Шльопанець Шмітта [SKO]
Схема тригерів Шмітта також належить до групи бістабільних тригерів. Ця схема, на відміну від уже згаданої бістабільної схеми тригера з двома транзисторами, може управлятися (спрацьовувати) за допомогою вхідного сигналу будь-якої форми, навіть із постійною напругою. Ось чому він також належить до групи формуючих ланцюгів. Якщо ми застосовуємо сигнал будь-якої форми до входу схеми триггера Шмітта, ми завжди отримуємо на виході сигнал прямокутної форми. Принципова схема з редукторною характеристикою схеми показана на наступному малюнку.
Це двоступеневий односпрямовано зв’язаний підсилювач з позитивним зворотним зв’язком через емітерний резистор R E. Цей резистор є загальним емітерним резистором для обох транзисторів T 1 і T 2. У цій схемі транзистор T 2 відкритий, а транзистор T 1 закритий. У перехідному стані транзистор T 2 закритий, а транзистор T 1 відкритий. Управління транзистором T 2 транзистором T 1 здійснюється через резистивний дільник, що складається з резисторів R 1 і R 2 .
| Примітка: | У деяких випадках перехідний стан ССЗ називають нестабільним станом. Це позначення не дуже правильне, оскільки тривалість нестабільного стану ланцюга, напр. MKO, задається виключно властивостями даної схеми. Схема залишається в нестабільному стані навіть після того, як вхідний сигнал, який її викликав, стихає і через певний час, що визначається властивостями схеми, повертається в стабільний стан. Тривалість перехідного стану деякої схеми, напр. SKO, задається виключно зовнішніми впливами, а не властивостями даної схеми. Хоча ланцюг має стабільний стан, на який він встановлюється після подачі напруги живлення або після стихання зовнішнього впливу, але в перехідному стані він залишається до тих пір, поки зовнішній вплив діє на нас (у нашій вхідній напрузі U 1 необхідного рівня). |
Робота схеми заснована на порівнянні величини вхідного сигналу U 1 з величиною опорної напруги ланцюга, заданої сумою напруг U BE1 і U RE. Ця опорна напруга змінюється під час роботи схеми тригера Шмітта. Як видно на малюнку, у разі переходу схеми з усталеного стану в перехідний стан опорна напруга має значення U 11, у разі переходу схеми з перехідного стану в стану таблиці, опорна напруга має значення U 12. Різниця між двома опорними напругами U 11 і U 12 називається гістерезисом ланцюга (область нечутливості схеми до змін рівня вхідного тригерного сигналу). Його розмір визначається напругою гістерезису U H:
U H = U 11 - U 12
Важливою умовою коректної роботи схеми тригера Шмітта є те, що максимальний струм колектора I K1 транзистора T 1 є меншим за максимальний струм колектора I K2 транзистора T 2. Тож ми можемо написати:
U 11 = U BE1 + U RE = U BE1 + R E .I K2
U 12 = U BE1 + U ‘RE = U BE1 + R E .I K1
тобто, якщо: I K1 I K2
тоді: U 11> U 12
Зверніть увагу на роботу схеми з моменту підключення напруги живлення + U CC без прикладеної пускової напруги U 1. Після підключення джерела живлення транзистор T 1 залишається в замкнутому стані, оскільки він не має керуючої напруги U 1, прикладеної до його основи. З цієї причини струм I d протікає через резистор R K1 до резисторного дільника R 1, R 2. На резисторі R 2 цей струм створює достатнє падіння напруги і U R2, що змушує транзистор T 2 відкриватися. Транзистор T 2 досягає насичення, і між його колектором та емітером існує напруга насичення U SAT2. На виході схеми є напруга U 2 розміру:
U 2 = U SAT2 + U RE = U SAT2 + R E .I K2
Цей стан ланцюга називається стійким станом.
Коли напруга спрацьовування U 1 подається на вхід ланцюга, стійкий стан не змінюється до тих пір, поки:
Якщо вхідна пускова напруга U 1 досягає рівня опорної напруги U 11, транзистор T 1 злегка відкривається, що спричинює зменшення його напруги колектора U K1. Зменшення цієї напруги призводить до зменшення струму I d через резисторний дільник R 1, R 2, а отже, також зменшення напруги U R2 на резисторі R 2, що призводить до закриття транзистора T 2. Замикаючи транзистор T 2, його струм колектора I K2 також зменшується, що призводить до зменшення напруги U RE на резисторі R E. Зі збільшенням напруги U RE напруга U BE1 між базою та емітером транзистора T 1 зростає (визначається різницею між вхідною напругою U 1 та напругою U RE), що робить транзистор T 1 ще більше відкритим, напруга на його колекторі U K1 зменшується ще більше, що викликає більш значне закриття транзистора T 2 при більш значному зменшенні струму I K2 і напруги U RE. Весь цей процес являє собою замкнутий контур, який відбувається всередині ланцюга, і в результаті напруга U BE1 між базою і емітером транзистора T 1 постійно зростає, транзистор T 1 відкривається до насичення разом із повним закриттям транзистора T 2. На виході схеми напруга U 2 дорівнює повній напрузі живлення + U CC .
Описаний процес відбувається в ланцюзі дуже швидко, лавинно, через сильний позитивний зворотний зв'язок і обмежений головним чином властивостями використовуваних транзисторів, особливо паразитарною ємністю між базою і випромінювачем транзистора T 2. Тому в практичному зв'язку прискорювальна ємність C використовується для паралельного підключення до резистора R 1 в резисторному дільнику R 1, R 2 (забезпечує швидку передачу заряду від колектора транзистора T 1 до основи транзистора T 2 ).
Таким чином, ланцюг переходить в перехідний стан і залишається там, поки вхідна пускова напруга U 1 не досягне рівня опорної напруги U 12. У той момент, коли U 1 = U 12, в ланцюзі починається протилежний процес, як ми описали в попередньому випадку. Транзистор T 1 злегка закривається, що збільшує напругу U K1 на його колекторі, що призводить до збільшення струму I d через дільник R 1, R 2 з подальшим збільшенням падіння напруги U R2 на резисторі R 2. Напруга U R2 злегка відкривається транзистором T 2, через який починає протікати невеликий колекторний струм I K2. Цей струм I K2 спричиняє збільшення падіння напруги U RE на емітерному резисторі R E, що призводить до зменшення напруги U BE1 між базою та емітером транзистора T 1. Оскільки транзистор T 1 ще більше закривається, напруга U K1 зростає ще більше разом із напругою U R2, що робить транзистор T 2 ще більш відкритим, а його струм колектора I K2 продовжує зростати. Зі збільшенням струму I K2 зростає і напруга U RE, і одночасно напруга U BE1 зменшується, доводячи транзистор T 1 до стану повного закриття з подальшим повним розкриттям транзистора T 2. На виході схеми є напруга U 2 розміру:
U 2 = U SAT2 + U RE = U SAT2 + R E .I K2
Схема повернулася до стабільного стану.
Фліп-флоп схема Шмітта працює дуже надійно. Вибираючи резистори R 1, R 2, R K2 і R E, ми можемо впливати на розмір гістерезису ланцюга, який, однак, може бути змінений лише в діапазоні від декількох десятків до сотень мВ. Вибираючи ці резистори, ми також можемо впливати на чутливість, швидкість і надійність схеми. Якщо ми використовуємо ці резистори в усталеному стані, щоб встановити робочий b від транзистора T 2 в область сильного насичення, тоді властивості схеми не будуть настільки залежати від параметрів використовуваних транзисторів. Якщо ми встановимо робочу точку транзистора T 2 на межу області насичення за допомогою цих резисторів, схема буде більш чутливою до змін вхідної напруги (гістерезис буде невеликим), швидше, але більше залежить від параметрів використовувані транзистори.
Використання схеми триггера Шмітта в основному в цифрових технологіях та технологіях автоматизації, де використовується його здатність перетворювати будь-який сигнал у прямокутний сигнал із крутою гранью і тюлем (передній і задній край). Оскільки робота схеми заснована на порівнянні вхідної напруги тригера з опорною напругою схеми, ми можемо використовувати її як компаратор амплітуди. Він також використовується в низькочастотній технології для отримання прямокутного сигналу від синусоїдального або пилоподібного в т.зв. функціональні генератори.
. Використання вмісту сторінок або їх частин у «квазіавторських» та комерційних цілях суперечить авторським правам і можливе лише за згодою автора . Підготував: Ing. Олександр Хатковійч Будь-які коментарі чи запитання надсилайте на адресу