★ Триггер Шмитта — импульсная техника .. Информация

                                     

★ Триггер Шмитта

Триггер Шмитта — это двухпозиционное реле элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности — петли гистерезиса.

В узком смысле, триггер Шмитта-электронное устройство, и, в более широком смысле — любой коммутирующий элемент с гистерезисом, реализованный на каких физических принципах — электромеханических устройств, пневмо-и чисто механически.

Фазовую траекторию статическая характеристика триггера Шмитта представляет собой переключатель, но с прямоугольной петлей гистерезиса. неоднозначность статических характеристик при изменении входного сигнала, значение которого находится между порог переключения, говорит о том, что триггер Шмитта, и другие триггеры, обладает свойством памяти является ее состояние в зоне неопределенности условия хранения записанной информации определяется фон — ранее вход.

Электронная схема триггера Шмитта представляет собой объединение двух устройств: компаратор окно и явно или неявно, наличие RS-триггера.

В реализации «прецизионный триггер Шмитта» или иногда называют больше — «прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером», окно компаратора и RS-триггера явно присутствует, и окно компаратор выполнен из двух odnomodovykh компараторов с различными порогами.

В другой реализации, называется «Триггер Шмитта с обратной связью» или «Компаратор с гистерезисом», оконный компаратор, схемы, сформированные из odnomodovogo компаратор с переключаемым с помощью положительной обратной связи порог, и в одном государстве компаратора формируется верхний порог переключения, а другой с уровнем нижнего порога переключения. это же положительная цепь обратной связи организует таких же неявных компаратора и RS-триггера.

Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления дуплекс цифровой сигнала, искаженного в линиях связи помех и искажений в фильтрах дребезга, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического управления, в положение стабилизатора-стабилизаторы напряжения, релаксация осцилляторы. триггера Шмитта выделяется в семейство электронных триггеров: он имеет один аналоговый вход и один выход с двумя выходными уровнями.

Есть электромеханические и механические устройства с гистерезисом, который, по существу, функциональные эквиваленты триггер Шмитта образуется механически подвижные части. например, обычное электромеханическое реле-это электронный функциональный аналог триггер Шмитта. эти триггеры используются для терморегуляторов холодильников различных электронагревательных приборов, в автоматическом оружии.

Триггер Шмитта — двухпозиционный релейный элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности

                                     

ⓘ Триггер Шмитта

Триггер Шмитта — двухпозиционный релейный элемент, статическая характеристика которого имеет зону неоднозначности — петлю гистерезиса.

В узком смысле триггер Шмитта — электронное устройство, в более широком смысле — любой переключающий элемент с гистерезисом, реализованный на любых физических принципах — электромеханические устройства, пневматические, чисто механические.

Фазовая траектория статическая характеристика триггера Шмитта представляет собой характеристику переключателя, но с прямоугольной петлёй гистерезиса. Неоднозначность статической характеристики при входном сигнале, величина которого находится между порогами переключения, позволяет утверждать, что триггер Шмитта, как и другие триггеры, обладает свойством памяти — его состояние в зоне неоднозначности состояние хранения записанной информации определяется предысторией — ранее действовавшим входным сигналом.

Схемотехнически электронный триггер Шмитта представляет из себя объединение двух устройств: двухпорогового компаратора и явно или неявно присутствующего RS-триггера.

В реализации, называемой «прецизионный триггер Шмитта» или, иногда, называемый более длинно — «прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером», двухпороговый компаратор и RS-триггер присутствуют явно, причём двухпороговый компаратор выполнен в виде двух однопороговых компараторов с разными порогами.

В иной реализации, называемой «Триггер Шмитта с обратной связью» или «Компаратор с гистерезисом», двухпороговый компаратор схемно образуется из однопорогового компаратора с переключаемой посредством положительной обратной связи порогом, причём в одном состоянии компаратора формируется уровень верхнего порога переключения, а в другом — уровень нижнего порога переключения.

Эта же положительная обратная связь организует из того же одного компаратора и неявный RS-триггер.

Электронные триггеры Шмитта используются для восстановления двухуровневого цифрового сигнала, искажённого в линиях связи помехами и искажениями, в фильтрах дребезга контактов, в качестве двухпозиционного регулятора в системах автоматического регулирования, в двухпозиционных стабилизаторах-регуляторах напряжения, в релаксационных автогенераторах. Триггер Шмитта выделяется в семействе электронных триггеров: он имеет один аналоговый вход и один выход с двумя выходными уровнями.

Существуют электромеханические и механические устройства с гистерезисом, по сути являющиеся функциональными аналогами триггера Шмитта, образуемым механически перемещаемыми деталями. Например, обычное электромеханическое реле является неэлектронным функциональным аналогом триггера Шмитта. Такие триггеры применяются в регуляторах температуры холодильников различных электронагревательных приборов, в автоматическом оружии.

Микросхема 40106

Предельные значения параметров микросхемы 40106 Напряжение питания, В +3…+18 Входное напряжение, В +2,5…+18,5 Мощность рассеяния на один корпус, мВт 700 Рабочая температура, С° -40…+85 Временные и частотные параметры микросхемы 40106 Параметр Мин. Тип. Макс. Время задержки фронта импульса, нс Uп=+5В — 220 400 Uп=+10В — 80 200 Uп=+15В — 70 160

Электрические параметры микросхемы 40106 Параметр +25°С Выходное напряжение «0», В Uп=+5В 0,05 Uп=+10В 0,05 Uп=+15В 0,05 Выходное напряжение «1», В Uп=+5В 4,95 Uп=+10В 9,95 Uп=+15В 14,95 Входной ток, мкА Uп=+15В +0,1 Ток потребления (макс) в состоянии покоя, мкА Uп=+5В 4 Uп=+10В 8 Uп=+15В 16 Выходной ток, мА Uп=+5В 0,36 Uп=+10В 0,9 Uп=+15В 2,4

Четыре триггера Шмитта с входной логикой 2И – НЕ _ К561ТЛ1

Микросхема представляет собой четыре триггера Шмитта с входной логикой 2И-НЕ. На выходе ИС (инвертирующий триггер Шмитта) можно получить прямоугольные импульсы при входном сигнале произвольной формы. Передаточная характеристика этого логического элемента по каждому входу имеет два порога: верхний, срабатывания, и нижний, отпускания. Разность этих напряжений, (гистерезис) составляет 0,6 В при Uип = 5 В и 2 В при Uип = 10 В. Выпускается в корпусе типа 201.14-1, масса не более 1 г.

Назначение выводов: 1, 2, 5, б, 8, 9, 12, 13 – входы; 3, 4, 10, 11 – выходы; 7 – общий; 14 – напряжение питания.

Таблица истинности для одной ячейки

Технические характеристики

Вход1	Вход2	Выход
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Электрические параметры
Номинальное напряжение питания	3…15 В
Выходное напряжение низкого уровня	<= 1 В
Выходное напряжение высокого уровня	>= 9 В
Ток потребления	<= 2 мкА
Входной ток низкого уровня	<= 0,05 мкА
Входной ток высокого уровня	<= 0,05 мкА
Выходной ток низкого уровня	>= 1,3 мА
Выходной ток высокого уровня	>= 1,3 мА
Время задержки распространения при включении (выключении)	<= 300 нс

Пропущенные лекции

ЭЛЕМЕНТ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

Элементы Исключающее ИЛИ (по-английски — Exclusive-OR)

также можно было бы отнести к простейшим элементам, но функция, выполняемая ими, несколько сложнее, чем в случае элемента И или элемента ИЛИ.

Под функцией Исключающее ИЛИ понимается следующее: единица на выходе появляется тогда, когда только на одном входе присутствует единица. Если единиц на входах две или больше, или если на всех входах нули, то на выходе будет нуль.

Все входы элементов Исключающее ИЛИ равноправны, однако ни один из входов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал в уровень единицы или нуля.

Обозначения, принятые в отечественных и зарубежных схемах и таблица истинности двухвходового элемента Исключающее ИЛИ приведена на рис.32.

Вхо	Вхо	Исключающе	Исключающе
д 1	д 2	е	е
		ИЛИ	ИЛИ-НЕ
		Сложение по	Эквивалентность
		модулю 2
0	0	0	1
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

Рис. 32. Обозначения элементов Исключающее ИЛИ: зарубежные и отечественные и таблица истинности

Надпись на отечественном обозначении элемента Исключающее ИЛИ «=1» как раз и обозначает, что выделяется ситуация, когда на входах одна и только одна единица.

Элементов Исключающее ИЛИ в стандартных сериях немного. Отечественные серии предлагают микросхемы ЛП5 (четыре двухвходовых элемента с выходом 2С), ЛЛ3 и ЛП12, отличающиеся от ЛП5 выходом ОК. С точки зрения математики, элемент Исключающее ИЛИ выполняет операцию так называемого

суммирования по модулю 2. Поэтому эти элементы также называются сумматорами по модулю два.

Основное применение элементов Исключающее ИЛИ состоит в сравнении двух входных сигналов. В случае, когда на входы приходят две единицы или два нуля (сигналы совпадают), на выходе формируется нуль. Обычно на один вход элемента подается постоянный уровень, с которым сравнивается изменяющийся во времени сигнал, приходящий на другой вход. Также для сравнения сигналов и кодов применяются специальные микросхемы компараторов кодов, которые будут рассмотрены ниже.

Также элемент Исключающее ИЛИ может быть использован как управляемый инвертор (рис.33). В этом случае один из входов элемента используется в качестве управляющего, а на другой вход элемента поступает информационный сигнал. Если на управляющем входе единица, то входной сигнал инвертируется, если же нуль — не инвертируется. Чаще всего управляющий сигнал задается постоянным уровнем, определяя режим работы элемента, а информационный сигнал является импульсным. То есть элемент Исключающее ИЛИ может изменять полярность входного сигнала или фронта, а может и не изменять в зависимости от управляющего сигнала.

Рис.33. Элемент Исключающее ИЛИ как управляемый инвертор

В случае, когда имеется два сигнала одинаковой полярности (положительные или отрицательные), и при этом их одновременный приход исключается, элемент Исключающее ИЛИ может быть использован для смешивания этих сигналов (рис.34).

Рис.34. Применение элемента Исключающее ИЛИ для смешивания двух неодновременных сигналов

При любой полярности входных сигналов выходные сигналы элемента будут положительными. При положительных входных сигналах элемент Исключающее ИЛИ будет работать как элемент 2ИЛИ, а при отрицательных он будет заменять элемент 2И-НЕ. Такие замены могут быть полезны в тех случаях, когда в схеме остаются неиспользованными некоторые элементы Исключающее ИЛИ. Правда, при этом надо учитывать, что задержка распространения сигнала в элементе Исключающее ИЛИ обычно несколько больше (примерно в 1,5 раза), чем задержка в простейших элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

Еще одно важнейшее применение элемента Исключающее ИЛИ — формирование коротких импульсов по любому фронту входного сигнала (рис.35).

Рис.35. Выделение фронтов входного сигнала с помощью элемента Исключающее ИЛИ

В данном случае не важно, положительный фронт входного сигнала или отрицательный, на выходе все равно формируется положительный импульс. Входной сигнал задерживается с помощью конденсатора или цепочки элементов, а затем исходный сигнал и его задержанная копия поступают на входы элемента Исключающее ИЛИ. В обеих схемах в качестве элементов задержки используются также двувходовые элементы Исключающее ИЛИ в неинвертирующем включении (на неиспользуемый вход подается нуль). В результате такого преобразования можно говорить об удвоении частоты входного сигнала, так как выходные импульсы следуют вдвое чаше, чем входные.

Данную особенность элементов Исключающее ИЛИ надо учитывать в том случае, когда на оба входа элемента поступают

изменяющиеся одновременно сигналы. При этом на выходе элемента возможно появление коротких паразитных импульсов по любому из фронтов входных сигналов. Исключить их влияние на дальнейшую схему можно, например, с помощью синхронизации.

СЛОЖНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

В состав стандартных серий входят и более сложные логические элементы. Они представляют собой несложную комбинацию из простейших логических элементов.

Примером сложного логического элемента является микросхема — ЛР1. В корпусе микросхемы содержится два элемента, каждый из которых представляет собой комбинацию из двух элементов 2И и одного элемента 2ИЛИ-НЕ (рис. 36).

Рис.36. Логический элемент ЛР1 и его эквивалентная схема

По такому же принципу построены и другие микросхемы ЛР. Разница между ними только в количестве элементов И и в количестве входов этих элементов (рис.37). Некоторые микросхемы имеют выход ОК.

Рис.37. Примеры логических элементов ЛР

К сложным логическим элементам, относятся также и

элементы И-НЕ с	выходом 3С (например,	ЛА17 — 4И-НЕ,
ЛА19 — 12И-НЕ).	Их можно рассматривать	как комбинацию
обычного элемента	И-НЕ и выходного буфера с выходом 3С, т.е. с

возможностью переводя МС в высокоимпедансное состяние. Такие

МС можно использовать для работы на мультиплексированную или двунаправленную линию, при этом они еще и выполняют функцию И-НЕ над входными сигналами.

Среди элементов И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ элементы с выходом 3С отсутствуют.

ТРИГГЕРЫ ШМИТТА

Триггеры Шмитта представляют собой специфические логические элементы, специально рассчитанные на работу с входными аналоговыми сигналами. Они предназначены для преобразования входных аналоговых сигналов в выходные цифровые сигналы.

Также при прохождении цифровых сигналов по линии связи фронты этих сигналов могут оказываются пологими, в результате чего их форма вместо прямоугольной может стать близкой к треугольной или синусоидальной. К тому же сигналы, передаваемые на большие расстояния, сильно искажаются шумами и помехами. Восстановить их форму в исходном виде, устранить влияние помех и шумов как раз и призваны триггеры Шмитта.

Сравним график зависимости выходного напряжения элемента от входного (передаточную характеристику), инвертора и триггера Шмитта с инверсией (рис.40).

Рис.40. Передаточные характеристики обычного инвертора и триггера Шмитта с инверсией

В случае инвертора (а) при входных напряжениях ниже определенного порога срабатывания Uпор выходной сигнал имеет высокий уровень, а при входных напряжениях выше этого порога Uпор — низкий уровень. При этом не имеет значения, возрастает входное напряжение или убывает.

А в случае триггера Шмитта с инверсией (б) важно как раз направление изменения сигнала. При возрастании входного сигнала от нуля до напряжения питания порог срабатывания будет одним (Uпор1) (иногда в справочниках задается как напряжение срабатывания Uсрб), а при уменьшении сигнала от напряжения питания до нуля — другим (Uпор2) (иногда в справочниках задается

как напряжение отпускания Uотп), причем Uпор1 > Uпор2. В результате на графике образуется своеобразная петля. Выходной

сигнал как бы запаздывает переключаться при возврате входного к исходному уровню. Это называется эффектом гистерезиса (запаздывания).

Наличие гистерезиса приводит к тому, что любой шум, любые помехи с амплитудой, меньшей величины (Uпор1 — Uпор2), отсекаются, а любые фронты входного сигнала, даже самые пологие, преобразуются в крутые фронты выходного сигнала. Главное — чтобы амплитуда входного сигнала была большей, чем

(Uпор1 — Uпор2). На рис.41 показано, как будет реагировать на сигнал с пологими фронтами и с шумами обычный инвертор и триггер

Шмитта с инверсией.

Рис.41. Реакция на искаженный входной сигнал инвертора (слева)

итриггера Шмитта с инверсией (справа)

Встандартные серии цифровых микросхем входят триггеры Шмитта, представляющие собой инверторы (ТЛ2 — 6 инверторов), элементы 2ИНЕ (ТЛ3 — 4 элемента) и элементы 4И-НЕ (ТЛ1 — 2 элемента). Пороговые напряжения составляют

для всех этих микросхем около 1,7 В (Uпор1) и около 0,9 В (Uпор2). Графическое обозначение триггера Шмитта представляет

собой упрощенное изображение его передаточной характеристики с гистерезисом (рис. 42).

Рис.42. Триггеры Шмитта

Наиболее распространенное применение триггеров Шмитта — это формирователь сигнала начального сброса при включении напряжения питания схемы. Необходимость такого сигнала сброса вызвана тем, что при включении питания выходные сигналы сложных микросхем, имеющих внутреннюю память (например, регистров, счетчиков), могут принимать произвольные значения, что не всегда удобно. Привести их в необходимое состояние (чаще всего — установить их в нуль) как раз и призван сигнал начального сброса.

Для формирования сигнала начального сброса используется обычная RC-цепочка, причем конденсатор берется с большой емкостью. Напряжение на конденсаторе при включении питания нарастает медленно, в результате чего на выходе триггера Шмитта формируется положительный импульс (рис.43).

Рис.43. Формирователь импульса начальной установки по включению питания

Триггеры Шмитта рекомендуется применять в случаях, когда с помощью емкости формируется сигнал с пологими, затянутыми фронтами. Но необходимо учитывать, что триггеры Шмитта имеют несколько большую задержку, чем обычные логические элементы.

С помощью триггера Шмитта можно построить генератор импульсов (рис.44).

Рис.44. Управляемый генератор на триггере Шмитта

Номинал резистора порядка сотен Ом и конденсатора. При этом очень удобно, что конденсатор одним выводом присоединен к общему проводу, к «земле». Это позволяет применять электролитические конденсаторы большой емкости, а также переменные конденсаторы. Использование двухвходовых триггеров Шмитта дает возможность легко разрешать или запрещать генерацию с помощью управляющего сигнала Разр. При уровне логической единицы на входе Разр. генерация идет, при уровне логического нуля генерации — нет.

Нестандартные триггеры Шмитта можно строить также на основе самых обычных логических элементов с обратной связью через резисторы. При этом путем подбора величин этих резисторов можно выбирать значения пороговых напряжений триггера Шмитта.

Для примера на рис.45 показана схема триггера Шмитта на инверторах, которая работает с входными сигналами, симметричными относительно нулевого уровня. Такие сигналы могут быть, например, в передающем кабеле с трансформаторной развязкой. В данном случае триггер Шмитта не только позволяет восстановить искаженную форму сигнала, но еще и усиливает сигнал, а также сдвигает его уровни до значений стандартных нуля и единицы.

Рис.45. Триггер Шмитга, построенный на обычных логических элементах

Но чаще всего вполне хватает возможностей стандартных триггеров Шмитта, которые не требуют включения внешних элементов и имеют гарантированные характеристики.

Другой пример использования триггеров Шмитта — состоит в подавлении так называемого дребезга контактов. Дело в том, что любой механический контакт (в кнопках, тумблерах, переключателях и т. д.) не замыкается и не размыкается сразу, мгновенно. Любое замыкание и размыкание сопровождается несколькими быстрыми замыканиями и размыканиями,

приводящими к появлению паразитных коротких импульсов, которые могут нарушить работу дальнейшей цифровой схемы. Триггер Шмитта с RC-цепочкой на входе позволяет устранить этот эффект (рис.46).

Рис.45. Дребезг контактов (вверху)

и его подавление с помощью триггера Шмитта (внизу)

Конденсатор заряжается и разряжается довольно медленно, в результате чего короткие импульсы подавляются и не проходят на выход триггера Шмитта. Номинал верхнего по схеме резистора должен в данном случае быть в 6-7 раз больше номинала нижнего, чтобы резистивный делитель при замкнутом тумблере давал на входе триггера Шмитта уровень логического нуля. Сопротивления резисторов должны быть порядка сотен Ом — единиц кОм. Емкость конденсатора может выбираться в широком диапазоне и зависит от того, какова продолжительность дребезга контактов конкретного тумблера.

Триггеры Шмитта выпускаются в виде самостоятельных микросхем в составе отдельных серий, например, типа К155ТЛ1, К155ТЛ2, К155ТЛ3, 564ТЛ1 и др. В их входную цепь часто включен логический элемент И, расширяющий функциональные возможности интегральной схемы. Так, например, в микросхеме 564ТЛ1 в одном корпусе выполнены четыре триггера Шмита (рис. 10).

Рис. 10. Микросхема триггера Шмитта 564ТЛ1

На входе этого триггера установлен двухвходовой элемент И, а на каждом выходе – инвертор сигнала, уменьшающий влияние сопротивления нагрузки на значение и форму выходного сигнала. Напряжение срабатывания у триггеров на биполярных транзисторах серии ТТЛ (155, 133) около 1,5 В. Напряжение отпускания около 1 В. У триггеров серий КМОП (564, 176) напряжения срабатывания и отпускания зависят от напряжения

источника питания. Так, у 564ТЛ1

равны 2,9, 5,2, 7,3 В при напряжениях питания

5, 10 и 15 В. Соответственно, напряжения отпускания равны

Переключатели на основе микросхемы КР1561ТЛ1

Принципиальные схемы простых выключателей с таймером и неограниченным количеством замыкающих цепей на основе микросхем КР1561ТЛ1.

Выключатель с таймером

В подъездах жилых домов, коридорах «гостинок» с целью экономии электроэнергии можно установитьвыключатели с таймерами, на каждой лестничной клетке, если это подъезд многоквартирного дома, либо с некоторым интервалом в длинном коридоре, если это дом «гостиничного типа».

Каждый выключатель управляется кнопкой без фиксации, после нажатия которой, свет горит некоторое время, которое можно заранее установить в пределах от 10 до 60 секунд. Этого времени обычно достаточно, чтобы пройти от одной лестничной клетки до другой.

Рис.1. Принципиальная схема переключателя с таймером на КР1561ТЛ1.

На рисунке 1 показана схема выключателя с аналоговым таймером на RC-цепи R1,R5,C1. Время регулируется переменным (или подстроечным) резистором R5, а запуск производится кнопкой S1. В основе процесс зарядки емкости С1 через сопротивление, состоящее из R1 и R5.

Плюс данной схемы в том, что она подключается к сети всего двумя точками, — параллельно выключателю осветительного прибора, либо вместо него. Это позволяет использовать имеющуюся электропроводку под механический выключатель.

На выходе — мощный симистор VS1, им управляет ключ на транзисторах VT2-VT3 через выпрямительный мост на диодах VD2-VD5. Ключ включается током, протекающим через резисторы R2 и R3. Для того чтобы ключ был включен нужно чтобы полевой транзистор VТ1 был закрыт. При этом на базу VТ2 поступает напряжение через резисторы R2, R3 и стабилитрон VD6.

При этом открывается симистор VS1 и включает осветительный прибор. Для выключения осветительного прибора нужно чтобы полевой транзистор VТ1 был открыт. Когда он открыт, он шунтирует базу VТ2, и VТ2 закрывается.

Орган управления — кнопка S1, это замыкающая кнопка без фиксации, например, стандартная звонковая кнопка, либо приборная кнопка. При её нажатии конденсатор С1 разряжается через её контакты. На входах элемента D1.1 устанавливается напряжение логического нуля.

Все четыре логических элемента микросхемы D1 включены последовательно, поэтому на выходе D1.4 точно так же, будет логический ноль. Полевой транзистор VТ1 закрывается и на базу VТ2 через VD6 и R2, R3 поступает ток, который открывает ключ. Симистор тоже открывается и включает осветительный прибор.

После отпускания кнопки S1 начинается зарядка конденсатора С1 через сопротивление R1 и R5. Скорость зарядки зависит от величины сопротивления.

Когда напряжение на С1 достигает порога переключения логического элемента D1. 1 на его входе устанавливается логическая единица. Соответственно, единица будет и на выходе элемента D1.4. Полевой транзистор VТ1 открывается, что приводит к закрыванию VТ2-VТЗ и симистора VS1.

В данной схеме используется микросхема КР1561ТЛ1 (К561ТЛ1) в отличие от аналогичной микросхемы К561ЛА7, у этой логические элементы с эффектом триггера Шмитта, в отличие от К561ЛА7, у них есть четкие пороги переключения. Здесь это особенно важно, потому что напряжение на входе D1.1 увеличивается очень медленно, и если это будет К561ЛА7, то переходный процесс от нуля к единице затянется. Хотя, если «ТЛ1» нет, можно и «ЛА7», только нужно будет между входами D1.1 и выходом D1.2 включить резистор сопротивлением в 5-10 мегаом. Этот резистор превратит элементы D1.1 и D1.2 в триггер Шмитта, даже если это ИМС К561ЛА7.

Проходной выключатель с неограниченным числом мест управления

В коридорах обычно устанавливают проходные выключатели, представляющие собой механические переключатели на два положения. Схема их включения относительно проста и знакома любому электрику, однако, она требует прокладки трехпроводной проводки и может работать только с двумя местами управления, например, на входе и выходе.

Если нужно организовать большее число мест управления требуются переключатели на большее число положений, и более сложная проводка, что такую систему делает крайне невыгодной и неудобной для пользователя.

В то же время, электронный выключатель, работающий на принципе «квазисенсорного управления» позволит сделать неограниченное число мест управления, поэтому что органами управления служат замыкающие кнопки без фиксации, которых можно включить параллельно сколько угодного много. И при этом влиять друг на друга они не будут, так как в основном находятся в ненажатом состоянии.

Рис.2. Схема выключателя с неограниченным числом мест управления.

На рисунке 2 показана схема проходного выключателя с неограниченным числом мест управления. Выходная часть схемы такая же как на рисунке 1, поэтому повторять её описание не буду. Управление осуществляется кнопками S1-Sn, общее число которых не ограничено.

На элементах D1.1 и D1.2 сделан триггер, который запоминает логический уровень, поданный на его вход. Например, если на входы D1.1 подать логическую единицу, то на выходе D1.2 тоже будет логическая единица, которая через резистор R1 поступает на входы D1.1. Теперь если входы D1.1 отключить от источника логической единицы и никуда не подключать, на них будет поддерживаться напряжение логической единицы за счет резистора R1.

Аналогично и с логическим нулем. То есть, триггер запоминает последний логический уровень, поданный на его вход.

Для того чтобы триггер можно было переключать то в одно то в другое положение одной и той же кнопкой, источник управляющего логического уровня сделан на инверторе D1.3. Каждый раз после переключения триггера на выходе D1.3 будет уровень, противоположный тому, в который установлен триггер.

Например, если триггер установлен в единицу, то на входах D1.1 — единица, и на выходе D1. 2 — единица. Но на выходе D1.3 — ноль. Кнопка (кнопки) включена так, что она подает напряжение с выхода D1.3 на входы D1.1.

Так вот, нажимаем кнопку S1 и через неё на входы D1.1 поступает ноль с выхода D1.3. Триггер устанавливается в нулевое положение. А на выходе D1.3 теперь единица.

Если еще раз нажать кнопку S1 триггер установится в единицу. То есть, при каждом нажатии кнопки состояние триггера будет меняться на противоположное.

Но в этой схеме есть один изъян. Практически схема будет работать в режиме генерации импульсов, и триггер будет оказываться в непредсказуемом состоянии. Чтобы этого не происходило есть цепь R5,C1, которая задерживает поступление логического уровня с выхода D1.2 на вход D1.3. При указанных на схеме номиналах R5 и С1 задержка составляет одну секунду.

Поэтому кнопку нужно держать нажатой не более одной секунды. А время между нажатиями кнопки должно быть не менее одной секунды. Впрочем, это время можно уменьшить или увеличить как угодно, соответственно изменив номиналы R5 и (или) С1. Сигнал управления выходным ключом снимается с выхода D1.4. В схеме, показанной на рисунке 2 можно использовать микросхему К561ЛА7 без внесения в схему изменений.

Ситников М.В. РК-2016-01.

Литература: 1. К. Мороз. «Экономичное фотореле», Р-7, 2015.

Триггер шмитта на 555: ne555 напряжение питания

РадиоКот >Статьи >

Теги статьи:

NE555ТеорияПрактикаДобавить тег

Теория и практика применения таймера 555. Часть первая.

Часть первая. Теоретическая.

Наверное нет такого радиолюбителя (Мяу, и его кота! — Здесь и далее прим. Кота), который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.

Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine).
На тот момент это была единственная «таймерная» микросхема доступная массовому потребителю. Сразу после поступления в продажу микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.
За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.
Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.

А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:

В некоторых случаях указано два названия. Это означает, что выпускается две версии микросхемы — гражданская, для коммерческого применения и военная. Военная версия отличается большей точностью, широким диапазоном рабочих температур и выпускается в металлическом или керамическом корпусе. Ну и дороже, разумеется.

Начнем с корпуса и выводов.

Микросхема выпускается в двух типах корпусов — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда, в металлическом корпусе она все же выпускалась — сейчас остались только DIP-корпуса. Но на случай, если вам вдруг достанется такое счастье, привожу оба рисунка корпуса. Назначения выводов одинаковые в обоих корпусах. Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем — 556 и 558. 556 — это сдвоенная версия таймера, 558 — счетверенная.

Функциональная схема таймера показана на рисунке прямо над этим предложением.
Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя. Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый — на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1% от расчетного. Дрейф составляет 0,1%/вольт, а температурный дрейф — 0,005%/С.

Теперь мы посмотрим на принципиальную схему таймера и перемоем ему кости, вернее ноги — какой вывод для чего нужен и что все это значит.

Итак, выводы (Мяу! Это он про ноги…):

1. Земля. Особо комментировать тут нечего — вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.

2. Запуск. Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему) и конденсатором С — это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.

3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий — высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.

4. Сброс. При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания — это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.

5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.

6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние (Мяу! Тихой паники?!) низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.

7. Разряд. Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.

8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.

Впитали? Едем дальше.
Большинство таймеров нуждаются во времязадающей цепочке, обычно состоящей из резистора и конденсатора. Таймер 555 не исключение. Давайте посмотрим на диаграмму работы микросхемы.

Итак, предположим, что мы подали питание на микросхему. Вход находится в состоянии высокого уровня, на выходе — низкий уровень, конденсатор С разряжен. Все спокойно, все спят. И тут БАХ — мы подаем серию прямоугольных импульсов на вход таймера. Что происходит?
Первый же импульс низкого уровня переключает выход таймера в состояние высокого уровня. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Все то время пока конденсатор заряжается, выход таймера остается во включенном состоянии — на нем сохраняется высокий уровень напряжения. Как только конденсатор зарядится до 2/3 напряжения питания, выход микросхемы выключается и на нем появляется низкий уровень. Транзистор T6 открывается и конденсатор С разряжается.
Однако есть два нюанса, которые показаны на графике пунктирными линиями.
Первый — если после окончания заряда конденсатора на входе сохраняется низкий уровень напряжения — в таком случае выход остается активным — на нем сохраняется высокий уровень до тех пор, пока на входе не появится высокий уровень. Второй — если мы активируем вход Сброс напряжением низкого уровня. В этом случае выход сразу же выключится, не смотря на то, что конденсатор все еще заряжается.
Так, лирическую часть закончили — перейдем к суровым цифрам и расчетам. Как же нам определить время, на которое будет включаться таймер и номиналы RC цепочки, необходимые для задания этого времени? Время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% (2/3) напряжения питания называется временной константой, обозначим её буковкой t. Вычисляется это время потрясающей по своей сложности формулой. Вот она: t = R*C, где R — сопротивление резистора в МегаОм-ах, С — емкость конденсатора в микроФарад-ах. Время получается в секундах.

К формуле мы еще вернемся, когда будем подробно рассматривать режимы работы таймера. А сейчас пока посмотрим на простенький тестер для этой микросхемы, который запросто скажет вам — работает ваш экземпляр таймера или нет.

Если после включения питания мигают оба светодиода — значит все хорошо и микросхема во вполне рабочем состоянии. Если же хотя бы один из диодов не горит или наоборот — горит постоянно, значит такую микросхемы можно спустить в унитаз с чистой совестью или вернуть назад продавцу, если вы её только что купили. Напряжение питания — 9 вольт. Например, от батареи «Крона».

Теперь рассмотрим режимы работы этой микросхемы.
Собственно говоря, режимов у нее две штуки. Первый — моностабильный мультивибратор. Моностабильный — потому что стабильное состояние у такого мультивибратора одно — выключен. А во включенное состояние мы его переводим временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Как уже отмечалось выше, время, на которое мультивибратор переходит в активное состояние, определяется RC цепочкой. Эти свойства могут быть использованы в самых разнообразных схемах. Для запуска чего-либо на определенное время или наоборот — для формирования паузы на заданное время.

Второй режим — это генератор импульсов. Микросхема может выдавать последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются все той же RC цепочкой. (Мяу! Хочу цепочку. На хвост. Ну или браслетик. Антистатический.)
Все-таки Кот у нас — зануда.
Начнем сначала, то есть с первого режима.

Схема включения микросхемы показана на рисунке. RC цепочка включена между плюсом и минусом питания. К соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 — Останов. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 — Разряд. Входной импульс подается на вывод 2 — Запуск. Это вход компаратора №2. Совершенно простецкая схема — один резистор и один конденсатор — куда уж проще? Для повышения помехоустойчивости можно подключить вывод 5 на общий провод через конденсатор емкостью 10нФ.
Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень — около нуля вольт, конденсатор разряжен и заряжаться не хочет, поскольку открыт транзистор Т6. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время. При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор №2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Транзистор Т6 закрывается и начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Все то время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует ни на какие внешние раздражители, буде они поступают на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия на состояние таймера — это очень важно. Так, что там у нас происходит то? А, да — заряжается конденсатор. Когда он зарядится до напряжения 2/3Vпит, сработает компаратор №1 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор Т6 откроется и разрядит конденсатор С.

Время, на которое таймер, так сказать «выходит из себя», может быть от одной миллисекунды до сотен секунд.
Считается оно так: T=1.1*R*C
Теоретически, пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной длительности, так и по максимальной. Однако, есть некоторые практические ограничения, которые обойти можно, но сначала стоит задуматься — нужно ли это делать и не проще ли выбрать другое схемное решение.
Так, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С — 95пФ. Можно ли меньше? В принципе — да. Но при этом, если еще уменьшить сопротивление резистора — схема начнет трескать слишком много электричества. Если уменьшить емкость С, то всякие паразитные емкости и помехи могут существенно повлиять на работу схемы.
С другой стороны, максимальное значение резистора примерно равно 15Мом. Здесь ограничение накладывает ток, потребляемый входом Останов (около 120нА) и ток утечки конденсатора С. Таким образом, при слишком большом значении резистора таймер просто никогда не выключится, если сумма токов утечки конденсатора и тока входа превысит 120 нА.
Ну а что касается максимальной емкости конденсатора, то дело не столько в самой емкости, сколько в токе утечки. Понятно, что чем больше емкость, тем больше ток утечки и тем хуже будет точность таймера. Поэтому, если таймер будет использоваться для больших временных интервалов, то лучше пользоваться конденсаторами с малыми токами утечки — например, танталовыми.

Перейдем ко второму режиму.

В эту схему добавлен еще один резистор. Входы обоих компараторов соединены и подключены к соединению резистора R2 и конденсатора. Вывод 7 включен между резисторами. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.
Теперь посмотрим, что же произойдет, когда мы подадим питание на схему. В исходном состоянии конденсатор разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень напряжения, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и устанавливает на выходе таймера высокий уровень. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы R1 и R2.

Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 в свою очередь переключает триггер и выключает выход таймер — напряжение на выходе становится близким к нулю. Транзистор Т6 открывается и конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Как только напряжение на конденсаторе опустится до 1/3 напряжения питания, компаратор №2 опять переключит триггер и на выходе микросхемы снова появится высокий уровень. Транзистор Т6 закроется и конденсатор снова начнет заряжаться… фууу, чет у меня голова закружилась уже.
Короче говоря, в результате всего этого шаманства, на выходе мы получаем последовательность прямоугольных импульсов. Частота импульсов, как вы вероятно уже догадались, зависит от величин C, R1 и R2. Определяется она по формуле:

Значения R1 и R2 подставляются в Омах, C — в фарадах, частота получается в Герцах.
Время между началом каждого следующего импульса называется периодом и обозначается буковкой t. Оно складывается из длительности самого импульса — t1 и промежутком между импульсами — t2. t = t1+t2.
Частота и период — понятия обратные друг другу и зависимость между ними следующая:
f = 1/t.
t1 и t2 разумеется тоже можно и нужно посчитать. Вот так:
t1 = 0.693(R1+R2)C;
t2 = 0.693R2C;
Ну, с теоретической частью вроде бы покончили. В следующей части рассмотрим конкретные примеры включения таймера 555 в различных схемах и для самого разнообразного использования.
Если у вас еще остались вопросы — их можно задать .

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

SN74LS14 Распиновка триггера Шмитта, характеристики, аналог и техническое описание

SN74LS14 ИС триггера Шмитта

SN74LS14 ИС триггера Шмитта

SN74LS14 Распиновка триггера Шмитта

Нажмите, чтобы увеличить

Конфигурация контактов

Номер контакта	Имя контакта	Описание
1,3,5,11,13,15	Входные контакты Шмитта	Входные контакты триггера Шмитта
2,4,6,10,12,14	Выводы Шмитта	Выводы триггера Шмитта
7	Земля	Подключен к земле системы
14	В постоянного тока (+ 5 В)	Сбрасывает все выходы на низкий уровень. Для нормальной работы должен поддерживаться на высоком уровне

Характеристики

• Триггер Шмитта — инвертор с шестигранной головкой
• Рабочее напряжение: 5 В
• Напряжение гистерезиса низкого уровня: 0,25 В
• Напряжение гистерезиса высокого уровня: 3,4 В
• Высокий выходной ток: -0,4 мА
• Низкий выходной ток: 8,0 мА
• Напряжение гистерезиса: обычно 0,8 В
• Типичное время нарастания: 12 нс
• Типичное время падения: 12 нс
• Доступен в 14-контактных корпусах PDIP, GDIP, PDSO

Примечание: Полную техническую информацию можно найти в таблице данных SN74LS14 в конце этой страницы.

SN74LS14 Эквиваленты

74HC14

Альтернативы Триггеры Шмитта

CD40106, TC4584, MC14584

Где использовать SN74LS14 IC

SN74LS14 представляет собой шестигранный инверторный триггер Шмитта , что означает, что внутри него имеется 6 инвертированных триггеров Шмитта. Триггер Шмитта используется, чтобы избежать проблемы гистерезиса.Я также могу использовать для сглаживания шумного сингла в резкий. Триггерный вентиль Шмитта мы можем преобразовать синусоидальную или треугольную волну в прямоугольную. При необходимости его также можно использовать в качестве логического инвертора. Триггер Шмитта также полезен для срабатывания кнопки или других шумных устройств ввода.

Итак, если вы ищете ИС, которая может помочь вам избавиться от шума переключения или создать четкие прямоугольные сигналы на основе входного сигнала, то эта ИС может быть правильным выбором или для вас.

Как использовать 74LS14 IC

Как упоминалось ранее, 74LS14 имеет шесть ИНВЕРТАЦИОННЫХ ТРИГГЕРНЫХ ВОРОТ SCHMITT , которые могут использоваться как шесть отдельных ворот. Упрощенная внутренняя структура может быть представлена ​​ниже.

Каждый из этих 6 ворот может использоваться индивидуально на основе нашего приложения. Поскольку ворота инвертируют, мы также можем объединить два гейта вместе, чтобы сформировать неинвертирующий вентиль. Входной сигнал может быть шумовой прямоугольной волной или любой сигнальной волной, которая колеблется между низким и высоким напряжением гистерезиса.

Уникальная и особая функция триггера Шмитта заключается в переключении выхода на основе входного сигнала без каких-либо шумов. Это достигается за счет использования полосы гистерезиса, внутри которой переключение не происходит. Уровень напряжения в этой полосе от VT + до VT-. В нашей микросхеме SN74LS14 напряжение VT + составляет 3,4 В, а VT- — 0,2 В.

Означает, что выход будет низким только тогда, когда входное напряжение (Vin) больше 3,4 В, и станет высоким только тогда, когда входное напряжение опустится ниже 0.2В. Любой шум, возникающий при входном напряжении в диапазоне 0,2–3,4 В, не повлияет на выходное напряжение. Вы можете использовать отчет по применению от TI, чтобы узнать больше об использовании этого IC

.

Время переключения 74HC14 IC

Гейтам в 74HC14 требуется некоторое время, чтобы обеспечить вывод на данный ввод. Эти временные задержки называются временами переключения. Каждым воротам потребуется время, чтобы включиться и выключиться. Для лучшего понимания рассмотрим схему переключения затвора.

При переключении происходят две задержки. Этими двумя параметрами являются ВРЕМЯ НАСТРОЙКИ (t _PHL ) и ВРЕМЯ ПАДЕНИЯ (t _PLH ).

На графике VoH становится НИЗКИМ, когда ВХОД достигает порогового значения, а VoH становится ВЫСОКИМ, когда ВХОДЕ становится ниже порогового напряжения. В другом смысле это выходное напряжение.

Как вы можете видеть на графике, существует временная задержка между ВЫСОКИМ ВХОДОМ ЛОГИКИ и НИЗКИМ уровнем VoH. Эта задержка в предоставлении ответа называется RISETIME (t _PHL ).RISETIME (t _PHL ) составляет 12 нс.

Аналогичным образом на графике есть временная задержка между НИЗКОМ ВХОДОМ ЛОГИКИ и ВЫСОКИМ уровнем VoH на ВЫХОДЕ. Эта задержка в предоставлении ответа называется ВРЕМЯ ПАДЕНИЯ (t _PLH ). ВРЕМЯ ПАДЕНИЯ (t _PLH ) составляет 12 нс.

Всего 24 нс для каждого цикла. Эти задержки следует учитывать на более высоких частотах, иначе мы получим серьезные ошибки из-за ложного срабатывания.

Приложения

• Цепи шумоподавления
• Цепи демпфирования
• Регулятор гистерезиса
• Фильтр мертвой зоны

2D Модель

Основы триггера Шмитта | Как работает триггер Шмитта?

В этом руководстве мы узнаем о триггере Шмитта, некоторых основных реализациях с использованием транзисторов, операционного усилителя, о том, как работает триггер Шмитта, а также о нескольких важных приложениях.В предыдущем руководстве мы видели , как таймер 555 можно настроить как триггер Шмитта .

Введение

При работе операционного усилителя в режиме разомкнутого контура, где обратная связь не используется, например, в базовой схеме компаратора, очень большое усиление разомкнутого контура операционного усилителя вызовет срабатывание компаратора при минимальном уровне шума. .

Если компаратор используется в качестве детектора перехода через ноль, то такое ложное срабатывание может вызвать множество проблем.Это может дать неправильную индикацию пересечения нуля из-за пересечения нуля шумом, а не из-за пересечения нуля фактических входных сигналов.

Чтобы избежать такого ненужного переключения между высоким и низким состояниями выхода, используется специальная схема, называемая триггером Шмитта, которая включает положительную обратную связь.

Что такое триггер Шмитта?

Триггер Шмитта был изобретен Отто Шмиттом в начале 1930-х годов. Это электронная схема, которая добавляет гистерезис к порогу перехода вход-выход с помощью положительной обратной связи.Гистерезис здесь означает, что он обеспечивает два разных уровня порогового напряжения для нарастающего и спадающего фронта.

По сути, триггер Шмитта — это бистабильный мультивибратор, и его выход остается в любом из стабильных состояний неопределенно долго. Чтобы выход перешел из одного стабильного состояния в другое, входной сигнал должен измениться (или сработать) соответствующим образом.

Для этой бистабильной работы триггера Шмитта требуется усилитель с положительной обратной связью (или регенеративной обратной связью) с петлевым gin больше единицы.Следовательно, триггер Шмитта также известен как регенеративный компаратор.

Например, если у нас есть шумный входной сигнал, как показано ниже, два порога триггерной схемы Шмитта будут правильно определять импульсы. Следовательно, основная функция триггера Шмитта — преобразовывать зашумленные квадратные, синусоидальные, треугольные или любые периодические сигналы в чистые прямоугольные импульсы с резкими передними и задними фронтами.

Триггер Шмитта на транзисторах

Как упоминалось ранее, триггер Шмитта в основном представляет собой бистабильную схему, выходные состояния которой контролируются входным сигналом.Следовательно, его можно использовать как схему определения уровня. На следующей схеме показана простая конструкция триггера Шмитта на основе транзистора.

Хотя эта схема выглядит как типичная схема бистабильного мультивибратора, на самом деле она отличается, поскольку в этой схеме отсутствует связь между коллектором Q2 и входом Q1. Эмиттеры Q1 и Q2 соединены друг с другом и заземлены через R _E . Кроме того, R _E действует как путь обратной связи.

Работа контура

Когда V _IN равен нулю, Q1 отключен, а Q2 находится в состоянии насыщения.В результате выходное напряжение V _O является НИЗКИМ. Если предполагается, что V _{CE (SAT)} равен 0, то напряжение на R _E определяется по формуле:

(V _CC x R _E ) / (R _E + R _C2 )

Это напряжение также является эмиттерным напряжением Q1. Таким образом, для того, чтобы Q1 проводил, входное напряжение V _IN должно быть больше суммы напряжения эмиттера и 0,7 В, т.е.

V _IN = (V _CC x R _E ) / (R _E + R _C2 ) + 0.7

Когда V _IN больше, чем это напряжение, Q1 начинает проводить, а Q2 отключается из-за рекуперативного действия. В результате выход V _O становится ВЫСОКИМ. Теперь напряжение на R _E изменится на новое значение и равно:

(V _CC x R _E ) / (R _E + R _C1 )

Транзистор Q1 будет проводить, пока входное напряжение V _IN больше или равно следующему:

V _IN = (V _CC x R _E ) / (R _E + R _C1 ) + 0.7

Если V _IN падает ниже этого значения, то Q1 выходит из насыщения, а остальная часть схемы работает из-за регенеративного действия Q1, идущего на отсечку, а Q2, до насыщения.

Выходные состояния HIGH и LOW зависят от уровней входного напряжения, задаваемых уравнениями

(V _CC x R _E ) / (R _E + R _C1 ) + 0,7 и (V _CC x R _E ) / (R _E + R _C2 ) + 0. 7

Передаточные характеристики триггера Шмитта имеют гистерезис и регулируются нижней точкой срабатывания (нижнее пороговое напряжение) и верхней точкой срабатывания (верхнее пороговое напряжение), задаваемыми V _LT и V _UT .

V _LT = (V _CC x R _E ) / (R _E + R _C1 ) + 0,7

V _UT = (V _CC x R _E ) / (R _E + R _C2 ) + 0.7

Изменяя значения R _C1 и R _C2 , можно контролировать величину гистерезиса, в то время как значение R _E можно использовать для увеличения верхнего порогового напряжения.

Триггерные схемы Шмитта на базе ОУ

Поскольку схема триггера Шмитта по сути представляет собой усилитель с положительной обратной связью, эту схему можно реализовать с помощью операционных усилителей или просто операционных усилителей. В зависимости от того, где используется вход, схемы на основе операционных усилителей можно разделить на инвертирующие и неинвертирующие триггеры Шмитта.

Инверсия цепи триггера Шмитта

Как следует из названия, в инвертирующем триггере Шмитта входной сигнал подается на инвертирующий терминал операционного усилителя. В этом режиме выходной сигнал имеет противоположную полярность. Этот выход подается на неинвертирующий терминал для обеспечения положительной обратной связи.

Когда V _IN немного больше, чем V _REF , выход становится -V _SAT , и если V _IN немного меньше, чем -V _REF (более отрицательный, чем -V _REF ), тогда вывод становится V _SAT .Следовательно, выходное напряжение V _O равно либо V _SAT , либо -V _SAT , и входным напряжением, при котором происходят эти изменения состояния, можно управлять с помощью R1 и R2.

Значения V _REF и -V _REF можно сформулировать следующим образом:

V _REF = (V _O x R2) / (R1 + R2) , V _O = V _SAT . Следовательно, V _REF = (V _SAT x R2) / (R1 + R2)

-V _REF = (V _O x R2) / (R1 + R2) , V _O = -V _SAT .Следовательно, -V _REF = (-V _SAT x R2) / (R1 + R2)

Опорное напряжение V REF и _{-V REF} называются Верхний пороговое напряжение V UT и нижнего порогового напряжения V _LT . На следующем рисунке показан график зависимости выходного напряжения от входного напряжения, также известный как передаточная характеристика триггера Шмитта.

Для чисто синусоидального входного сигнала выход схемы инвертирования триггера Шмитта показан на следующем рисунке.

Неинвертирующая цепь триггера Шмитта

Что касается неинвертирующего триггера Шмитта, то в этом случае вход подается на неинвертирующий терминал операционного усилителя. Выходное напряжение возвращается на неинвертирующий вывод через резистор R1.

Предположим, что изначально выходное напряжение находится на уровне V _SAT . Пока V _IN не станет меньше, чем V _LT , выходной сигнал остается на этом уровне насыщения. Как только входное напряжение пересекает нижний пороговый уровень напряжения, выход меняет состояние на -V _SAT .

Выход остается в этом состоянии до тех пор, пока входное напряжение не превысит верхнее пороговое значение.

На следующем изображении показаны передаточные характеристики неинвертирующей схемы триггера Шмитта.

Если на вход подается чистый синусоидальный сигнал, то выходные сигналы выглядят примерно так.

Приложения

• Одним из важных применений триггера Шмитта является преобразование синусоидальных волн в прямоугольные.
• Их можно использовать для устранения дребезга в компараторах (явление, при котором множественные выходные переходы создаются из-за качания входного сигнала через пороговую область).
• Они также могут действовать как простые контроллеры ВКЛ / ВЫКЛ (например, переключатели на основе температуры).

555 Триггер Шмитта | 555 Цепи таймера

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Одна батарея 9 В
• Зажим для аккумулятора (каталог Radio Shack No 270-325)
• Mini Hook Clips (припаяны к батарейному зажиму, Radio Shack, каталог № 270-372)
• Один потенциометр, 10 кОм, 15 витков (каталог Radio Shack № 271-343)
• Одна микросхема таймера 555 (каталог Radio Shack 276-1723)
• Один красный светодиод (каталог Radio Shack № 276-041 или аналог)
• Один зеленый светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-022 или аналог)
• Два резистора 1 кОм
• Один DVM (цифровой вольтметр) или VOM (вольт-омметр)

СПРАВОЧНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 3, глава 8: «Положительная обратная связь»

Уроки электрических цепей , том 4, глава 3: «Уровни напряжения логических сигналов»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Узнайте, как работает триггер Шмитта
• Как использовать таймер 555 в качестве триггера Шмитта

СХЕМА

Триггеры Шмитта имеют условное обозначение, чтобы показать вентиль, который также является триггером Шмитта.

Та же самая схема, перерисованная для отражения этого соглашения, выглядит примерно так:

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИЯ

Таймер 555, вероятно, является одним из наиболее универсальных чипов «черного ящика». Его 3 резистивных делителя напряжения, 2 компаратора и встроенный триггер установки-сброса объединены в триггер Шмитта в этой конструкции.

Интересно отметить, что конфигурация даже не похожа на конфигурацию операционного усилителя, показанную в другом месте, но конечный результат идентичен.

Попробуйте отрегулировать потенциометр до тех пор, пока не начнут мигать индикаторы, затем измерьте напряжение.

Сравните это напряжение с напряжением источника питания. Отрегулируйте потенциометр в другую сторону, пока светодиод снова не перевернется, и измерьте напряжение.

Насколько близко вы подошли к оценкам 1/3 и 2/3?

Попробуйте заменить 9-вольтовую батарею на 6-вольтовую или две 6-вольтовые батареи и посмотрите, насколько близки пороговые значения к отметкам 1/3 и 2/3.

Триггеры Шмитта — это принципиальная схема, имеющая несколько применений. Один из них — обработка сигналов, они могут извлекать цифровые данные из очень шумной среды.

Другие важные применения будут показаны в следующих проектах, например, чрезвычайно простой RC-генератор.

ТЕОРИЯ РАБОТЫ

Определяющей характеристикой любого триггера Шмитта является его гистерезис. В данном случае это 1/3 и 2/3 напряжения источника питания, определяемого встроенным резисторным делителем напряжения на 555.

Встроенные компараторы C1 и C2 сравнивают входное напряжение с опорными значениями, выдаваемыми делителем напряжения, и используют это сравнение для отключения встроенного триггера, который управляет выходным драйвером, еще одна приятная особенность 555.

Модель 555 может выдавать до 200 мА с каждой стороны шины питания, выходной драйвер создает путь с очень низкой проводимостью по обе стороны от разъемов источника питания.

Схема «закорачивает» каждую сторону цепи светодиода, оставляя другую сторону светиться.

Резисторы 5 кОм не очень точны. Интересно отметить, что изготовление ИС, как правило, не позволяет использовать прецизионные резисторы, но резисторы по сравнению друг с другом очень близки по стоимости, что имеет решающее значение для работы схемы.

Простой vco с использованием триггера Шмитта с использованием 74HC14

Генератор или генератор частоты. Наиболее популярным является использование NE555 или транзисторов или различных затворов. Настройка выходной частоты зависит от сопротивления или емкости, а также от использования кристалла или частоты в цепи.Генератор частоты увидит, что он имеет конструкции, обычно используемые в электронных схемах, особенно в цифровых схемах.

Это простая схема ГУН с триггером Шмитта, как показано на рисунке 1, это генератор, управляемый напряжением (ГУН) с использованием микросхемы 74HC14, которая внутри ИС включает до 6 триггеров Шмитта, но примененный только один может быть регулятором частоты по напряжению. .

Форма волны импульсного сигнала на Рисунке 1. В точке A входное напряжение начинается с 0 вольт. Выход инвертора будет «высоким», когда на вход поступит сигнал напряжения или используется регулятор напряжения-VC, или в точке A напряжение возрастет.

Рис. 1 Триггер Шмитта, использующий ГУН

Конденсатор C1 заряжается через резистор R1. Но когда напряжение повышается до максимального значения, срабатывающего для срабатывания затвора инвертора, или до тех пор, пока напряжение-VT + на выходе инвертора не станет «низким», а C1 будет разряжаться через R2 и диод-D1, который находится в коротком диапазоне.

Резистор-R2 влияет на частоту управляющего напряжения-Vc, конденсатор-C1, а свойства инвертора влияют на ширину выходной частоты импульсов.Соотношение между управляющим напряжением и выходной частотой см. В таблице ниже. Питание схемы составляет +5 вольт, напряжение регулируется в диапазоне от 3,5 до 12 вольт, а выходная частота от 1,28 кГц до 10,1 кГц.

Рис. 2 компоновка компонентов ГУН с использованием триггера Шмитта

Как собрать

Хотя этот проект является экспериментом. Обычно мы всегда на макете. Но иногда мы фактически используем специальную печатную плату, как показано на Рисунке 2, где представлена ​​компоновка компонентов этого проекта.

Какую деталь здания я не описываю, потому что он имеет те же характеристики, что и предыдущие схемы. Вам не будет с этим скучно. Но не стоит внимательно относиться к проекту.

Список компонентов
Резисторы, размер ¼ W + 5%
R1: 100 кОм
R2: 1 кОм
Конденсаторы
C1: 0,01 мкФ 50 В полиэстер
Полупроводники
D1: 1N4148, 75 В 150 мА Диоды инвертированные

IC1: Триггер Шмитта
Другое
перфорированная плата

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Вилф Ригтер на триггерах Шмитта

Триггеры Шмитта, логика и обратная связь
Вильф Ригтер рассказывает все …

---

Этот урок начался с знакомства с Ричардом. Схема Петтера Schmitt.gif.

Эта схема простая, но не инвертирующая, не имеет входа диоды, и имеет относительно низкий входной импеданс, поэтому его нелегко используется как замена 74C14 / 74HC14 Шмитт триггерный инвертор для BEAM типа приложений.

Итак, я изменил его, как показано на следующей диаграмме, которая более точно имитирует 74C / HC14 Шмитт триггер, включая инверсию, достаточно высокий вход сопротивление (4M) и все важные входные защиты диоды.

Тогда решил написать небольшое описание работы и прежде чем вы узнаете, он превратился в учебник. Шмитт триггер — хороший пример положительной обратной связи, поэтому Для описания этой концепции потребовалось еще несколько абзацев.

«Почему?» вы можете спросить. Четырнадцать компонентов могут показаться лот для моделирования 1/6 одного 74HC14, но эта дискретная схема показывает, что на самом деле происходит внутри этой маленькой черной микросхемы, которую мы так часто принимаем за предоставляется.

Шмитт триггер используется в BEAM для Nv и Nu нейроны но чаще используется для очистки аналоговых напряжений и преобразовать их в хорошие санитарные уровни двоичной логики.если ты спешите, можете сразу перейти к разделу о Шмитт триггер, но если вам нравится какой-то фон, прочитайте бит о цифровых и аналоговых сигналах и обратной связи в первую очередь.

ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ
Цифровые сигналы обычно считаются одними из два логических состояния, называемых разными именами: Вкл / Выкл, Высокий / Низкий, Один / Ноль, 1/0 и Vcc / Gnd. Это называется логикой сигналы, потому что они однозначно «или / или» значения.

В реальном мире уровни напряжения, представляющие логические состояния — это не совсем Vcc и Gnd. Когда эти нечеткие на цифровые входы инвертора подаются реальные уровни напряжения, они сравниваются с внутренним порогом напряжения и разница между приложенным входным напряжением и порог усиливается (умножается) примерно в раз 100.Эти реальные уровни напряжения, представляющие 1 и 0, должны быть в диапазоне значений, значительно выше и ниже фактический порог переключения, чтобы, несмотря на их нечеткость (шум) они всегда генерируют уровни логической 1 или 0 на выход схемы.

В 74HCxx логическая логическая «1» уровни сигналов определены как больше 2/3 Vcc, а сигнал логического «0» должен быть меньше чем 1/3 Vcc.Диапазон уровней напряжения от 1/3 В постоянного тока а 2/3 Vcc считается в «запрещенной» зоне. поскольку нельзя гарантировать, что сигналы в этом диапазоне будут равны 1 или 0. Когда напряжение около порога переключения посередине «запрещенной» зоны подается на цифровой вход, цифровой выход может генерировать и генерирует пакет импульсов, который может нанести ущерб точному цифровому миру счетчиков и регистры.

В реальном мире мы также должны учитывать, что когда 1 меняется на 0 и наоборот, изменение не мгновенный, и пока уровень логического напряжения нарастает от 1 на 0 он проходит через «запрещенную» зону. Но с тех пор цифровая логика также не может мгновенно реагировать на изменения, есть спецификация для минимальной ставки изменение (время переключения), которое гарантированно не вызовет более одного перехода в ответ на логический уровень изменять.

Таким образом, наша однозначная цифровая логика игнорирует сбои до тех пор, пока поскольку время изменения достаточно короткое (< 500 нс). Короче говоря, цифровая схема реагирует на генерирует один из двух цифровых уровней напряжения, номинально помечены «1» и «0». Эти уровни должны быть выше и ниже «запрещенная» зона и любые изменения логических уровней должны быть достаточно быстро, чтобы обеспечить минимальное указанное переключение раз.Возможно, сейчас самое время упомянуть, что в мир BEAM схем, эти правила обычно игнорируются. Также обратите внимание, что On / One / 1 / High обычно, но не всегда, эквивалентен в Vcc; между тем, обычно Off / Zero / 0 / Low, но не всегда, эквивалентно Gnd. Иногда этот здравый смысл корреляция обратная (так что «On» обозначается Gnd, а «Off» по Vcc) — это называется «негативный» логика », и, случается, используется в микрочастицах.

Но я отвлекся.

АНАЛОГОВЫЕ СИГНАЛЫ
Цифровые сигналы относятся к аналоговым сигналам тем, что черные и белый — это полный спектр цветов. Аналоговый сигнал уровни могут иметь любое значение, и каждое значение имеет значение. В реальный мир есть предел минимуму и максимуму значения, которые можно различить при вводе аналогового цепь и значения, которые могут быть сгенерированы на выходе аналоговой схемы.Обычно эти сигналы попадают в диапазон между напряжениями питания схемы. Главный следует помнить, что такие датчики, как LDR, PDs, термисторы и чувствительные ко времени схемы, такие как RC-цепи (Nv / Nu), все генерируют аналоговые напряжения, включая те, которые находятся в цифровая «запретная» зона.

Для взаимодействия аналогового и цифрового миров мы должны использовать специальные схемы, чтобы избежать генерации непредсказуемые хаотичные результаты.Это делается с помощью положительный отзыв .

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Одним из наиболее важных концепций в электронике является обратная связь . Как только вы поймете этот основной принцип что применимо ко всем динамическим системам, вы испытаете квантовый скачок в знаниях. Если я могу быть настолько смелым, чтобы предложить эта идея: правило хаоса, порядка и обратной связи в тонкой равновесие, порождающее все явления в этом Вселенная.

Обратная связь, как следует из названия, возникает, когда процесс или взаимодействие рекурсивно модифицируется выходом или результатом что он производит. В электронных схемах это происходит, когда весь или часть выходных сигналов добавляется или вычитается от входного сигнала (ов). Таким образом, обратная связь имеет два различные формы: положительная и отрицательная. Чтобы все было просто и на знакомой почве мы просто обсудим в общих чертах, как ЛУЧ схемы используют обратную связь и подробно, как положительная обратная связь используется в Шмитте схемы запуска.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Суть BEAM — «автономное» взаимодействие. между электронным и механическим узлом, называемым робот и его окружение, видимые через его сенсоры. В датчики предоставляют входные сигналы, которые изменяют действие робот и, в свою очередь, это действие изменяет сигналы полученные датчиками.Что ж, это прекрасный пример электромеханическая обратная связь!

В фототропном роботе, таком как фотопоппер, схема который управляет двигателями, посылает больше импульсов тока на сторона, которая получает меньше света. Это заставляет ту сторону повернуться к источнику света, пока оба световых датчика не будут сбалансированный. Тогда обе стороны получают одинаковые импульсы тока, как робот «качается» к свету.

В повторителе линии Херби движение непрерывное. а не в импульсном режиме, и робот следует широкой белой линии на темном фоне. Каждый двигатель получает ток в пропорционально дисбалансу (также называемый ошибкой или разницей сигнал) света на двух фотодатчиках, которые указывают на левый и правый края белой линии. Например, как Бот дрейфует влево, за центр линии, влево датчик получает меньше света, поскольку он перемещается в темноту фон, в то время как правый датчик получает больше от центр светоотражающей белой линии, таким образом создавая сигнал дисбаланса, увеличивающий ток вправо мотор и возвращает Херби в нужное русло.

Фототропизм пример отрицательной обратной связи потому что система в целом движется к «сбалансированному датчики сигнализируют о состоянии. Это очень важно отличие от состояния «максимальные сигналы датчиков». Фотофобное поведение является примером положительных эмоций. обратная связь , которая направляет систему в целом к «несбалансированные сигналы датчика», а не «датчик минимума» сигнализирует о состоянии.Однако не позволяйте этим тонким различия мешают основной идее, что действие системы влияет на датчики, которые влияют на действие системы и т. д. — это петля обратной связи, которую мы так часто упоминают в обсуждении BEAM схемы.

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Если у вас возникла идея механической обратной связи, то электронная обратная связь должна быть простой.В ЛУЧЕ типа приложений, которые используют цифровые инверторы для квази аналоговых приложений, точкой баланса обратной связи является уровень входного напряжения (порог), при котором переключается выход над. Для преобразователей 74HCxx, таких как 74HC240 этот уровень составляет 1/2 Vcc, прямо посередине «запретная» зона. Мы упоминали ранее, что отрицательный обратная связь вычитает из входного сигнала и управляет выход цепи в сторону точки баланса.Положительный отзыв добавляет к входному сигналу и отклоняет выход схемы от точки баланса.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Отрицательная обратная связь вычитается из входного сигнала, потому что инвертируется до того, как появится на выходе, и любой инвертированный выходной сигнал будет вычитаться из входного сигнала.

Хорошим примером отрицательной обратной связи может служить 74HC240. инвертор с резистором, подключенным от входа к выходу.Если вы измеряете выход этой цепи с помощью вольтметра, который вы будет точно знать, какое пороговое напряжение инвертор есть. Для 74HC240 при Vcc = 5 В выход будет очень близок к 2,5 В. Поскольку упомянутая ранее цифровая логика не предназначена для работы с входными напряжениями из запрещенной зоны и если вы Измерьте ток Vcc, вы узнаете, почему он потребляет 50 мА или более актуальный. Кроме того, если вы включите радио возле цепи, высокочастотные колебания излучаются схема должна быть довольно мощной по сравнению с местным радио станции.

В целом отрицательная обратная связь нежелательна в цифровом цепей, но его можно использовать и использовать с пользой обсудим позже.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Положительная обратная связь добавляет к входному сигналу и направляет выход из точки баланса, из запрещенного зоны и к уровням идеальной логики Vcc или Gnd сигналы.Вот почему положительные отзывы обычно полезны. в схемах BEAM и фактически может быть используется для противодействия отрицательной обратной связи.

Есть много примеров внешних положительных отзывов в Двустворчатые, моноядерные и триггеры BEAM и защелки. Но 74HC14 Microcore слава, это пример внутренней положительной обратной связи, потому что обратная связь происходит внутри микросхемы. Как черный ящик, все мы знать о 74HC14 состоит в том, что у него есть два порога, и что независимо от входной сигнал, выходные сигналы всегда хорошо чистые одиночные переходы, всегда на Vcc или Gnd и никогда на какое-то среднее значение (если мы не забыли добавить резистор в серия со светодиодом индикаторы). Эта внутренняя положительная обратная связь делает 74HC14 Микроядро работают и почему без положительных отзывов 74HC240 Микроядро всегда перерождается в насыщение.

ТРИГГЕРЫ ШМИТТА
Шмитт триггер — это специальная схема, которая действует как переключатель который изменяет состояние на двух разных порогах. Это называется верхним и нижним порогом или положительным и отрицательный порог срабатывания. Разница в этих двух пороговые уровни называются гистерезисом напряжение. триггер не реагирует ни на один уровень входного напряжения в диапазон между двумя порогами, который для 74C / HC14 точно соответствует «запретной зоне».

А Шмитта триггер также можно сравнить с двумя компараторами управление RS-триггером на выходе. Фактически схема 74C14 показывает, что это так. Верхний порог компаратор устанавливает выходную защелку и нижний порог компаратор сбрасывает выходной фиксатор.

Эти два порога (точки баланса) делают 74HC14 Шмитт триггер отличается от обычного 74HC240 инвертор с одним порогом на 1/2 Vcc.

Каждый из шести инверторов в 74C14 Шмитт триггер использует 12 полевых МОП-транзисторов, так что для сравнения дискретная версия Шмитта триггер с использованием 3 транзисторов и 11 других компонентов примерно так же сложно.

Обычно 74HC14 Пороговые параметры представляют собой фиксированное отношение Vcc. Это сохраняет устройство функционально простое и, как следствие, 74HC14 Шмитт триггер — одно из самых популярных устройств для сопряжение сигналов реального мира с цифровой электроникой.Это просто не становится проще по сравнению с другими версиями мы обсудим.

Однако малоизвестный факт, что переделать пороги на 74HC14 с помощью отрицательной обратной связи от выхода к входу. За Например, добавив резистор 5,1 МОм между выходом и входом и входной резистор 1М обеспечит около 15% отрицательного Обратная связь. Это вычитается из внутреннего 30% положительного обратная связь, а при Vcc = 5V эффективно изменяет пороги на входе резистора 1М примерно до 2.1В и 2,9В. Очень полезно, если интересующий сигнал меньшие переходы, чем у обычного 74HC14 гистерезис напряжения.

Помимо 74HC14, есть несколько способов применить метод Шмитта. триггер в логике CMOS. Самый простой — использовать неинвертирующий буфер, такой как 74HC245 и подключите резистор 3M от выхода ко входу, чтобы обеспечить положительная обратная связь, суммируемая с входным сигналом через резистор серии 1М.Эти значения дадут те же пороги, что и у 74HC14 но имейте в виду, что входное сопротивление составляет 4 МОм на GND или Vccc. в зависимости от текущего состояния выхода.

Такая же схема может быть получена с двумя инверторами, например 74HC240 Показана версия. Две инверсии сигнала генерируют требуется положительный отзыв. И истинный, и перевернутый выходные сигналы доступны.Один вариант последнего схема должна добавить некоторую отрицательную обратную связь с 4,7 млн резистор с инвертированного выхода на вход. Это отменяет часть положительной обратной связи и уменьшает гистерезис напряжение при разрешении большего входного резистора.

Идеальные усилители, называемые операционными усилителями (также известные как операционные усилители). усилители) можно использовать для простого (по сравнению с дискретная версия) Шмитта триггер, но не позволяйте ему увести вас от объекта упражнения, показывающего, что происходит «под капотом» транзистора Шмитта триггер:

Я включил инвертирующие и не инвертирующие примеры операционного усилителя Шмитта триггер с регулируемым порогом и гистерезисом Напряжение.Обратите внимание, что в обоих случаях настройки потенциометров взаимодействуют так, чтобы порог и гистерезис поправил методом проб и ошибок.

Приведенная выше диаграмма воспроизводит базовую схему Шмитта. триггерная схема Ричарда Петтера. Он состоит из двух инверторы (NPN и PNP) которые дают двойную инверсию входного сигнала.В выход второй ступени возвращается и суммируется с входной сигнал и резистор К земле, приземляться. Подумайте об этих резисторах как образующий делитель напряжения, который определяет вход напряжение, необходимое для преодоления порога 0,6 В NPN основание излучатель переход для поворота транзистора вкл выкл. Со значениями, заданными положительным порог равен 1.95 В и отрицательный порог срабатывания 1,34 V при условии, что Vcc составляет 5 В. Выходной сигнал на PNP коллектор не инвертирующий относительно входа сигнал.

На этой схеме показано, как базовая схема изменена на дают симметричные пороги 1/3 — 2/3 Vcc, равные 74C / HC14 Шмитт спусковой крючок. Это делается установкой NPN излучатель напряжение до 1/2 Vcc — 0.6 В, что делает включение / выключение порог переключения на входе NPN база ровно 1/2 Vcc. Входные резисторы 1M и резисторы обратной связи 3M образуют делитель напряжения, который устанавливает значения положительного входной порог до 2/3 Vcc и отрицательный входной порог составляет 1/3 В постоянного тока.

Сигнал положительной обратной связи на одном конце 3M резистор обратной связи попеременно Vcc или Gnd в зависимости от состояния неинвертированный выходной сигнал на коллекторе PNP транзистор.Другой конец резистора обратной связи 3M находится в основании входа NPN который во время переключения составляет 1/2 В постоянного тока. Напряжение на вход резистора 1М поэтому 1/3 * 1/2 Vcc = 1/6 Vcc выше и ниже 1/2 Vcc что при Vcc = 5 В составляет 3,33 В и 1,66 В соответственно. Этот игнорирует влияние <0,1 мкА, которое попадает в база НПН при переключении.

Инвертирующий NPN выходной каскад обеспечивает изоляцию, а входные защитные диоды были добавлены для имитации 74C / HC14 обращая Шмитта триггер, чтобы эту схему теперь можно было использовать в том же вид приложений, как это устройство, но при Vcc до 24 В или выше в зависимости от транзисторов.NPN выходной привод на плюс ограничен резистором 4,7 кОм но его можно было бы заменить резистором меньшего размера или даже мотор пейджера. Резистор в ПНП коллектор был выбран из-за малой мощности, но его можно заменить на 4.7K для увеличения базового привода для NPN выходной транзистор.

Входные диоды не нужны для защиты, так как Резистор 1M позаботится об этом, но может потребоваться для ограничения ввода конденсатор связи (я. е., НВ) к отрицательной и положительной рельсам. Это называется DC восстановление, так как он удаляет остаточный заряд с конденсатор поэтому он не помнит никаких предыдущих операций переключения которые в противном случае могли бы повлиять на время следующего коммутационная операция.

Хотя эта схема не является экономичной заменой 74HC14, дает хорошее представление о конструкции триггерных цепей в целом.

Наслаждайтесь

Wilf

Для дополнительной информации…

Материал на этой странице отредактирован и обновлен. (на основе переписки по электронной почте) версия BEAM-список публикация Вильфа Ригтера.

Простой триггер Шмитта SN7414 Генератор прямоугольных сигналов

Льюис Лофлин

Теория и практические схемы использования генератора прямоугольных импульсов SN7414 на основе триггера Шмитта.

Видео на YouTube: Простой триггер Шмитта SN7414 Генератор прямоугольных волн

в об. 63 июнь / июль Make Magazine Чарльз Платт написал статью об использовании HEX-преобразователя SN74HC14N Schmitt Trigger.Используя только один из шести инверторов, конденсатор и резистор обратной связи, он создал основной прямоугольный генератор.

Рис. 1 Внутренние соединения SN7414.

Он не вдавался в подробности по расчету значений компонентов или по теории работы. Здесь я подробнее остановлюсь на этом. На рис. 1 показаны внутренние соединения устройства. Обратите внимание, что на следующих схемах я не буду показывать контакт 14 + Vcc или контакт 7 заземления. + Vcc составляет 5 вольт, HIGH — 5 вольт, а LOW — 0 вольт.

Я буду иметь дело с одним инвертором, и все измерения основаны на цепи под напряжением, построенной из реальных компонентов. Я не использую SPICE или программное обеспечение для моделирования и не могу гарантировать его работу с таким программным обеспечением.

Измерения выполняются цифровым мультиметром Radio Shack 22-812, который может измерять частоту, ширину импульса и рабочий цикл.

Рис. 2 Схема прямоугольного генератора SN74HC14N.

На рис. 2 показана схема, которую я буду использовать.Он состоит из одного инвертора, сопротивления обратной связи и зарядного конденсатора. Давайте обсудим разницу между триггером Шмитта и инвертором не-триггера Шмитта.

Очень просто инвертор инвертирует входной логический уровень — HIGH in LOW out, LOW in HIGH out. Проблема заключается в том, на каком уровне напряжения от 0 В до 5 В будет ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ? Что такое 2,5 вольта?

Триггерные входы Шмитта решают эту проблему для зашумленных цепей. LOW выводится только тогда, когда на входе 3 вольта или больше.ВЫСОКОЕ значение выводится только при напряжении на входе 2 вольта или меньше. Уровень переключается только если ниже ~ 2В или выше ~ 3В.

На рис. 2 показаны формы сигналов в точках A и B. Когда питание на входе A — НИЗКИЙ, а B — ВЫСОКИЙ; Конденсатор C заряжается от ВЫСОКОГО выхода через R1 и R2.

Когда A достигает ~ 3 вольт, B становится низким, и C разряжается обратно через R1 и R2 на выход инвертора. На самом деле, когда выводится HIGH, когда внутренний транзистор переключается на + Vcc, LOW использует транзистор для переключения на землю.

Треугольная форма волны на A заряжает / разряжает от ~ 2 до ~ 3 вольт или ~ 1 вольт от пика до пика. Выходное напряжение составляет 5 вольт от пика до пика. Конденсатор C никогда полностью не заряжается до + Vcc или полностью не разряжается до GRD. Этот коммутационный промежуток в 1 вольт является секретом генератора.

Обратите внимание на две красные стрелки. C заряжается, когда B находится в HIGH, и разряжается, когда B находится в LOW.

Рис.3 Кривая заряда RC.

Рис. 3 — это наша кривая заряда RC. Когда конденсатор заряжается через резистор, время T зависит от значений R и C или R * C.Но для полной зарядки это 5Т. Если C = 1 мкФ и R = 10K, то T = 0,0000001 * 10,000 = 0,01 сек. или 10 мсек. Для полной зарядки или 98,2% требуется 50 мсек.

Примечание: всегда переводите C в фарады. Предположим, 1 мкФ и 10К.

За 1Т С начисляется до 63,2%. В случае 5 вольт это ~ 3,16 вольт. Только при первом включении t = 10 мсек. а при 3,16 В на выходе инвертора идет НИЗКИЙ или 0 В.

Когда C разряжается до ~ 2 вольт, выход B переходит в ВЫСОКОЕ, заряжающий конденсатор C обратно до ~ 3 вольт и т. Д.

Что касается выхода, on / off T переключает с 2 / 3T на 1T на входе. Для вычисления T на выходе получается (R * C) / 2,8. Я получил это экспериментальным путем.

Таким образом, каждый полупериод включения / выключения составляет 10 мсек. / 2,8 = 3,57 мсек. Чтобы получить частоту выходного прямоугольного сигнала = 3,57 мсек. * 2, затем возьмите обратную величину. В данном случае 140 Гц.

Рис. 4 Схема прямоугольного генератора SN74HC14N с формулами.

На рис. 4 показаны формулы для этой схемы.Я собираюсь вычислить значения, используемые в цепи под напряжением, и измерить значения на моем мультиметре. Я использовал резистор 22 кОм, который имел сопротивление 21700 Ом. Я также измерил используемые конденсаторы.

Пример 1: C = 1 мкФ; R = 21700 Ом.

R * C = 21,7 мсек .; t = 21,7 мсек. / 2,8 = 7,75 мсек.
f = 1 / (2 * t) = 1 / 15,5 мсек. = 64,5 Гц

Измеренное значение = 63,3 Гц ошибка 2%; рабочий цикл 47%. Очень близко к симметричной прямоугольной волне.

Фиг.5 SN74HC14N Форма сигналов в цепи прямоугольного генератора.

Пример 2: C = 34,72 мкФ; R = 21700 Ом.

R * C = 0,7534 сек .; 0,7534 сек. / 2,8 = 0,2691 сек. = t
f = 1 / (2 * t) = 1 / 0,53816 = 1,86 Гц.

Измеренное значение 1,9 Гц ошибка 2%; 47% рабочий цикл.

Рис. 6 SN74HC14N Осциллограммы схемы прямоугольного генератора на осциллографе.

Рис. 6 на примере 3.

Пример 3: C = 0.095 мкФ; R = 21700 Ом.

R * C = 2,06 мсек; 2,06 мсек / 2,8 = 0,736 мсек. = t
f = 1 / (2 * t) = 1 / 1,4725 мсек. = 679 Гц.

Измерено: 707 Гц, ошибка 4%. 47% рабочий цикл. Обратите внимание, что паразитная емкость на макетной плате и т. Д. Может иметь значение при более низких значениях C.

Рис. 7 Генератор прямоугольных импульсов на основе SN74LS14 со схемой дифференциатора.

Подробнее об этой схеме см. Схема генератора трех выходных импульсов для цифровых схем.

Удачи.

Видео:
Мои видео на YouTube о электронике
Введение в микроконтроллер Arduino
Часть 1: Программирование вывода Arduino
Часть 2: Программирование ввода Arduino
Часть 3: Аналого-цифровое преобразование Arduino
Часть 4: Использование широтно-импульсной модуляции Arduino
Repost Arduino Управление питанием переменного тока

(PDF) Новая схема триггера Шмитта в КМОП-процессе 0,13 мкм 1 / 2,5 В для приема входных сигналов 3,3 В

входной буфер. На рис.10 входной сигнал представляет собой медленную треугольную волну

, и, таким образом, пороговые напряжения перехода

,

VL и VH новой предложенной схемы триггера Шмитта могут быть измерены

в соответствии с входным и выходным сигналами.

Как показано на рис. 10, два пороговых напряжения перехода

новой предложенной схемы триггера Шмитта составляют около 1 В,

,

и 2,5 В, соответственно. Измеренный порог перехода

напряжений

аналогичен смоделированному порогу перехода

напряжений.

Рис. 8. Схема предлагаемой новой схемы триггера Шмитта.

Рис. 9. Измеренные осциллограммы предлагаемой новой схемы триггера Schmitt

.

Рис. 10. Измеренные пороговые напряжения перехода VL и VH

новой предлагаемой схемы триггера Шмитта.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье предлагается новая схема триггера Шмитта, которая была реализована

с низковольтными устройствами в процессе 0,13 мкм 1 / 2,5 В CMOS

. Предлагаемая новая схема

, состоящая из низковольтных устройств, может правильно работать

, не испытывая высокого напряжения на оксиде затвора, поскольку размах входного сигнала

составляет 3,3 В. Результаты экспериментов показывают, что

два пороговых напряжения VL и VH предлагаемого нового триггера Шмитта

составляют 1 В и 2,5 В соответственно. Предложенная новая схема триггера Шмитта

подходит для подавления шума

в интерфейсных приложениях со смешанным напряжением.

5. ССЫЛКИ

[1] R. H. Dennard, F. H. Gaensslen, H.-N. Ю., В. Л.

Райдаут, Э. Бассоус и А. Р. Леблан, «Конструкция полевых МОП-транзисторов с ионной имплантацией

с различными малыми физическими размерами

», IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 9, pp.

256-258, октябрь 1972 г.

[2] RS Scott, NA Dumin, TW Hughes, DJ Dumin,

и BT Moore, «Свойства высоковольтного напряжения

создавали ловушки в тонких оксид кремния », IEEE Trans.

Электронные устройства, т. 43, нет. 7, июль 1996 г.

[3] Марсель Дж. М. Пелгром и Э. Карел Дийкманс, «Буфер ввода-вывода, совместимый с 3/5

В», IEEE J. Solid-State Circuits,

vol. 30, нет. 7, pp. 823-825, July 1995.

[4] M.-D. Кер и К.-С. Цай, «Разработка 2.5V / 5V

буфера ввода-вывода CMOS смешанного напряжения только с тонким оксидным устройством

и динамической n-луночной схемой смещения», в Proc.

IEEE Int. Symp. Схемы и системы, 2003, т.4. С.

97-100.

[5] W.-T. Ван, М.-Д. Ker, M.-C. Чан и Ч.-Х.

Чен, «Уровнемеры для высокоскоростных интерфейсов от 1 В до 3,3 В

в технологии 0,13 мкм Cu-соединение / low-k

CMOS», в Proc. IEEE Int. Symp. СБИС

Технологии, системы и приложения, 2001, стр.

307-310.

[6] А. Пфистер, «Новый триггер Шмитта CMOS с управляемым гистерезисом

», Electronics Letters, vol. 28,

нет.7, pp. 639-641, Mar. 1992.

[7] J.