Kích hoạt Schmitt - cái nhìn tổng quát

Trong quá trình thiết kế mạch xung, nhà phát triển có thể cần một thiết bị ngưỡng có thể tạo thành tín hiệu hình chữ nhật thuần với các giá trị nhất định của mức điện áp cao và thấp từ tín hiệu đầu vào có dạng hình chữ nhật (ví dụ, răng cưa hoặc hình sin).

Bộ kích hoạt Schmitt, một mạch có một cặp trạng thái đầu ra ổn định, dưới tác động của tín hiệu đầu vào, thay thế cho nhau trong một bước nhảy, rất phù hợp cho vai trò này, đó là đầu ra là tín hiệu hình chữ nhật.

Một tính năng đặc trưng của bộ kích hoạt Schmitt là sự hiện diện của một phạm vi nhất định giữa các mức điện áp cho tín hiệu đầu vào, khi điện áp đầu ra của tín hiệu đầu vào được chuyển đổi ở đầu ra của bộ kích hoạt này từ mức thấp đến mức cao và ngược lại.

Thuộc tính này của trình kích hoạt Schmitt được gọi là độ trễ và phần đặc tính giữa các giá trị đầu vào ngưỡng được gọi là vùng trễ. Sự khác biệt giữa các giá trị ngưỡng trên và dưới cho đầu vào kích hoạt Schmitt xác định độ rộng của vùng trễ của nó, đóng vai trò là thước đo độ nhạy của kích hoạt. Vùng trễ càng rộng - kích hoạt Schmitt càng kém nhạy, vùng trễ càng hẹp - độ nhạy của nó càng cao.

Bộ kích hoạt Schmitt có sẵn ở dạng microcircuits chuyên dụng, trong đó một số bộ kích hoạt riêng biệt có thể được đặt bên trong một vỏ cùng một lúc. Các vi mạch như vậy có ngưỡng chuyển đổi được chuẩn hóa nhất định và đưa ra các mặt trước dốc ở đầu ra, mặc dù tín hiệu đầu vào khác xa với hình dạng hình chữ nhật. Ngoài ra, trình kích hoạt Schmitt cũng có thể được xây dựng trên cơ sở các yếu tố logic, trong trường hợp đó, nhà phát triển có cơ hội thiết lập và điều chỉnh rất chính xác độ rộng của vùng trễ của thiết bị ngưỡng của mình.

Hãy chú ý đến con số, và xem xét kỹ hơn nguyên tắc của bộ kích hoạt Schmitt.

Dưới đây là một minh họa sơ đồ của một yếu tố kích hoạt, cũng như các đặc điểm chuyển giao và thời gian của nó. Như bạn có thể thấy, khi mức tín hiệu đầu vào Uin thấp hơn ngưỡng Ufor.n thấp hơn, đầu ra kích hoạt Schmitt cũng có, theo đó, mức điện áp thấp U0 gần bằng không.

Trong quá trình tăng điện áp của tín hiệu đầu vào Uin, giá trị của nó trước tiên đạt đến ranh giới thấp hơn của vùng trễ Uiferор.н, ngưỡng dưới, trong khi đầu ra, như trước đây, không thay đổi gì. Và ngay cả khi điện áp đầu vào Uin đi vào vùng trễ và trong một thời gian ở bên trong nó, thì không có gì xảy ra ở đầu ra - đầu ra vẫn là điện áp mức thấp U0.

Nhưng ngay khi mức điện áp đầu vào Uin được so sánh với ngưỡng trên của vùng trễ Ufor.in (vùng đáp ứng), đầu ra kích hoạt sẽ nhảy vào trạng thái của mức điện áp cao U1. Nếu điện áp đầu vào Uin tiếp tục tăng hơn nữa (trong giới hạn cho phép của vi mạch), điện áp đầu ra Uout sẽ không thay đổi nữa, vì đã đạt được một trong hai trạng thái ổn định - mức U1 cao.

Bây giờ, giả sử rằng điện áp đầu vào Uin bắt đầu giảm. Khi trở về vùng trễ, không có thay đổi nào ở đầu ra, mức vẫn cao U1. Nhưng ngay khi điện áp của tín hiệu đầu vào Uin bằng với ranh giới dưới của vùng trễ Uiferн.н - đầu ra kích hoạt Schmitt nhảy vào trạng thái với mức điện áp thấp U0. Công việc của trình kích hoạt Schmitt dựa trên điều này.

Đôi khi các trình kích hoạt của Schmitt tỏ ra hữu ích, trong đó phần tử logic được thực hiện bên trong vi mạch và bộ biến tần mà KHÔNG phải được cài đặt ở đầu ra (bộ kích hoạt đảo ngược của Schmitt).Trong trường hợp này, đặc tính truyền sẽ nhìn theo hướng khác: khi điện áp vượt ra ngoài ranh giới trên của vùng trễ, mức thấp xuất hiện ở đầu ra của bộ kích hoạt Schmitt và khi nó trở về dưới vùng trễ, mức cao xuất hiện ở đầu ra. Đây thực tế là một yếu tố AND-KHÔNG có độ trễ.

Kích hoạt Schmitt có thể được lắp ráp và trên một bộ khuếch đại hoạt động (op amp). Chúng ta hãy xem xét một trong các tùy chọn để thực hiện nó theo các thuật ngữ chung. Đầu vào đảo ngược của op-amp được nối đất và tín hiệu đầu vào được đưa qua điện trở R1 đến đầu vào không đảo của op-amp. Đầu ra của op-amp dọc theo chuỗi phản hồi thông qua điện trở R2 được kết nối với đầu vào không đảo của op-amp. Điện áp hình chữ nhật được loại bỏ khỏi đầu ra op amp.

Điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại hoạt động được xác định theo công thức Uout = K * Ua. Thông thường Uout.max bằng với điện áp cung cấp op-amp (chúng ta hãy biểu thị nó bằng beech E) và K là mức tăng opamp, nó ở mức 1.000.000. Điện áp đầu ra có thể thay đổi từ + E đến -E. Ở đây chúng ta sẽ không đi vào chi tiết cụ thể và để đơn giản hóa sự hiểu biết, chúng ta sẽ xem xét một ví dụ sinh động trong đó điện trở đầu vào và điện trở trong mạch phản hồi bằng nhau: R1 = R2.

Vì vậy, ngay từ đầu, khi Uin = 0, do đó Ua = 0, thì Uout = 0, vì điện áp ở đầu vào không đảo của op-amp không vượt quá điện áp ở đầu vào đảo ngược của nó.

Nếu bây giờ Uvh tăng nhẹ thì Ua cũng sẽ tăng nhẹ. Sau đó, Uout sẽ tăng đáng kể (theo giá trị của K), vì điện áp ở đầu vào không đảo của op-amp sẽ vượt quá điện áp ở đầu vào đảo ngược của nó, như chúng tôi đã quyết định, được nối đất. Sau đó, do điểm Ua nằm giữa các điện trở được kết nối theo sơ đồ trên, tại điểm Ua, điện áp sẽ tăng đáng kể, nó sẽ trở thành xấp xỉ Uout / 2 và do tuyết lở phản hồi dương, Uout điện áp ổn định (bằng điện áp cung cấp HĐH = E). Do đó, op-amp đã đi vào trạng thái ổn định với mức điện áp đầu ra cao. Hơn nữa, Ua = (E + Uin) / 2.

Nếu ở trạng thái này, chúng ta bắt đầu giảm Uin, thì ngay cả khi nó trở thành bằng 0, thì tại điểm Ua vẫn sẽ có E / 2 và ở đầu ra của op-amp vẫn sẽ có điện áp cấp cao Uout = E.

Chỉ khi Uin trở thành bằng -E, chỉ khi đó Ua mới bằng 0 và đầu ra op-amp chuyển sang trạng thái có mức điện áp thấp (-E). Trong trường hợp này, một trận tuyết lở phản hồi sẽ lại xuất hiện - bây giờ là Uout = -E, Ua = (Uin-E) / 2, và điều này thấp hơn nhiều so với đầu vào không đảo ngược của op-amp. Kích hoạt đã vào trạng thái ổn định với mức đầu ra thấp. Để đầu ra op amp trở lại trạng thái cao, điều cần thiết là Uin lại trở thành bằng E, điều này sẽ gây ra một đợt phản hồi khác. Quay trở lại điểm không sẽ không còn xảy ra.