Was genau ist ein Schmitt-Trigger und seine Anwendung?

Ich möchte fragen, was ein Schmitt-Trigger ist und wie er angewendet wird.

Ich habe viel gesucht, es aber immer noch nicht verstanden. Bitte erklären Sie Schritt für Schritt und hoffen Sie, dass Sie mir bei seinen Anwendungen in realen Schaltkreisen helfen.

Die meisten Geräte haben einen Sollwert, der für ein ansteigendes Signal der gleiche ist wie für ein ausfallendes Signal. Bei Signalen mit schnellen Anstiegszeiten ist dies kein Problem. Bei Signalen mit sehr langsamen Anstiegszeiten oder Rauschen kann dies jedoch dazu führen, dass der Ausgang des Geräts aufgrund von schnell von und nach hin und zurück schwingt Signal schwebt genau am Sollwert.

Ein Schmitt-Trigger ist also ein Gerät (oder der Eingangsbereich eines Geräts), das separate Schwellenwerte für ein ansteigendes Signal und ein ausfallendes Signal aufweist. Offensichtlich ist die Schwelle für die erstere höher.

In diesem Diagramm sind zwei Bänder dargestellt. Das obere repräsentiert den hohen Sollwert und das niedrige Band repräsentiert den niedrigen Sollwert. Sie werden als Bänder angezeigt, da die Spezifikation eine gewisse Toleranz aufweist. Der Unterschied zwischen der Unterseite des oberen Bandes und der Oberseite des unteren Bandes ist die Hysterese des Geräts.

Wie bereits erwähnt, können Schmidt-Trigger entweder für sich langsam ändernde oder für verrauschte Signale verwendet werden. Hier einige Beispiele für Orte, an denen Schmitt-Trigger verwendet werden können:

Es gibt viele Möglichkeiten, Schmidt-Trigger zu kaufen oder zu bauen. Es gibt viele Logik-ICs, die Schmitt-Trigger an ihren Eingängen enthalten, wie z. B. den 74HCT132 , der jedoch feste Schwellenwerte aufweist. Sie können einen auch mit diskreten Transistoren erstellen. Am einfachsten ist es jedoch, nur einen Operationsverstärker zu verwenden, da dies die einzigen zusätzlichen Komponenten sind Zum Hinzufügen der Hysterese werden Widerstände benötigt:

Im Gegensatz zu vielen Schmitt-Trigger-Schaltplänen im Internet wird hier ein Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung verwendet. Die Spannungsschwellen und werden unter Verwendung einer Kombination der Spannungsteilerwiderstände und des Rückkopplungswiderstands :$V_{\text{high}}$$V_{\text{low}}$$R_1/R_2$$R_{\text{FB}}$

$$R_{1\text{FB}} = \frac{(R_1 \times R_{\text{FB}})}{(R1 + R_{\text{FB}})}$$

$$V_{\text{high}} = \frac{(V \times R_2)}{(R_2 + R_{1\text{FB}})}$$

$$R_{2\text{FB}} = \frac{(R_2 \times R_{\text{FB}})}{(R_2 + R_{\text{FB}})}$$

$$V_{\text{low}} = \frac{(V \times R_{2\text{FB}})}{(R_1 + R_{2\text{FB}})}$$

Es gibt einen schönen Schmitt-Trigger-Rechner , mit dem Sie leicht die benötigten Widerstandswerte ermitteln können.

Der Schmitt-Trigger ist ein Komparator mit eingebauter Hysterese. Bei einem normalen Komparator wird der Ausgang abhängig vom Eingang im Vergleich zu einem Sollwert ausgegeben. Es gibt eine 1 aus, wenn der Eingang höher als der Sollwert ist, und es gibt eine 0 aus, wenn der Eingang niedriger als der Sollwert ist. Dies ist für viele Anwendungen in Ordnung, aber wenn der Eingang langsam übergeht und ein wenig Rauschen aufweist, gibt es eine kurze Zeit, in der der Eingang um den Sollwert "vibriert", wodurch der Ausgang des Komparators umgeschaltet wird Rücken und vierter zwischen hoch und niedrig sehr häufig.

Ein Schmitt-Trigger versucht, diesen nebulösen Zustand, in dem der Eingang um den Sollwert schwebt, durch Hinzufügen einer Hysterese aufzulösen. Dies bedeutet, dass es jetzt zwei Sollwerte gibt, einen von der niedrigen Seite und einen von der hohen Seite. Nehmen wir zum Beispiel an, dass der Low-Side-Sollwert 2,0 V und der High-Side-Trigger 1,5 V beträgt. Wenn der Eingang zu steigen beginnt, sobald der Eingang (mit Rauschen) 2,0 V erreicht, wird der Ausgang auf geschaltet a 1. Dann bleibt es bei 1, bis der Eingang wieder auf 1,5 V abfällt . Dieser Bereich zwischen 1,5 V und 2,0 V verhindert rauschfähiges Schalten und erzeugt einen erwarteteren Ausgang vom Schmitt-Trigger.

Die Hysterese eines Schmitt-Triggers kann für einige Dinge verwendet werden, wobei einige der Anwendungen die Erstellung eines Timers (einfache Taktsignalerzeugung) oder das Entprellen eines Schalters sind. Der Timer kann durch Hinzufügen eines RC zum Ausgang und Zurückführen dieses Signals zum Eingang hergestellt werden. Ein einfaches Entprellen kann erfolgen, indem der Eingang des Schalters an den Eingang des Schmitt-Triggers gesendet und der Ausgang genommen wird.

Eine Schmitt-Triggerschaltung ähnelt einem nichtinvertierenden Verstärker, außer dass der wichtige Unterschied darin besteht, dass der Eingang an den invertierenden Operationsverstärkeranschluss anstatt an den nichtinvertierenden Eingangsanschluss angelegt wird und dass die Rückkopplung vom Ausgang mit dem nichtinvertierenden verbunden ist -Eingabe invertieren.

Ein Schmitt-Trigger ist eine Komparatoranwendung, die den Ausgang von einer Ebene auf eine andere Ebene umschaltet. Der Schlüssel ist eine positive Rückmeldung, um die Hysterese bereitzustellen.