Heute beschreiben wir eine weitere neue Komponente wurde unserer Liste hinzugefügt, der Schmitt-Trigger, ein Unbekannter für viele, der nun kein Rätsel mehr sein wird. Und wir werden alles beschreiben, was Sie darüber wissen müssen, z. B. was es ist, wozu es dient, wie dieses elektronische Gerät funktioniert, und selbst dann können Sie es in Ihre Projekte integrieren Arduino, usw.
Mal sehen, was dieses Element für uns tun kann ...
Notwendige Vorkonzepte
Bevor Sie mit dem Schmitt-Trigger beginnen, ist es notwendig Definieren Sie einige Konzepte Das wird nützlich sein, um besser zu verstehen, was es ist und wie es funktioniert. Ich beziehe mich auf:
- Vergleicher: In der Elektronik ist ein Komparator ein Gerät, das zwei Spannungen oder Ströme vergleicht und ein digitales Signal ausgibt, das anzeigt, welche Spannung größer ist. Es verfügt über zwei analoge Eingangsanschlüsse und einen binären digitalen Ausgang. Dies ist wichtig zu beachten, da es sich beim Schmitt-Trigger um eine Art Komparator handelt. Darüber hinaus besteht dieser Komparator aus einem speziellen Differenzverstärker mit hoher Verstärkung.
- Hysterese: Hysterese ist eine Eigenschaft, bei der der Zustand eines Systems von seiner Geschichte abhängt. Beispielsweise kann ein Magnet in einem Magnetfeld je nachdem, wie sich das Feld in der Vergangenheit verändert hat, unterschiedliche magnetische Momente haben und so Hysteresekurven bilden. Diese Eigenschaft wird bei ferromagnetischen und ferroelektrischen Materialien sowie bei natürlichen Phänomenen wie der Verformung von Gummi und Formgedächtnislegierungen beobachtet. Hysterese ist mit irreversiblen Veränderungen wie Phasenübergängen verbunden und kommt in natürlichen Systemen häufig vor. Warum sollten Sie das wissen? Nun, weil der Schmitt-Trigger eine Komparatorschaltung mit Hysterese ist.
Was ist ein Schmitt-Trigger?
Un Schmitt-Trigger, auf Spanisch auch Schmitt-Trigger genannt, ist eine elektronische Komparatorschaltung, die ein analoges Eingangssignal in ein digitales Ausgangssignal umwandelt. Dies geschieht durch die Anwendung einer positiven Rückkopplung, um einen hysteretischen Schaltpunkt zu erzeugen, was bedeutet, dass der Schwellenwert für das Umschalten zwischen den logischen „High“- und „Low“-Zuständen für den Anstieg und Abfall des Eingangssignals unterschiedlich ist. Dieses Hystereseverhalten verhindert unerwünschte Schwankungen und bietet einen Toleranzspielraum für verrauschte oder jitternde Eingangssignale.
Das Design wurde zum ersten Mal erstellt Otto H. Schmitt im Jahr 1934, daher der Name. Seitdem wird dieses elektronische Bauteil in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie wir später sehen werden. Darüber hinaus sollten Sie wissen, dass es normalerweise in einem integrierten Schaltkreis oder Chip, normalerweise DIP, gekapselt ist und üblicherweise aus einem besteht Operationsverstärker (Op-Amp) Bei positiver Rückkopplung über Widerstände sind ein nichtinvertierender (+) Eingang und ein invertierender (-) Eingang des Operationsverstärkers über die Widerstandskette verbunden, außerdem ist ein zusätzlicher Widerstand für die positive Rückkopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang enthalten .
Um hysterisches VerhaltenEs muss gesagt werden, dass der Ausgang des Schmitt-Triggers auf „High“ wechselt, wenn das Eingangssignal einen bestimmten oberen Schwellenwert überschreitet, und wenn das Eingangssignal unter einen anderen unteren Schwellenwert fällt, wechselt der Ausgang auf „Low“. Der Unterschied zwischen den beiden Schwellenwerten wird als Hysteresefenster bezeichnet und ist für das Hystereseverhalten wesentlich. Dies hat den Vorteil, dass unerwünschte schnelle Reaktionen aufgrund kleiner Schwankungen oder Rauschen im Eingangssignal vermieden werden. Daher bietet es Immunität gegen Störgeräusche.
Der Schmitt-Trigger ist gewohnt Verbesserung der Störfestigkeit in einem Stromkreis mit einer einzigen Eintrittsschwelle. In diesem Fall könnte ein verrauschtes Signal in der Nähe des Schwellenwerts aufgrund von Rauschen zu schnellen Änderungen im Ausgang führen. Da der Schmitt-Trigger über zwei Schwellenwerte verfügt, werden unerwünschte Änderungen vermieden, da ein verrauschtes Signal in der Nähe eines Schwellenwerts nur eine Änderung im Ausgang hervorruft. Um eine weitere Änderung zu bewirken, muss das Signal über den anderen Schwellenwert hinausgehen.
Un praktisches Beispiel Dabei handelt es sich um eine verstärkte Infrarot-Fotodiode, die ein Signal erzeugt, das zwischen Extremwerten wechselt. Dieses Signal wird mit einem Tiefpassfilter geglättet und der gefilterte Ausgang wird mit dem Schmitt-Trigger verbunden. Dieses Gerät stellt sicher, dass der Ausgang erst dann von niedrig auf hoch wechselt, wenn ein Infrarotsignal die Fotodiode länger als einen bekannten Zeitraum anregt. Sobald der Schmitt-Trigger hoch ist, kehrt er erst wieder auf niedrig zurück, wenn das Infrarotsignal die Fotodiode länger als einen ähnlichen bekannten Zeitraum nicht mehr anregt. Dadurch werden störende Veränderungen durch Umgebungslärm vermieden. Schmitt-Trigger kommen häufig in Schaltkreisen vor, beispielsweise in Entprellschaltern.
Wie der Schmitt-Trigger funktioniert
Schaltungen mit Hysterese basieren auf dem positives FeedbackDadurch ist es möglich, jeden aktiven Schaltkreis in einen Schmitt-Trigger umzuwandeln, indem eine positive Rückkopplung mit einer Schleifenverstärkung größer als eins angewendet wird. Bei der positiven Rückkopplung wird ein Teil der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung addiert. Diese Schaltkreise, die ein Dämpfungsglied, einen Addierer und einen als Komparator fungierenden Verstärker umfassen, können mit drei spezifischen Techniken implementiert werden.
Die ersten beiden Techniken sind versiones dual (seriell und parallel) des allgemeinen positiven Rückkopplungssystems. In diesen Konfigurationen verändert die Ausgangsspannung die effektive Differenz der Komparator-Eingangsspannung, entweder durch „Verringern des Schwellenwerts“ oder durch „Erhöhen der Eingangsspannung der Schaltung“. Diese Konfigurationen integrieren die Schwellenwert- und Speichereigenschaften in einem einzigen Element. Stattdessen trennt die dritte Technik Schwellenwert- und Speichereigenschaften und bietet so eine größere Flexibilität bei der Schaltungsimplementierung.
Dienstprogramme und Anwendungen
Schmitt-Trigger können je nach Konfiguration für mehrere praktische Anwendungen eingesetzt werden, zum Beispiel:
- Analog-Digital-Umwandlung- Bei dieser Komponente handelt es sich praktisch um einen Einzelbit-Analog-Digital-Wandler. Wenn das Signal einen bestimmten Pegel erreicht, wechselt es von seinem niedrigen in einen hohen Zustand.
- Füllstandserkennung- ist in der Lage, eine Füllstandserkennung durchzuführen. Bei dieser Anwendung muss die Hysteresespannung berücksichtigt werden, damit sich der Stromkreis um die erforderliche Spannung ändert.
- Leitungsempfang- Wenn eine Datenleitung, die möglicherweise Rauschen aufgenommen hat, zu einem Logikgatter geführt wird, muss sichergestellt werden, dass sich ein Logikausgangspegel nur ändert, wenn sich die Informationen ändern, und nicht aufgrund der Aufnahme von Störrauschen. Durch die Verwendung eines Schmitt-Triggers kann das Spitze-zu-Spitze-Rauschen den Hysteresepegel erreichen, bevor es zu einer Fehlauslösung kommen kann.
Als spezifischere Fälle können Sie sie in Schaltkreisen sehen, in denen Sie Sprünge in mechanischen Tasten beseitigen möchten, in Rechteckwellengeneratoren, in Pegeldetektoren, in Schaltungen zum Schutz vor Datenleitungsrauschen, Impulsgeneratoren und den berühmten Wandlern. ADC.
Verwendung als Oszillator
Ein Schmitt-Trigger ist ein bistabiler Multivibrator kann verwendet werden, um einen anderen Typ von Multivibrator zu implementieren, der Relaxationsoszillator. Dies wird erreicht, indem eine einzelne RC-Integratorschaltung zwischen Ausgang und Eingang eines invertierten Schmitt-Triggers geschaltet wird. Der Ausgang ist eine kontinuierliche Rechteckwelle, deren Frequenz von den Werten von R und C sowie den Schwellenwerten des Schmitt-Triggers abhängt. Da ein einzelner IC mehrere Schmitt-Trigger bereitstellen kann (das CMOS-Gerät der Serie 4000 vom Typ 40106 enthält beispielsweise sechs davon), kann ein zusätzlicher Abschnitt des IC schnell als einfacher und zuverlässiger Oszillator mit nur zwei externen Komponenten verwendet werden.
In diesem Fall wird ein komparatorbasierter Schmitt-Trigger in seiner invertierten Konfiguration verwendet. Zusätzlich wird mit einem RC-Integrationsnetzwerk eine langsame negative Rückkopplung hinzugefügt. Das Ergebnis ist das Die Ausgabe reicht automatisch von VSS bis VDD wenn sich der Kondensator von einer Schwelle des Schmitt-Triggers zur anderen auflädt.
Pinbelegung
Sie müssen bedenken, dass gemäß der Pinbelegungsmodell Es kann sich ändern, daher empfehle ich Ihnen, immer das Datenblatt des Herstellers zu lesen, das dem von Ihnen gekauften Modell entspricht. Als Beispiel haben wir hier jedoch einen 74LS14 TTL-Chip mit 6 Triggern im Inneren. Daher haben wir einen DIP-Pin für die Vcc-Stromversorgung und einen anderen für Masse oder GND. Auf diese Weise werden alle Trigger mit Strom versorgt, und dann kommt es darauf an, den für Sie passenden Ein- und Ausgang zu verwenden.
Wo zu kaufen
Zum Schluss, wenn Sie wollen Kaufen Sie einen dieser Schmitt-Trigger, Sie finden sie im Fachhandel oder auf Online-Verkaufsplattformen wie Amazon: