Триггер шмидта как работает – Электронное ТЕРМОРЕЛЕ на триггере Шмидта. Особенности работы термореле и его применения.

Триггер Шмитта. Схема, принцип работы

Триггер Шмитта. Схема, принцип работы

Триггером Шмитта называется схема (рис. 1), в которой оба каскада соединены ветвью, в которой происходят суммирование сиг­налов из двух каскадов и обратная подача этих сигналов на выходы

Такое решение используется в мультивибраторах с общим эмиттерным резистором. Для каждого из каскадов на этом резисторе возни­кает ООС, одновременно образуется ПОС, так как часть выходного напряжения второго каскада через этот резистор подводится к пер­вому каскаду. Отрицательная обратная связь стабилизирует рабо­чую точку, а, кроме того, при соответствующем подборе элементов цепи (например, при большом сопротивлении эмиттерного резистора) может не допускать возникновения «перевозбуждения» в схеме. При этом схема работает без захода в область насыщения, благодаря чему получают импульсы с крутыми фронтами и малой временной задержкой, называемой гистерезисом по отношению к запускающим импульсам. Связь с выхода первого каскада на вход второго осу­ществляет резистор или диод. Это связь по постоянному току. Триг­геры Шмитта применяют в качестве схем с одним или двумя устой­чивыми состояниями, а также для формирования прямоугольных колебаний.

Рисунок 1Схема триггера Шмитта и формы управляющего и вы­ходного напряжения

Достоинство схемы заключается, в частности, в том, что вход схемы не охвачен петлей ОС и поэтому на входе отсутствуют сигналы, генерируемые схемой. Кроме того, выход схемы хорошо развязан от входа.

Работа схемы протекает следующим образом. Если напряжение на входе (управ­ляющее напряжение) равно нулю, транзистор Т1 заперт. В это время проводит транзистор Т2, так как на него поступает соответствующее смещение с делителя Rk,R1,R2. Делитель, смещающий транзистор Т2 (в основном Rk), подобран таким образом, чтобы транзистор Т2 не работал в режиме насыщения Протекающий через транзистор Т2 ток создает падение напряжения на эмиттерном резисторе Rэ, а это в свою очередь вызывает еще более глубокое запирание тран­зистора Т1. Увеличение входного напряжения выше определенного уровня вызывает отпирание транзистора Т1 и быстрый переход схе­мы в другое состояние. В этом состоянии напряжение на коллекторе транзистора Т1 убывает и, следовательно, уменьшается напряжение на базе транзистора Т2 и он закрывается. Триггер остается в этом состоянии до тех пор, пока входной сигнал выше порогового уровня. Выходное напряжение в этом состоянии достигает своего максималь­ного значения. Если управляющее транзистором Т1 напряжение уменьшается ниже порогового уровня, наступает рост напряжения на коллекторе транзистора Т1, а следовательно, увеличение напря­жения на базе транзистора Т2, так что транзистор Т2 начинает про­водить ток и происходит переброс схемы в первое состояние.

Из приведенного описания вытекает одно из типичных приме­нений триггера Шмитта − использование его в качестве генератора прямоугольных колебаний. Триггер Шмитта применяется также в качестве амплитудного дискриминатора или порогового детектора.

Принцип работы триггера

Триггерами называют устройства, имеющие два устой­чивых состояния, у которых переход из одного состояния в другое происходит вследствие регенеративного процесса.

Под регенеративным процессом обычно понимают переходный процесс в электрической цепи охваченной поло­жительной ОС с петлевым усилением Кβ> 1 в широком диапазоне частот, который характеризуется резкими изменени­ями токов и падений напряжений на элементах цепи.

Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при воздействии управляющего сигнала и со­провождается скачкообразным изменением токов и напряжений.

Рассмотрим принцип работы симметричного триггера на транзисторах п-р-п-типа, схема которого приведена на рис. Триггер представляет собой два усилителя на транзисторах VT1 и VT2. Выход каждого усилителя соединен с входом другого. Обратная связь, получаемая в результате такого соединения усилителей, является положительной.

В принципе в приведенной схеме возможно состояние электрического равновесия, при котором оба транзистора VT1 и VT2 открыты и находятся в активной области. В этом случае токи iк1 и iк2 равны между собой и падения напряжений на элементах схемы не изменяются в течение времени. Однако такое состояние является неустойчивым и любые флуктуации тока или напряжения приведут к лавинообразному процессу нарастания тока одного и убывания тока другого транзисторов. Например, увеличение коллекторного тока iк1 приведет к умень­шению коллекторного напряжения UK1 транзистора VT1. Это в свою очередь, приведет к уменьшению напряжения UК2 и тока IБ2 транзистора VT2. Последнее вызовет уменьшение IК2 и увеличение UK2, UБ1. Следовательно, произойдет даль­нейшее увеличение тока IК1. Процесс носит лавинообразный характер и продолжается до тех пор, пока не прекратится действие положительной обратной связи. Это возможно при запирании одного транзистора (например, VT2) или насыщении другого (VT1). В обоих случаях триггер будет находиться в состоянии устойчивого равновесия.

Если параметры схемы выбраны так, что когда один из транзисторов закрыт, другой открыт и насыщен, то такой триггер называют насыщенным. Если открытый транзистор находится на границе активной области и не входит в режим насыщения, то триггер называется ненасыщенным.

В одном из устойчивых состояний триггер может находиться как угодно долго до момента, пока не поступит сигнал от источника внешнего управляющего напряжения. Пусть оно вводится в цепь базы запертого коллектора VT2. Как только напряжение управляющего сигнала достигнет уровня, при котором VT2 откроется, появится коллекторный ток IК2 и уменьшится ток базы IБ1. Транзистор VT1 выйдет в активную область и будет восстановлена петля поло­жительной обратной связи. Возникающий при этом реге­неративный процесс совершенно аналогичен описанному выше. Он приведет к опрокидыванию триггера. В итоге транзистор VT1 закроется, а транзистор VT2 откроется и окажется в области насыщения. Триггер перейдет во второе устойчивое состояние. В процессе опрокидывания триггера на коллекторах транзисторов формируются положительные и отрицательные перепады токов и напряжений.

Конденсаторы С1 и С2 включены для ускорения процесса переключения и носят название ускоряющих. Они также выполняют роль элементов памяти о предыдущем состоянии триггера и обеспечивают четкость его переключения в новое состояние.

Мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Схема, принцип работы

На рис. 14.14 представлена схема мультивибратора на транзи­сторах. Как и в бистабильной ячейке, коллектор каждого транзи­стора связан с базой другого транзистора, но связь в мультивибра­торе не непосредственная, а через конденсаторы.

В отличие от триггера, мультивибратор в принципе способен самостоятельно генерировать колебания, близкие к прямоуголь­ным. Следовательно, он является автогенератором колебаний пря­моугольной формы.

В отличие от -генераторов синусоидальных колебаний, в мультивибраторах применяется очень сильная положительная об­ратная связь, в результате чего транзисторы поочередно входят то в режим насыщения, то в режим отсечки. Возможно также и дли­тельное устойчивое состояние, когда оба транзистора находятся в насыщении. При этом для возникновения колебаний необходим импульс, запирающий один из транзисторов. Следовательно, в мультивибраторе возможен жесткий режим возникновения коле­баний.

Мультивибратор бывает как симметричным, так и несимметрич­ным. У симметричного мультивибратора коллекторные сопротивле­ния в обоих плечах одинаковы, одинаковы также базовые со­противления и емкости. Для простоты рассмотрим работу сим­метричного мультивибратора.

Если транзистор VT1 открыт и находится в режиме насыще­ния, то в это же время транзистор VT2 заперт. При этом правая обкладка конденсатора Сб1 соединена через Rk2 с источником питания, а левая соединена с базой транзистора VT1. Протекаю­щий зарядный ток поддерживает потенциал базы транзистора VT1 на уровне, близком к uбэ = 0,8 В, вполне достаточном, чтобы VT1 находился в режиме насыщения. Напряжение база — эмиттер не может стать заметно большим этого напряжения из-за ограни­чивающего действия экспоненциальной входной характеристики транзистора и ограничения тока резистором RK2. Конденсатор за­ряжается до напряжения uпuбэ1, где uбэ1 = 0,8 В. После оконча­ния заряда конденсатора Сб1 напряжение uбэ1 остается примерно таким же и поддерживается за счет тока через Rб1.

Во время и после окончания заряда конденсатора Сб1 транзи­стор VT2 остается запертым напряжением на конденсаторе Сб2, зарядившемся в предыдущий полупериод. В самом деле, если Сб2 зарядился до напряжения uпuбэ2, то все это напряжение при­ложено между базой и эмиттером VT2, так как потенциал левой обкладки конденсатора, равный напряжению коллектор — эмиттер, насыщенного транзистора VT1, очень близок к нулю.

Чтобы транзистор VT2 открылся, необходимо, чтобы конден­сатор Сб2 не только полностью разрядился, но и частично пере­зарядился до напряжения uбэ2 ≈ 0.6 В, при котором VT2 стано­вится проводящим. Как только транзистор VT2 начинает прово­дить, его коллекторный потенциал падает, что через конденсатор Cб1 передается на базу VT1. Последний переходит в активный режим. Возникающий при этом регенеративный процесс быстро переключает схему из одного квазиустойчивого состояния в дру­гое, при котором VT1 находится в режиме отсечки, a VT2 − в режиме насыщения.

На рис. 14.15 приведены зависимости коллекторного тока и напряжений на коллекторе и базе транзистора VT1. Аналогичные зависимости для транзистора VT2 имеют такой же вид, но сдви­нуты по фазе на половину периода.

При заряде конденсатора

При разряде конденсатора

Постоянная времени разряда должна быть не менее чем на порядок больше постоянной времени заряда. Это необходимо для того, чтобы один из конденсаторов Сб полностью зарядился (за время, равное нескольким постоянным времени заряда), пока дру­гой конденсатор разряжается и держит запертым «свой» транзи­стор.

Транзистор отпирается, когда uC(t) ≈ 0.6 В. Следовательно, по­лупериод прямоугольного колебания, генерируемого симметрич­ным мультивибратором, можно найти из равенства:

Отсюда:

Пренебрегая напряжением 0.6 В по сравнению с напряжением UП, получаем:

Данное выражение выведено в предположении мгновенности переключения транзисторов и не учитывает времени на рассасы­вание зарядов, накопленных в базе.

Из описания работы следует, что каждый из конденсаторов в процессе работы изменяет поляр­ность напряжения. На схеме же (см. рис. 14.14) указана вполне определенная полярность напря­жений на обкладках конденсато­ров по двум причинам:


  1. боль­шую часть времени конденсаторы заряжены как показано на схе­ме;

  2. указанная полярность является условно положительной.

flatik.ru

Принцип работы триггера Шмитта на ОУ

Триггер Шмитта —  это компонент электронного устройства, функция  которого  является формирование постоянно изменяющегося сигнала на входе в серию прямоугольных импульсов на выходе. Применяется  в аналого-цифровых преобразователях, фильтрах, линиях связи.

Триггер Шмитта имеет свое отличие от других видов триггеров тем, что он имеет единственный вход и один выход и не имеет свойства памяти. Триггер Шмитта состоит из двух инверторов, имеющих положительно-обратную связь (ПОС), в результате чего состояние выхода триггера может меняться лавинообразно.

Описание работы схемы

Триггер Шмитта  это компаратор, имеющий ПОС.  В данной схеме доля выходного электрического сигнала ОУ поступает на прямой вход и устанавливает уровень, при котором схема будет переключаться.

Принципиальная схема работы триггера Шмитта на ОУ изображена ниже.

ОУ подключен к двухполярному блоку питания на 5 вольт. На инверсный вход DA1 поступает синусоидный  сигнал равный амплитуде 2 В. Сопротивления R1 и R2 имеют значения 25 кОм и 10 кОм. Напряжение на прямом выводе DA1 поступает с делителя напряжения построенного на резисторах R1 и R2, который подключен к выходу ОУ.  Формула расчета для определения напряжения насыщения:

  1. Uвх1 = +U*R2/(R1+R2) = 3,5*10/35 = 1 В
  2. Uвх1 = -U*R2/(R1+R2) = -3,5*10/35 = -1 В 

Когда на выходе ОУ напряжение с положительным потенциалом насыщения – на прямом входе напряжение равно  1 вольту. Предположим, входной электрический сигнал постепенно увеличивается с нуля. Пока потенциал входного сигнала не превышает напряжения на прямом входе – схема находится в стабильном состоянии. Чуть только входной электрический сигнал превзойдет величину в  1 вольт, напряжение на входе ОУ сменит свою полярность на отрицательное напряжение  насыщения. Это поменяет напряжение на прямом входе ОУ, и оно будет равно -1 вольт.

Входной электрический сигнал постепенно будет увеличиваться до максимума, а затем начнет уменьшаться. После того как амплитуда сигнала на входе станет менее 1 вольта, то на выходе ОУ будет так же отрицательный потенциал насыщения. Как только сигнал на входе пройдет величину -1В, напряжение на выходе   поменяется и будет равным положительному потенциалу насыщения.

На графике можно наблюдать зависимость выходного напряжения триггера Шмитта от входного.

В результате такой работы схемы шумы входного сигнала не будут влиять на выходной сигнал.

www.joyta.ru

Триггер Шмитта в электронике

Триггеры часто можно встретить в электронных схемах. Они участвуют в работе многих узлов, выполняя самые разнообразные задачи, или могут быть реализованы на разных элементах, но принцип их работы остается прежним. Частным случаем является так называемый триггер Шмитта, хорошо зарекомендовавший себя в работе. Эта полезная модификация первоначальной схемы в короткое время приобрела огромную популярность среди проектировщиков.

Существуют самые разные варианты реализации этой идеи: триггер на транзисторах, операционных усилителях, цифровых микросхемах и т.д. В качестве примера можно рассмотреть цифровой триггер Шмитта, принцип работы которого поможет нам в общих чертах разобраться с этим устройством. Предположим, что у нас разработана схема, которая имеет два входа и два выхода. При комбинации входных сигналов 0-1 или 1-0 состояние выхода изменится. При всех остальных вариантах такое устройство будет помнить свое первоначальное состояние. Казалось бы, причем здесь триггер Шмитта и в чем состоит его идея?

После изобретения компаратора, устройства с ограничением входного сигнала и бесконечным коэффициентом, и появилась идея создать небольшие устройства, которые были бы в состоянии запоминать первоначальную комбинацию. Первым был собран триггер Шмитта на компараторе. Большим недостатком такой схемы считался дрейф сигнала в районе срабатывания самого триггера. Этот недостаток и был устранен Шмиттом после введения гистерезиса в работу схемы. В этом случае при превышении определенного уровня срабатывания устройства оно переключалось, а вот вернуться в первоначальное состояние можно было только при условии обратного переключения. Иными словами, введение гистерезиса в работу схемы привело к ее устойчивой работе. Прекратился “дребезг” на выходе, оно стало инерционным и в связи с этим надежным в эксплуатации. Такое устройство получило название триггер Шмитта и носит имя своего создателя.

Работа цифрового устройства, описанного выше, полностью отвечает этим требованиям. У него есть определенный порог срабатывания. Есть уровни по напряжению для каждого из состояний — “ноль” и “единица”. Это и есть идеальный триггер Шмитта. Если ввести небольшую задержку на переключение, то можно избавиться от большинства помех, часто возникающих при работе многих устройств.

Область применения таких устройств достаточно обширна: они следят за состоянием датчиков, используются в охранной сигнализации, автоматизированных системах на производстве, при работе схем электроники самого различного назначения. Наверное, многие из нас включали игровые автоматы с помощью жетонов? Для предотвращения дребезга контактов микропереключателя при прохождении жетона через монетоприемник в схеме установлен триггер Шмитта. Он и обеспечивает стабильную работу всего игрового автомата.

С развитием элементной базы и технологии изготовления электронных устройств наблюдается устойчивая тенденция к миниатюризации триггеров и улучшению их эксплуатационных характеристик.

fb.ru

Электронное ТЕРМОРЕЛЕ на триггере Шмидта. Особенности работы термореле и его применения.

Устройства на основе триггера Шмидта (другое написание – Шмитта, Шмита…) достаточно популярны у любителей самодельной электроники благодаря простоте и надежности. Триггер Шмидта работает как «триггер-защелка», имея всего один вход управления, на который подается управляющее напряжение. При его определенном уровне триггер переключается в противоположное состояние практически скачкообразно. Поэтому такой триггер удобно использовать для устранения дребезга контактов и в простейших устройствах автоматики.

Работа триггера Шмидта.

Если немного перерисовать схему и сделать резистор обратной связи в триггере «основной» фигурой, а также показать внутренний выходной каскад микросхемы, то становится очевидным и принцип работы триггера и способы его настройки.

Как видно, выходной каскад микросхемы представляет собой электронный ключ – транзистор, подтянутый на напряжение питания через резистор. Выход с коллектора транзистора через резистор обратной связи подключен ко входу триггера. Напряжение на входе задается как правило каким либо делителем напряжения (в нашем случае – парой резисторов, один из которых терморезистор).

Если транзистор открыт, и на выходе – логический «0», то его сопротивление составляет всего несколько десятков Ом, и получается, что резистор обратной связи R2 подключен параллельно резистору R3. А поскольку при параллельном подключении сопротивление уменьшается, то делитель еще больше снижает напряжение на входе схемы.

А если напряжение на делителе начнет повышаться (например при нагреве терморезистора), то в какой-то момент триггер переключится в состояние «1». При этом транзистор закроется, его сопротивление возрастет до нескольких мегОм, и резистор R2 вместе с резистором R1 окажется подключенным параллельно терморезистору. Что уменьшит сопротивление этого плеча делителя на входе.

Именно поэтому триггер Шмидта имеет значительный гистерезис, т.е. разницу напряжений, переключающих его из одного состояния в другое. Все это значительно осложняет применение этой схемы в качестве термореле, особенно при невысоких температурах, так как разница температур включения и выключения составляет несколько градусов как минимум. Следить с помощью такого реле за температурой в аквариуме довольно проблематично.

Однако существует масса вариантов применения такого «неточного» термореле. Например, следить за температурой в бойлере с горячей водой, радиатора охлаждения, и т.п. Т.е. там, где разница в 5 и даже 10 градусов не играет большой роли. Излишняя точность тоже иногда вредит, так как в случае очень «отзывчивого» исполнительного элемента (нагревателя или охладителя) все приходит в состояние автоколебания.

Схема термореле на микросхеме К561ЛА7 триггере Шмидта приведена на рисунке.

Первые два элемента «2И-НЕ» микросхемы представляют собой классический триггер. Резистор обратной связи R3 задает величину гистерезиса (при данном значении элементов она составляет около 5 градусов Цельсия). Если очень важно уменьшить или увеличить гистерезис, вместо него лучше включить цепочку из постоянного резистора на 100 кОм и подстроечного резистора 1-2 Мом. Резистор R1 — терморезистор (при нагреве уменьшает свое сопротивление). Резистор R2 переменный или подстроечный, устанавливает порог включения (или отключения). Схема работает как описано выше.

Как показывает практика, основная проблема в работе термореле — это помехи по питанию и наводки на кабель с термодатчиком. Именно они приводят к неустойчивому срабатыванию термореле и дребезгу в реле.

Поэтому для устранения этого явления в схему введен модуль задержки срабатывания и низкочастотный фильтр на конденсаторе С1. Задача модуля задержки – устроить запаздывание срабатывания реле на несколько секунд, когда закончатся все переходные процессы в триггере. Для пользователя эта задержка совершенно незаметна, но она значительно улучшает устойчивость схемы к помехам. Так же будет весьма полезно зашунтировать питание микросхемы конденсатором 0,01-0,1 мкФ, разместив его как можно ближе к ножкам питания (обычно его размещают непосредственно над микросхемой).

Особенно тщательно следует отнестись к источнику питания. Сейчас в основном все они импульсные и имеют много высокочастотных гармоник на выходе. Поэтому запитывать реле можно непосредственно от них, а вот саму схему и делитель напряжения с терморезистором — лучше через НЧ-фильтр (резистор 100-200 ом и конденсатор от 10 мкф), и стабилизированным напряжением.

Печатная плата термореле изображена на рисунке. Вид со стороны дорожек, элементы изображены зеркально. При изготовлении платы методом ЛУТ добейтесь масштабированием, что бы расстояние между ножками микросхемы составляло 2,54 мм. Место для терморезистора, резистора-регулятора, реле и стабилизатора на плате не предусмотрено, так как автор использовал готовые модули конвертера напряжения и блока реле.

Константин Тимошенко © 30.11.2013

Задать вопросы и обсудить другие варианты схемы термореле вы можете на форуме сайта –

www.delaysam.ru

мир электроники — Триггер Шмитта

Электронные устройства 

 материалы в категории

Триггер Шмитта (говорить Шмидта и Шмита не корректно)- это особый вид триггера который так же имеет два устойчивых состояния (логический ноль или логическая единица), но работает несколько иначе- переключение триггера Шмитта происходит лишь при определенной амплитуде входного сигнала и удержание триггера в устойчивом состоянии возможно лишь пока уровень входного сигнала выше порога срабатывания триггера.

В общем триггер Шмитта это некое пороговое устройство: когда сигнал на входе достиг порогового значения он открывается и будет держаться в открытом состоянии пока уровень входного сигнала не упадет ниже порога срабатывания.

Область применения триггеров Шмитта:
1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой. В случаях когда требуется получить из аналогового сигнала прямоугольные импульсы/
2. В качестве дискриминаторов- когда необходимо отделить сигналы с разной амплитудой. Используется несколько триггеров Шмитта с разным порогом срабатывания.
3. В качестве компаратора- сравнивающего устройства.

Триггер Шмитта на транзисторах

А теперь давайте рассмотрим как работает триггер Шмита на транзисторах.
Схема триггера Шмитта на транзисторах на рисунке ниже:

При нулевом напряжении на входе транзистор T1 заперт а транзистор T2, наоборот- в открытом состоянии (на его базе присутствует напряжение смещения через резисторы Rc1, R1 и R2. Напряжение на выходе Vout будет практически уравновешено между питающими потенциалами и будет соответствовать логическому «нулю»

Если на вход Vin начать подавать аналоговый сигнал то по достижении порога открытия транзистора T1(а этот порог можно менять базовым смещением, которое на рисунке не указано) он начнет открываться, забирая тем самым ток с базы транзистора T2.
Транзистор T2 начнет запираться и следовательно будет уменьшаться и напряжение на резисторе Re, что приведет к увеличению скорости отпирания транзистора T1.
Таким образом переключение транзисторов в триггере произойдет практически мгновенно, транзистор T2 закроется и на выходе Vout будет присутствовать логическая «единица».

При падении сигнала на входе Vin все произойдет наоборот: транзистор T1 начнет запираться, ток базы транзистора T2 начнет увеличиваться, он будет открываться и потенциал на общем резисторе Re начнет повышаться. Увеличение этого потенциала приведет к ускорению запирания транзистора T1.

Смотрим также:
Расчет триггера Шмитта

 

radio-uchebnik.ru

Триггеры на транзисторах (Шмитта) и реле (на логических элементах)

Что означает часто встречаемое в электронике название «триггер»? В Википедии есть около семи-восьми определений, многообразие которых обусловлено множеством назначений элемента. Пользуясь простым и доступным языком, сложный физический термин объяснить можно следующим образом. Триггером называют устройство с функциональной способностью быстро возвращаться в одно из двух своих стабильных состояний.

Функциональная схема

Иными словами, так называются устройства, находящиеся в состоянии или нуля, или единицы. В статье будут рассмотрены виды триггеров, работающих на транзисторах, реле и микросхеме.

Для информации. Trigger – это ячейка памяти размером всего в один бит. Если на вход устройства подать сигнал, то оно запомнит его. В дальнейшем этот сигнал используется и считывается.

Триггерные схемы

На транзисторах

Триггер Шмитта на транзисторах включает в себя в числе основных элементов два зеркально отраженных транзистора маломощной структуры NPN. Для зарядки полупроводниковых компонентов, согласно приведённой схеме, на вход подается напряжение порядка 16 В. В качестве коллекторных нагрузок применяют резисторы, база каждого из которых подключена через точку коллектора другого транзистора. Ввиду этого каскадная схема своеобразного подключения имеет вид крестообразного переплетения.

Транзисторы NPN и PNP

Главной особенностью триггера на транзисторах является то, что при подаче питания в нужный момент один из транзисторов открывается, а другой –закрывается. Схема с зеркальным отражением построена так, что одно плечо в точности повторяет другое. Обе части полноправные и равноценные. Принцип действия следующий: если на одном выходе будет напряжение, на втором выходе обязательно будет ноль.

Важно! Для того чтобы переключить состояние, нужно кратковременно замкнуть базу одного из транзисторов на массу. При этом устройство моментально переключится в другой режим.

Trigger на микросхеме

На микросхеме

Trigger на микросхемах – это устройство с расширенной входной логикой. К достоинствам блок-схемы можно также отнести управление памятью, возможность принудительного сброса и возвращения в исходное состояние.

В блок-схемах, собранных не на транзисторах, а на микросхеме, элемент триггера обозначают так, как показано на картинке:

  • Т – это trigger с двумя выходами;
  • два входа (R и S).

Графическое обозначение

Полый кружочек означает, что выход инверсный (противоположный другому выходу). Если на одном выходе «1», то на втором обязательно будет «0».

На реле

Несмотря на быстрый темп развития микроэлектроники, схемы с реле не теряют своей актуальности. Применение триггеров вместе с реле позволяет осуществлять логические операции для управления, как электроникой, так и электромагнитной техникой. Достичь высокой результативности получается благодаря простоте устройства, надежности действия, хорошему уровню электрических развязок, охватывающих входы и выходы на блок-схемах.

Электромагнитное реле работают на больших токах, что обеспечивает надежное срабатывание функциональных элементов схемы по сравнению с полупроводниковой и ламповой электроникой. Такой тип схемы часто используют в пусковом устройстве асинхронного электродвигателя. Это отличный вариант для автопереключений в схемах электроснабжения с АВР для жилищных и административных зданий.

Триггер на реле

Триггер Шмитта

Trigger Шмидта – двухпозиционный элемент с функцией переключения. Устройство представляет собой схему, которая формирует выходной сигнал в прямоугольные импульсы определенной скважности – четкие нули и единицы. Он может быть реализован на различных устройствах, однако чаще всего его моделируют следующие.

На операционном усилителе

Схемы с триггером Шмитта обеспечивают гистерезис. Положительная обратная связь вводится путем добавления в состав выходного напряжения к входному напряжению. Концепция заключается в том, что вместо одного порога для включения и выключения у устройства есть верхний и нижний порог.

Устройство обычно применяется для удаления сигнальных помех в цепях цифровых схем, особенно вызываемых механическими контактами в переключателях.

Для информации. Изначальная функция триггера Шмитта заключается в конвертации синусоидной волны с помехами на входе в чистые квадратные волны на выходе. Устройства могут быть построены с использованием транзисторов или компаратора путем добавления резисторов и положительной обратной связи.

На логических элементах

Триггером Шмитта на логических элементах называется электронное устройство, реализованное на двух аналоговых инвертирующих усилителях. Логические инверторы с последовательным подключением представляют собой аналоговый однопороговый компаратор, порог переключения которого равен примерно половине напряжения на входе системы.

Для информации. Trigger Шмитта – это своего рода компаратор, характеристика которого имеет вид петли Гистерезиса. Его также называют регенеративным компаратором, потому что он помнит свое прежнее состояние.

Преимущества применения

Trigger Шмитта используется в основном для преобразования очень медленно меняющегося входного напряжения. При этом резкий переход от одного уровня выходного напряжения к другому происходит при заданном значении входного сигнала.

Принцип работы триггера на транзисторах

Область применения:

  • счетчики;
  • разновидности преобразователей;
  • формирователи импульсов;
  • другие устройства с функциональной памятью.

Для информации. Приведение в действие или запуск электронных устройств осуществляют элементы, построенные на логике, – это триггеры.

Схема с реверсивным триггером имеет многочисленные приложения в области электронной обработки данных и связанных с ней сферах применения. Особенно они полезны в электронных счетно-вычислительных машинах. Схема с реверсивным триггером делает возможным значительно упростить проводку и тем самым влияет на снижение потребности в энергии, пространстве и излучении тепла в используемом оборудовании. Эти преимущества в совокупности оказывают очень существенное влияние на снижение стоимости оборудования.

Триггерная схема логики

Основное назначение триггеров Шмитта заключается в выявлении и реагировании на сигнал, который имеет большие колебания по амплитуде. Trigger – это, по сути, простое средство, с помощью которого пусковым путем можно управлять любым оборудованием.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

3.4. 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.
Появление таких микросхем связано в
первую очередь с необходимостью
восстановления формы цифровых сигналов,
искаженных в результате прохождения
по линиям связи. Фронты таких сигналов
оказываются пологими, в результате чего
форма сигналов 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.

На
первом и втором уровнях представления
(логическая модель и модель с временными
задержками) триггеры Шмитта представляют
собой обычные логические элементы,
которые с определенной задержкой
распространения выполняют логическую
функцию над входными цифровыми сигналами.
Но на третьем уровне представления их
отличие от обычных логических элементов
очень существенно.

Рис.
4.9.
 
Передаточные характеристики обычного
инвертора и триггера Шмитта с инверсией

Если
построить график зависимости выходного
напряжения элемента от входного
(передаточную характеристику), то для
триггера Шмитта он будет гораздо сложнее,
чем для обычного элемента (рис.
4.9)
.

В
случае обычного элемента с инверсией
(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) принципиально как раз направление
изменения сигнала. При возрастании
входного сигнала от нуля до напряжения
питания порог срабатывания будет одним
(Uпор1),
а при уменьшении сигнала от напряжения
питания до нуля — другим (Uпор2),
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.
4.10

показано, как будет реагировать на
сигнал с пологими фронтами и с шумами
обычный инвертор и триггер Шмитта с
инверсией.

Рис.
4.10.
 
Реакция на искаженный входной сигнал
инвертора (слева) и триггера Шмитта с
инверсией (справа)

В
стандартные серии цифровых микросхем
входят триггеры Шмитта, представляющие
собой инверторы (ТЛ2 — 6 инверторов),
элементы 2И-НЕ (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.
4.11)
.

Наиболее
распространенное применение триггеров
Шмитта — это формирователь сигнала
начального сброса по включению 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.

Рис.
4.11.
 
Триггеры Шмитта

Рис.
4.12.
 
Формирователь импульса начальной
установки по включению питания

Для
формирования сигнала начального сброса
используется простая 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.
4.12)
.
Использовать для этого обычный инвертор
не рекомендуется.

Точно
так же триггеры Шмитта рекомендуется
применять во всех случаях, когда с
помощью емкости формируется сигнал с
пологими, затянутыми фронтами. В отличие
от обычных логических элементов, триггеры
Шмитта всегда обеспечивают надежную и
стабильную работу. Правда, надо учитывать,
что триггеры Шмитта имеют несколько
большую задержку, чем обычные логические
элементы.

Еще
одно применение использование триггера
Шмитта

состоит в построении генераторов
импульсов. В отличие от генераторов на
обычных инверторах, в данном случае
схема получается гораздо проще: достаточно
всего лишь одного инвертирующего
триггера Шмитта, одного резистора
(порядка сотен Ом) и одного конденсатора
(рис.
4.13)
.
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.

Рис.
4.13.
 
Управляемый генератор на триггере
Шмитта

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.
4.14

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.
4.14.
 
Триггер Шмитта, построенный на обычных
логических элементах

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

Наконец,
последнее применение триггеров Шмитта,
которое мы здесь рассмотрим, 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.
4.15)
.

Рис.
4.15.
 
Триггер Шмитта, построенный на обычных
логических элементах

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 килоОм.
Емкость конденсатора может выбираться
в широком диапазоне и зависит от того,
какова продолжительность дребезга
контактов конкретного тумблера.

studfiles.net