίνει το 0,7 V. Αυτό συμβαίνει όταν το ρεύμα του εκπομπού μειώνεται, προκαλώντας τη λειτουργία του τρανζίστορ.Ως αποτέλεσμα, οι τάσες του συλλέκτη και των βασικών ακροδεκτών της αύξησης του Τ2, επιτρέποντας ένα μικρό ρεύμα μέσω του Τ2, το οποίο μειώνει περαιτέρω την τάση του εκπομπού και απενεργοποιεί το Τ1.

Για να απενεργοποιηθεί το Τ1, η τάση εισόδου πρέπει να μειωθεί στο 1,3V.Έτσι, οι δύο τάσεις κατωφλίου είναι 1,9V και 1,3V.

Απλείς ταλαντωτές και διακύμανση της χρήσης του Schmitt Triggers

Εικόνα 13: Ο ταλαντωτής σκανδάλης Schmitt

Απλοί ταλαντωτές

Οι ενεργοποιητές Schmitt μπορούν να λειτουργήσουν ως απλοί ταλαντωτές, παρόμοιοι με ένα χρονομετρητή 555, λόγω των διπλών επιπέδων κατωφλίου τους.Δημιουργούν αυτόνομα περιοδικά σήματα που απαιτούνται για συνεπείς παλμούς ρολογιού ή αναφορές χρονισμού.Η διαδικασία ταλάντωσης βασίζεται στην προβλέψιμη φόρτιση και εκφόρτιση των πυκνωτών μέσω αυτών των κατωφλίων.Αυτό κάνει το Schmitt να προκαλεί ιδανικό για διάφορα καθήκοντα παραγωγής χρονισμού και κυματομορφής τόσο σε ηλεκτρονικά στοιχεία καταναλωτικής όσο και σε βιομηχανικά συστήματα.

Εικόνα 14: Debouncing Trigger Schmitt

Διακόπτης

Οι ενεργοποιητές Schmitt απαιτούνται στους διακόπτες debouncing.Οι μηχανικοί διακόπτες συχνά παράγουν θορυβώδη σήματα λόγω των φυσικών τους χαρακτηριστικών, όπως η ελαστικότητα ή η ελαστικότητα, οδηγώντας σε πολλαπλές, ακούσιες μεταβάσεις σήματος.Με τη σύζευξη του Schmitt ενεργοποιεί με ένα κύκλωμα αντίστασης-κάτοικου (RC), αυτός ο θόρυβος καθαρίζεται, εξασφαλίζοντας ότι κάθε πιεστήριο του διακόπτη δημιουργεί ένα μόνο, καθαρό παλμό.Αυτή η ρύθμιση βελτιώνει την αξιοπιστία και την απόδοση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, ειδικά σε συσκευές καταναλωτών και βιομηχανικούς ελέγχους όπου απαιτούνται ακριβείς ενέργειες εισροών.

Οι διακρίσεις μεταξύ των ενεργοποιητών Schmitt και του συγκριτή

ΑΠΟΨΗ	Ο Schmitt ενεργοποιεί	Τυποποιημένες συγκριτές
Θεμελιώδης λειτουργία	Συγκριτής με υστέρηση χρησιμοποιώντας θετικό ανατροφοδότηση	Κύκλωμα OP-AMP με δύο σήματα εισόδου
Μεταβάσεις εξόδου	Σταθερό και αξιόπιστο λόγω της υστέρησης	Υψηλή ή χαμηλή με βάση το σήμα εισόδου
Απάντηση στις διακυμάνσεις των εισροών	Αλλαγές σε συγκεκριμένα όρια τάσης εισόδου	Γρήγορη εναλλαγή με μικρές διακυμάνσεις εισόδου
Αιτήσεις	Μετατρέπει οποιαδήποτε κυματομορφή σε μια τετραγωνική κυματομορφή	Ανιχνευτής μηδενικής διέλευσης, ανιχνευτής παραθύρων
Προσαρμογή ευαισθησίας	Πλάτος υστέρησης ρύθμισης ρύθμισης	Απαιτεί πρόσθετο εξωτερικό κύκλωμα
Επίπεδα κατωφλίου	Άνω (VUT) και κατώτερα (VLT) κατώτατα όρια	Που ορίζονται σε 0V ή VREF (τάση αναφοράς)
Υστέρηση	Παρόν, VH = VUT - VLT	Δεν υπάρχει, η τάση υστέρησης είναι μηδέν
Εξωτερική τάση αναφοράς	Δεν απαιτείται	Πρέπει να εφαρμοστεί
Ανατροφοδότηση	Χρησιμοποιεί θετικά σχόλια	Ανοίξτε τη διαμόρφωση βρόχου, χωρίς βρόχο ανατροφοδότησης
Φόντα	Συνεπείς, ανθεκτικές στο θόρυβο εξόδους	Απλούστερο, λιγότερο σταθερό χωρίς επιπλέον εξαρτήματα

Διαφορές μεταξύ των ενεργοποιητών Schmitt και των buffer

ΑΠΟΨΗ	Σκανδάλη Schmitt	Αποθηκών
Θεμελιώδης λειτουργία	Μετατρέπει αναλογικά σήματα σε ψηφιακά ενώ Καθαρισμός θορυβώδους σήματα.	Ενισχύει το σήμα εισόδου στη μονάδα μεγαλύτερη κίνηση φορτώνει χωρίς να μεταβάλλει την κατάσταση λογικής της.
Μεταβάσεις εξόδου	Αιχμηρές μεταβάσεις λόγω υστέρησης, η οποία επιτρέπει την οριστική εναλλαγή.	Άμεσες, αιχμηρές μεταβάσεις που αναπαράγουν το κατάσταση λογικής εισόδου.
Απάντηση στις διακυμάνσεις των εισροών	Ευαίσθητος;σταθεροποιεί τις εξόδους έναντι της σύντομης, άσχετους διακυμάνσεις λόγω υστέρησης.	Λιγότερο ανταποκρινόμενη?μεταδίδει άμεσα οποιοδήποτε διακυμάνσεις στην έξοδο.
Αιτήσεις	Χρησιμοποιείται σε προετοιμασία σήματος και ιδανικό περιβάλλοντα με ηλεκτρικό θόρυβο	Χρησιμοποιείται σε ψηφιακά κυκλώματα για να εξασφαλιστεί το σήμα Ακεραιότητα σε μεγαλύτερες αποστάσεις ή υψηλότερα κυκλώματα φορτίου.
Προσαρμογή ευαισθησίας	Ρυθμιζόμενο μέσω του πλάτους υστέρησης.μπορεί να είναι συντονισμένο για διαφορετικά επίπεδα θορύβου.	Συνήθως σταθεροποιημένο, με βάση το σχέδιο buffer και δεν μπορεί να ρυθμιστεί.
Επίπεδα κατωφλίου	Διαθέτει δύο επίπεδα κατωφλίου για αλλαγή, που βοηθά στην ασυλία θορύβου.	Ένα επίπεδο κατωφλίου που ταιριάζει με τη λογική εισόδου επίπεδα.
Υστέρηση	Ναι, περιέχει υστέρηση που βοηθά Σταθεροποιητικές θορυβώδεις εισόδους.	Όχι, στερείται υστέρησης, καθιστώντας τους λιγότερο αποτελεσματική κατά του θορύβου.
Εξωτερική τάση αναφοράς	Μπορεί να εφαρμοστεί για τον ρυθμισμό της εναλλαγής κατώτατα όρια.	Δεν ισχύει.Λειτουργεί με βάση την είσοδο τάση απευθείας.
Ανατροφοδότηση	Η θετική ανατροφοδότηση είναι καλή για τη δημιουργία του Επίδραση υστέρησης.	Δεν εμπλέκεται ο μηχανισμός ανατροφοδότησης.λειτουργεί ως Απλός ενισχυτής σήματος.
Φόντα	Εξαιρετική για θορυβώδη περιβάλλοντα.μειώνει Σημειώτικη κουβέντα και ψεύτικη ενεργοποίηση.	Απλός σχεδιασμός, χαμηλό κόστος και αποτελεσματικό στο διατήρηση του εύρους του σήματος χωρίς υποβάθμιση.

CMOS Schmitt σκανδάλη

Εικόνα 15: CMOS Schmitt Trigger

Η τεχνολογία CMOS βελτιώνει σημαντικά τον Schmitt ενεργοποιεί, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν σε χαμηλότερα επίπεδα ισχύος.Αυτή η βελτίωση απαιτείται για συσκευές που λειτουργούν με μπαταρίες και φορητές συσκευές όπου η ενεργειακή απόδοση είναι ανάγκη.Η χρήση της συμπληρωματικής τεχνολογίας μεταλλικού οξειδίου-σήμανσης (CMOS) στην Schmitt Triggers εκμεταλλεύεται την χαμηλή στατική κατανάλωση ισχύος CMOS.

Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας CMOS επιτρέπει στους Schmitt να ενεργοποιούν τη δυνατότητα να αντλούν λιγότερη ενέργεια και να μειώσουν την παραγωγή θερμότητας κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, στην ενίσχυση της αξιοπιστίας και της ανθεκτικότητας.Αυτό είναι καλό για συσκευές που χρειάζονται μεγάλες λειτουργικές ζωές και ελάχιστη συντήρηση.Οι Schmitt που βασίζονται σε CMOS επωφελούνται επίσης από την επεκτασιμότητα και τη συμβατότητα της τεχνολογίας με άλλες σύγχρονες διαδικασίες ημιαγωγών.Αυτό τους καθιστά ευρέως εφαρμόσιμο σε περιβάλλοντα ψηφιακού και μικτού σήματος.

Οι ενεργοποιητές CMOS Schmitt συνδυάζουν την παραδοσιακή λογική λειτουργικότητα κατωφλίου με προηγμένη τεχνολογία ημιαγωγών χαμηλής ισχύος, καθιστώντας τους ιδανικές για εξελιγμένες ηλεκτρονικές εφαρμογές.Αυτές οι εφαρμογές κυμαίνονται από ενσωματωμένα συστήματα σε αυτοκινητοβιομηχανίες και βιομηχανικά περιβάλλοντα σε ηλεκτρονικά ηλεκτρονικά στοιχεία που απαιτούν υψηλή απόδοση και συμπαγή σχεδιασμό.Η στρατηγική χρήση της τεχνολογίας CMOS ενισχύει τα εγγενή οφέλη του Schmitt, υπογραμμίζοντας τον εξελισσόμενο ρόλο τους στο σύγχρονο ηλεκτρονικό σχεδιασμό.

Schmitt Trigger αντίκτυπο στους αισθητήρες

Η τεχνολογία Schmitt Trigger, η οποία μειώνει τον θόρυβο και παράγει σταθερά σήματα, που απαιτούνται στα σύγχρονα ηλεκτρονικά, επειδή βελτιώνει την ακρίβεια και την αξιοπιστία του αισθητήρα.Χρησιμοποιείται σε αισθητήρες θερμοκρασίας, ήχου και φωτός για να φιλτράρει τα ανεπιθύμητα σήματα και να μειώσουν τις ψευδείς μετρήσεις.Ρυθμίζοντας τα δεξιά κατώτατα όρια και παραβλέποντας τις μικρές παραλλαγές εισόδου μέχρι να διασχίσει ένα μεγάλο όριο, αυτή η μέθοδος βελτιώνει την απόδοση του αισθητήρα ενώ εξαλείφει τον θόρυβο.

Οι ενεργοποιητές Schmitt διαχειρίζονται την ενεργοποίηση του αισθητήρα, ενεργοποιώντας ή απενεργοποιώντας τους με βάση συγκεκριμένες συνθήκες, εξοικονόμηση ισχύος και επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής του αισθητήρα.Αυξάνουν το εύρος μέτρησης ενός αισθητήρα ρυθμίζοντας τα κατώτατα όρια για διαφορετικά σήματα, επιτρέποντας ακριβείς μετρήσεις σε διαφορετικά περιβάλλοντα.Η εγκατάσταση των ενεργοποιητών Schmitt περιλαμβάνει την επιλογή των κατάλληλων κατωφλίων και μόλις ρυθμιστούν, λειτουργούν αυτόματα, παρέχοντας συνεπείς και ακριβείς αναγνώσεις χωρίς σταθερή ρύθμιση.Οι ενεργοποιητές Schmitt βελτιώνουν τα συστήματα αισθητήρων, καθιστώντας τα ακριβή και αξιόπιστα και ωφέλιμα για όσους σχεδιάζουν και χρησιμοποιούν αισθητήρες στα σύγχρονα ηλεκτρονικά.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του Schmitt ενεργοποιούν

Βελτιωμένη απόδοση με ανώτερη ανοσία θορύβου

Οι ενεργοποιητές Schmitt είναι χρήσιμοι για τη βελτίωση των σύγχρονων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων λόγω της εξαιρετικής ασυλίας θορύβου τους.Φιλτράρουν άσχετα σήματα και θόρυβο, εξασφαλίζοντας ότι η έξοδος παραμένει σταθερή και καθαρή.Αυτή η αξιοπιστία είναι ανάγκη σε εφαρμογές ακριβείας, εμποδίζοντας τα σφάλματα και την επιχειρησιακή αβεβαιότητα που προκαλείται από το θόρυβο.Η ικανότητα του Schmitt ενεργοποιεί να διατηρεί συνεπή παραγωγή υπό διαφορετικές συνθήκες βοηθά στην αποφυγή ψευδών ενεργοποίησης.

Ευελιξία σε ηλεκτρονικά συστήματα

Η ευελιξία του Schmitt Triggers τις καθιστά ευρέως χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά ηλεκτρονικά συστήματα.Χρησιμοποιούνται σε ρόλους που κυμαίνονται από τη δημιουργία ακριβών ταλαντώσεων στα κυκλώματα χρονισμού έως την ανατροπή των εισροών σε μηχανικούς διακόπτες.Αυτή η ευελιξία τους καθιστά βασικό στοιχείο στον ηλεκτρονικό σχεδιασμό, προσαρμόσιμο σε ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών.

Προκλήσεις σχεδιασμού και πολυπλοκότητα βαθμονόμησης

Ωστόσο, οι ενεργοποιητές Schmitt παρουσιάζουν επίσης προκλήσεις σχεδιασμού.Η ρύθμιση των σωστών κατωφλίων για μεταβάσεις σήματος απαιτεί ακριβή βαθμονόμηση της καμπύλης υστέρησης.Οι μηχανικοί πρέπει να προσαρμόσουν προσεκτικά αυτά τα κατώτατα όρια για να εξισορροπήσουν την ανταπόκριση με τη σταθερότητα, η οποία μπορεί να περιπλέξει το σχεδιασμό κυκλώματος.Η επίτευξη της βέλτιστης απόδοσης απαιτεί σχολαστικό συντονισμό, προσθέτοντας πολυπλοκότητα στα ηλεκτρονικά συστήματα.

Υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας

Οι ενεργοποιητές Schmitt καταναλώνουν συνήθως περισσότερη ισχύ από τους βασικούς συγκριτές λόγω των πρόσθετων στοιχείων που απαιτούνται για την υστέρηση, όπως οι αντιστάσεις ανάδρασης.Αυτή η υψηλότερη ζήτηση ισχύος μπορεί να είναι ένα μειονέκτημα σε εφαρμογές ευαίσθητου στην ενέργεια όπου απαιτείται η απόδοση.

Εφαρμογές των ενεργοποιητών Schmitt

Οι ενεργοποιητές Schmitt είναι ευρέως διαθέσιμοι σε διάφορες μορφές και πακέτα για την κάλυψη διαφορετικών βιομηχανικών και εμπορικών αναγκών.Στην αγορά ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, συχνά ενσωματώνονται σε συσκευές όπως buffer ή μετατροπείς.Ωστόσο, όλες αυτές οι συσκευές δεν χρησιμοποιούν την τεχνολογία Schmitt Trigger.Για παράδειγμα, ο μετατροπέας HEX 74HC04 περιλαμβάνει εισόδους Schmitt Trigger, καθιστώντας την αποτελεσματική σε θορυβώδεις συνθήκες.Ομοίως, το 4081 Quad και Gate διαθέτει εισόδους σκανδάλης Schmitt, ενισχύοντας την ακεραιότητα του σήματος.

Οι ενεργοποιητές Schmitt είναι διαθέσιμοι τόσο σε μορφές DIP (Dual in-line) όσο και σε μορφές SMD (Surface Mount Device), που τροφοδοτούν διαφορετικές μεθόδους συναρμολόγησης και απαιτήσεις σχεδιασμού.Η επιλογή του σωστού πακέτου εξαρτάται από τις συγκεκριμένες ανάγκες της εφαρμογής, όπως οι περιορισμοί του χώρου και οι προτιμήσεις κατασκευής.

Οι ενεργοποιητές Schmitt είναι κατάλληλοι για ένα ευρύ φάσμα έργων, από απλά ηλεκτρονικά DIY έως προηγμένα βιομηχανικά συστήματα.Βελτιώνουν την ακεραιότητα του σήματος και βελτιώνουν την απόδοση του ηλεκτρονικού κυκλώματος, καθιστώντας τους ανάγκη τόσο σε αποθέματα χόμπι όσο και σε επαγγελματικά ηλεκτρονικά.

Σύναψη

Το Schmitt Trigger είναι ένα προεξέχον μέρος του ηλεκτρονικού σχεδιασμού, παρέχοντας ακρίβεια, αξιοπιστία και ευελιξία για διάφορους σκοπούς.Βοηθά στη μείωση του θορύβου του σήματος και αποτελεί ουσιαστικό μέρος της ενεργειακής τεχνολογίας CMOS.Ενώ το σχεδιασμό και τη βαθμονόμηση των ενεργοποιητών Schmitt μπορεί να είναι πολύπλοκα, τα οφέλη τους στη μείωση του θορύβου και τη σταθερότητα είναι εξαιρετικά.Χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς, από την προετοιμασία του σήματος αισθητήρων έως τα προηγμένα ψηφιακά κυκλώματα, δείχνοντας τη διαρκή σημασία και την ευελιξία τους στην εξελισσόμενη τεχνολογία.Η κατανόηση της ιστορίας, των τεχνικών πτυχών και των πρακτικών χρήσεων τους υπογραμμίζει τη συνεχιζόμενη σημασία των ενεργοποιητών Schmitt και του ρόλου τους στις μελλοντικές ηλεκτρονικές καινοτομίες.

Συχνές ερωτήσεις [FAQ]

1. Τι κάνει η σκανδάλη Schmitt;

Μια σκανδάλη Schmitt είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα που λειτουργεί ως ανιχνευτής στάθμης τάσης σήματος και μετατροπέας.Χρησιμεύει για τη μετατροπή ποικίλων σημάτων εισόδου σε σταθερά σήματα ψηφιακής εξόδου.Το βασικό χαρακτηριστικό μιας σκανδάλης Schmitt είναι η υστέρησή του, ένα χαρακτηριστικό που ενσωματώνει δύο διαφορετικά επίπεδα τάσης κατωφλίου: ένα για τη μετάβαση από χαμηλό σε υψηλό (το ανώτερο όριο) και ένα άλλο για μετάβαση από υψηλό σε χαμηλό (το κάτω όριο).Αυτή η δράση διπλού κατωφλίου βοηθά στην εξάλειψη του θορύβου και παρέχει καθαρές, αιχμηρές μεταβάσεις, οι οποίες είναι χρήσιμες για τη σταθεροποίηση των σημάτων που μπορεί να είναι θορυβώδη ή να έχουν διακυμάνσεις πλάτη.

2. Γιατί χρησιμοποιούμε το σκανδάλη Schmitt αντί για συγκριτή;

Ενώ οι δύο ενεργοποιητές Schmitt και συγκριτές χρησιμοποιούνται για τη σύγκριση των επιπέδων τάσης, οι ενεργοποιητές Schmitt προτιμώνται σε εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερη ανοσία θορύβου και σταθερότητα σήματος.Ένας συγκριτής εξάγει μια υψηλή ή χαμηλή κατάσταση ανάλογα με το αν η τάση εισόδου είναι πάνω ή κάτω από μία τιμή κατωφλίου.Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ταχεία εναλλαγή της εξόδου εάν το σήμα εισόδου κυμαίνεται γύρω από το κατώφλι, ειδικά εάν το σήμα είναι θορυβώδες.Το σκανδάλη Schmitt, με τα δύο διαφορετικά επίπεδα κατωφλίου, αποφεύγει αυτό το πρόβλημα παρέχοντας μια σαφή διάκριση μεταξύ των υψηλών και των χαμηλών καταστάσεων, ακόμη και παρουσία θορύβου σήματος, σταθεροποιώντας έτσι την έξοδο.

3. Είναι ένα Schmitt ενεργοποιεί έναν μετατροπέα;

Μια σκανδάλη Schmitt μπορεί να σχεδιαστεί για να λειτουργεί ως μετατροπέας ή μη-αντιστροφέας, ανάλογα με την ανάγκη.Στη βασική του μορφή, ένας σκανδάλη Schmitt εξάγει ένα υψηλό σήμα όταν η τάση εισόδου πέφτει κάτω από το κάτω όριο και ένα χαμηλό σήμα όταν η είσοδος υπερβαίνει το άνω κατώφλι.Εάν έχει σχεδιαστεί ως ενεργοποίηση Schmitt, αντιστρέφει τη λογική εισόδου, που σημαίνει ότι η έξοδος είναι χαμηλή όταν η είσοδος είναι κάτω από το κάτω όριο και υψηλό όταν πάνω από το άνω κατώφλι.Επομένως, αν η ενεργοποίηση Schmitt λειτουργεί ως μετατροπέας εξαρτάται από τη συγκεκριμένη διαμόρφωση του κυκλώματος.

4. Πού χρησιμοποιούνται οι ενεργοποιητές Schmitt;

Ο Schmitt ενεργοποιεί σε εφαρμογές που χρειάζονται καθαρά ψηφιακά σήματα από θορυβώδεις ή αναλογικές εισόδους.Χρησιμοποιούνται συνήθως για την προετοιμασία του σήματος για τον καθαρισμό των εξόδων του αισθητήρα πριν τις τροφοδοτούν σε ψηφιακά κυκλώματα, παραγωγή τετραγωνικών κυμάτων σε ταλαντωτές για την παραγωγή σταθερών σημάτων από θορυβώδεις ή ημιτονοειδείς εισροές, διακόπτες debounding για να εξασφαλιστεί μια μετάβαση από τη μηχανική αναπήδηση και στα συστήματα επικοινωνίας σεΕρμηνεύστε σήματα μεγάλων αποστάσεων που μπορεί να έχουν υποβαθμιστεί ή συσσωρευμένος θόρυβος.

5. Ποια είναι η τιμή της σκανδάλης Schmitt;

Η αξία ενός σκανδάλου Schmitt έγκειται στην ικανότητά του να παρέχει σταθερότητα σήματος και ανοσία θορύβου σε ψηφιακά ηλεκτρονικά συστήματα.Το χαρακτηριστικό διπλής όψης του βοηθά στη μετατροπή θορυβώδους ή αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά χωρίς σφάλματα που προκαλούνται από θόρυβο ή παρεμβολή σήματος.Αυτή η ικανότητα είναι καλύτερη για την ενίσχυση της αξιοπιστίας και της απόδοσης των ηλεκτρονικών συστημάτων, ειδικά σε περιβάλλοντα που υποβάλλονται σε υψηλές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.Έτσι, οι ενεργοποιητές Schmitt είναι απαραίτητοι σε εφαρμογές που απαιτούν ισχυρή επεξεργασία ψηφιακού σήματος.