Если вы слышали про триггер на транзисторах, он относится к большой семье состоящей из схем и имеет название изобретателя Шмитта, который сделал расчет и сконструировал устройство, а в дальнейшем создал схемы разной проводимости для электронных моделей. В этой статье мы узнаем не только, что такое триггер шмитта на логических элементах, но и поймем принцип работы микросхем.
Что такое триггер Шмитта
Схема на электронном устройстве, которая может за короткий промежуток времени переходить из одного состояния в другое благодаря внешним воздействиям. Для того чтобы понять как работает триггер шмидта необходимо направить на микросхему нарастающий сигнал. Его колебания могут быть быстрыми или слабыми, это зависит от первоначальной настройки прибора. Определенный сигнал поступает на вход и начинает свои колебания от низких, до высоких пределов и далее он попадает на выход. В это время наблюдается переключение от 0 до 1. Для чайников простейшим примером является тумблер двухпозиционный. Во время перемещения рычага происходит соединение выступов и цифровая схема включается в работу от 1 до 0.
Сигнал который поступает на вход сохраняет свое значение до тех пор, пока не начнут происходить изменения с триггере. Очень часто этот метод применяется в устранении возможных помех и удалении шума. Главной функцией этого процесса является удаление помех в волне и предотвращение колебания, которое может образоваться в процессе входных изменений. Инвертирующий триггер шмитта помогает упростить в схемах уровни сигналов и избавит от мерцания в момент включения или выключения светодиодов.
Принцип работы
Микросхема будет работать более эффективно, если есть возможность снизить шум и это позволит более точному взаимодействию аналоговой и цифровой среде. Рассматривая триггер шмитта на транзисторах можно отметить что в устройстве есть один вход и выход, которые имеют два состояния: 0 на выходе или 1, а на вход поступает уже аналоговый сигнал сложной формы. Когда подходит порог от сигнала, триггер производит переключение из одного состояния в другое. Это будет зависеть только от текущего состояния триггера.
Практические испытания будут выглядеть следующим образом:
- на входе состояние 0;
- начинается плавное поднятие напряжения;
- при достижении максимального порога триггер самостоятельно переключится в другое состояние.
Чтобы состояние схемы приняло прежнее положение необходимо уменьшать напряжение на входе до самого низкого порога. Только после этого он скачкообразно переходит в первоначальное состояние. У каждой схемы существует свой предел колебания и срабатывания порогов напряжения.
Существуют различные варианты изготовления: интегральный, дискретный, экспериментальный.
Схемы триггеров Шмитта
С одной стороны это изобретение считается простейшим. Оно имеет только два положения для входа сигнала и после достижения этим импульсом максимального значения происходит резкий скачек, который перебрасывает одно состояние в другое. В каждом приборе эти процессы отличаются от настраиваемой скорости.
У триггера имеется собственная память даже в самых простых схемах и узлах. Она выстроена как определенный алгоритмический процесс. Она проявляется в состоянии логического нуля или единицы. Эти значения моментально запоминаются и фиксируются триггером, а далее происходит сохранение данных при каждом изменении исходных сигналов.
Триггер шмитта на оу имеет свою схему работы, где заранее устанавливается необходимый уровень для точки переключения схемы. Чтобы начать процесс, необходимо провести подключение к двухполярному блоку питания, который имеет мощность 5 вольт. На вход идет сигнал с нуля и он начинает постепенно увеличиваться до того момента, пока не наступит предел, вся схема испытывает стабильность, но как только величина перерастает свою интенсивность, начинается смена полярности от перенасыщения напряжения. В таком случае картина примет другой уровень состояния равный единице на выходе. После этого амплитуда сигнала снова начнет меняться и на выходе произойдет замена насыщения в положительную сторону. От этого процесса шумы входного сигнала не будут влиять на выход.
Эту схему используют в логических элементах, где есть последовательное включение двух инверторов. Благодаря обратной связи между резисторами напряжение на входе быстро меняется до пороговых показателей. Наличие двух порогов именуется гистерезисом. Между ними устанавливается обратная связь, которая позволяет определить точку насыщения и менять напряжение. Разница между уровнями является гистерезисом и чем он больше, тем схема будет более восприимчива к шуму.
Схема триггера Шмитта на транзисторах
Основной особенностью работы данной схемы, является поступление на вход сигнала, который начинает возрастать достигая верхнего порога, чтобы вернуть систему в начальное состояние необходимо уменьшить сигнал ниже нижнего порога. Даже при колебаниях и резких скачках шум не влияет на систему и его работу. Каждый проект для устройств индивидуален и у них устанавливаются индивидуальные пороги. Напряжение которое поступает на вход у каждой микросхемы имеет свое насыщение и достигнув высокого уровня на входе, подача отключается и от этого наблюдается снижение почти до 0. Такой вариант работы помогает предотвратить одновременное возникновение нескольких переключений на входе.
Самая простая схема — поэкспериментировать на транзисторах. По описанию процесса мы можем наблюдать, что при вращении ручки резистора на вход поступает сигнал, его можно регулировать и подавать разное напряжение. Для наглядной работы триггера в общую цепь подключается светодиод, который начинает гореть в том случае, когда происходит открытие транзистора. Если сигнал не поступает, то транзистор закрыт, это состояние является исходным.
Если мы начинаем поднимать напряжение на входе, которое было на нуле, его показатели начнут расти и он открывается, коллектор в этом случае покажет высокий уровень подачи. А светодиод резко погаснет. Благодаря дополнительному резистору возникнет гистерезис, он отдаст положительную обратную связь.
Пороги срабатывания можно подбирать самостоятельно, это зависит от номинала резисторов которые будут устанавливаться в общую схему.
Улучшения схемы
Универсальные схемы можно улучшать путем установки дополнительного конденсатора, он выполняет в общей системе функцию ускорения.
Если триггер на данный момент испытывает стабильное состояние, то в этом случае конденсатор находится в покое и при постоянном напряжении он не оказывает никакого влияния на ток. В случае резкого скачка состояние конденсатора находится на нулевом пределе и после моментальных изменений он помогает плавно устаканить базу до стабильного значения. Эта особенность позволяет быстрее переключиться транзистору. Для схем, которые планируют работать на высоких частотах эта функция играет заметную роль.
Конденсатор снижает влияние воздействия друг на друга триггеров, а если добавить буферный транзистор между ними, то он поможет снизить влияние и увеличит общую чувствительность схемы.
Расчет триггера Шмитта
Для расчета необходимо взять все исходные показатели, сюда входит амплитуда импульса на входе, также учитывается при каком напряжении начинает срабатывать триггер, далее заполняются показатели снижения напряжения, при которых система принимает первоначальное состояние, учитывают частоту импульсов и их длительность.
Перед началом работы нужно определить, какое напряжение поступает в источник питания и только после этого подбирать транзисторы. Все расчеты которые будут делать специалисты будут считаться предварительными, потому что при сбросе параметров некоторые элементы схемы могут работать с отклонениями от заданных условий. Также необходимо обязательно провести проверочный расчет уровней порога напряжения. Это важно для образования петли гистерезиса и ее нахождения в необходимых пределах.
Применение триггера Шмитта
Это открытие широко используется в электронике используется в таких устройствах, где необходимо использовать хаотичный аналоговый сигнал, который преобразуется в логических процессах где используются в работе 0 и 1. Чтобы цифровой сигнал не искажался шумами, то триггер Шмитта успешно справится со своими функциями.
Основным и универсальным примером использования считается исключение дребезга контактов. На электронной практике это выглядит следующим образом:
При нажатии кнопки происходит момент переключения, за долю секунды он возникает и развивается, в этот момент состояние выключателя должно стабилизироваться. Но не всегда схема готова распознать эти манипуляции как включение или выключение, механически могут возникнуть непредсказуемые результаты. Чтобы устранить дребезг, поможет очень простая схема основанная на принципе триггера Шмитта. Встраивается конденсатор, который выполняет функцию сглаживания пульсации и триггер делает импульс более аккуратный превращая его в прямоугольную форму.
Эта достойная схема используется в нужные моменты для того, чтобы незначительно изменять входное напряжение, а на выходе оно начинается резко принимать высокое и низкое значение порога.
Этот процесс происходит сглажено благодаря устройству обратной связи, которое помогает делить полученное напряжение.
Этот метод принес много пользы и избавляет устройства от возникновения шума. Все сигналы при входе начинают сглаживаться и приобретать прямоугольную форму и не давать высокочастотных помех. Это достигается гистерезисом, который выполняет функцию фильтрации шума. Такой метод дает гарантию того, что при входе цифровое устройство будет принимать положение 0 или 1.
