Schmitt Trigger: tutto quello che c'è da sapere su questo componente

Oggi descriviamo un altro nuovo componente aggiunto alla nostra lista, il grilletto di Schmitt, uno sconosciuto per molti che ormai cesserà di essere un mistero. E descriveremo tutto quello che devi sapere al riguardo, ad esempio cos'è, a cosa serve, come funziona questo dispositivo elettronico e anche in questo caso potrai integrarlo nei tuoi progetti con Arduino, ecc.

Vediamo allora cosa può fare per noi questo elemento...

Concetti preliminari necessari

Prima di iniziare con lo Schmitt Trigger, è necessario definire un paio di concetti che ci tornerà utile per capire meglio di cosa si tratta e come funziona. Mi riferisco a:

confrontare: In elettronica, un comparatore è un dispositivo che confronta due tensioni o correnti ed emette un segnale digitale che indica quale è maggiore. Dispone di due terminali di ingresso analogico e un'uscita digitale binaria. Questo è importante da notare, poiché il trigger di Schmitt è un tipo di comparatore. Inoltre, questo comparatore è costituito da un amplificatore differenziale specializzato ad alto guadagno.
Isteresi: L'isteresi è una proprietà in cui lo stato di un sistema dipende dalla sua storia. Ad esempio, un magnete può avere diversi momenti magnetici in un campo magnetico a seconda di come il campo è cambiato nel passato, formando curve di isteresi. Questa proprietà si osserva nei materiali ferromagnetici e ferroelettrici e in fenomeni naturali come la deformazione delle gomme e delle leghe a memoria di forma. L'isteresi è associata a cambiamenti irreversibili, come le transizioni di fase, ed è comune nei sistemi naturali. Perché dovresti saperlo? Bene, perché lo Schmitt Trigger è un circuito comparatore con isteresi.

Cos'è un trigger di Schmitt?

Un Trigger Schmitt, noto anche come trigger Schmitt in spagnolo, è un circuito comparatore elettronico che converte un segnale di ingresso analogico in un segnale di uscita digitale. Lo fa applicando un feedback positivo per generare un punto di commutazione isteretico, il che significa che la soglia per la commutazione tra gli stati logici "alto" e "basso" è diversa per l'aumento e la diminuzione del segnale di ingresso. Questo comportamento isteretico previene fluttuazioni indesiderate e fornisce un margine di tolleranza per segnali di ingresso rumorosi o con jitter ridotto.

Il disegno è stato creato per la prima volta Otto H. Schmitt nel 1934, da qui il suo nome. Da allora questo componente elettronico trova largo impiego in una moltitudine di applicazioni come vedremo più avanti. Inoltre, dovresti sapere che solitamente è incapsulato in un circuito integrato o chip, solitamente DIP, e che comunemente è costituito da un amplificatore operazionale (amplificatore operazionale) Con feedback positivo tramite resistori, un ingresso non invertente (+) e un ingresso invertente (-) dell'amplificatore operazionale sono collegati attraverso la catena di resistori ed è incluso anche un resistore aggiuntivo per il feedback positivo dall'uscita all'ingresso invertente .

Da comportamento isteretico, va detto che quando il segnale di ingresso supera una certa soglia superiore, l'uscita dello Schmitt Trigger si porta ad “alta”, mentre se il segnale di ingresso scende sotto una diversa soglia inferiore, l'uscita si porta su “bassa”. La differenza tra le due soglie è chiamata finestra di isteresi ed è essenziale per il comportamento isteretico. Ciò presenta vantaggi in quanto evita risposte rapide indesiderate dovute a piccole fluttuazioni o rumore nel segnale di ingresso. Pertanto, offre immunità al rumore.

Viene utilizzato il trigger Schmitt migliorare l’immunità al rumore in un circuito con un'unica soglia di ingresso. In questo caso, un segnale rumoroso vicino alla soglia potrebbe causare rapidi cambiamenti nell'uscita a causa del rumore. Il trigger di Schmitt, avendo due soglie, evita cambiamenti indesiderati, poiché un segnale rumoroso vicino ad una soglia produce solo un cambiamento nell'uscita; Per provocare un altro cambiamento, il segnale deve superare l'altra soglia.

Un esempio pratico Si tratta di un fotodiodo a infrarossi amplificato che genera un segnale che cambia tra valori estremi. Questo segnale viene attenuato con un filtro passa-basso e l'uscita filtrata è collegata al trigger Schmitt. Questo dispositivo garantisce che l'uscita passi da bassa ad alta solo dopo che un segnale infrarosso eccita il fotodiodo per un periodo più lungo di un periodo noto. Una volta che il trigger di Schmitt è alto, ritorna basso solo dopo che il segnale infrarosso smette di eccitare il fotodiodo per un periodo più lungo di un periodo noto simile. Ciò evita cambiamenti spuri causati dal rumore ambientale. I trigger di Schmitt sono comuni nei circuiti di commutazione, come gli interruttori antirimbalzo.

Come funziona il trigger di Schmitt

I circuiti con isteresi si basano su riscontro positivo, rendendo possibile convertire qualsiasi circuito attivo in un trigger di Schmitt applicando un feedback positivo con un guadagno di anello maggiore di uno. Il feedback positivo comporta l'aggiunta di parte della tensione di uscita alla tensione di ingresso. Questi circuiti, che comprendono un attenuatore, un sommatore e un amplificatore che funge da comparatore, possono essere implementati utilizzando tre tecniche specifiche.

Le prime due tecniche sono versiones duale (serie e parallelo) del sistema generale di feedback positivo. In queste configurazioni, la tensione di uscita modifica la differenza effettiva della tensione di ingresso del comparatore, "diminuendo la soglia" o "aumentando la tensione di ingresso del circuito". Queste configurazioni incorporano le proprietà di soglia e memoria in un singolo elemento. La terza tecnica, invece, separa le proprietà di soglia e di memoria, garantendo una maggiore flessibilità nell'implementazione del circuito.

Utilità e applicazioni

I trigger Schmitt possono essere utilizzati per diverse applicazioni pratiche a seconda della configurazione, ad esempio:

Conversione da analogico a digitale- Questo componente è effettivamente un convertitore analogico-digitale a bit singolo. Quando il segnale raggiunge un determinato livello, passa dallo stato basso a quello alto.
Rilevamento del livello- è in grado di fornire il rilevamento del livello. Quando si realizza questa applicazione, è necessario tenere conto della tensione di isteresi in modo che il circuito cambi della tensione richiesta.
Ricezione della linea- Quando si porta una linea dati che potrebbe aver captato del rumore ad una porta logica, è necessario assicurarsi che il livello di un'uscita logica cambi solo quando cambiano le informazioni e non in seguito alla captazione di rumore spurio. L'uso di un trigger di Schmitt consente al rumore picco-picco di raggiungere il livello di isteresi prima che possa verificarsi un trigger spurio.

Come casi più specifici, potete vederli nei circuiti in cui si vogliono eliminare i rimbalzi nei pulsanti meccanici, nei generatori di onde quadre, nei rilevatori di livello, nei circuiti di protezione dal rumore delle linee dati, nei generatori di impulsi e nei famosi convertitori ADC.

Utilizzare come oscillatore

Un trigger Schmitt è un multivibratore bistabile che può essere utilizzato per implementare un altro tipo di multivibratore, l'oscillatore di rilassamento. Ciò si ottiene collegando un singolo circuito integratore RC tra l'uscita e l'ingresso di un trigger Schmitt invertito. L'uscita sarà un'onda quadra continua la cui frequenza dipende dai valori di R e C, nonché dai punti di soglia del trigger di Schmitt. Poiché un singolo circuito integrato può fornire diversi trigger Schmitt (ad esempio, il dispositivo CMOS tipo 4000 serie 40106 ne contiene 6), una sezione aggiuntiva del circuito integrato può essere rapidamente utilizzata come oscillatore semplice e affidabile con solo due componenti esterni.

In questo caso, un trigger Schmitt basato sul comparatore viene utilizzato nella sua configurazione invertita. Inoltre, viene aggiunto un feedback negativo lento con una rete integrativa RC. Il risultato è quello l'uscita varia automaticamente da VSS a VDD mentre il condensatore si carica da una soglia all'altra del trigger di Schmitt.

appuntare

È necessario tenere presente che secondo l' modello di piedinatura Può cambiare, quindi ti consiglio di vedere sempre la scheda tecnica del produttore corrispondente al modello che hai acquistato. Tuttavia, ad esempio, qui abbiamo un chip TTL 74LS14 con 6 trigger al suo interno. Pertanto, abbiamo un pin DIP che sarà per l'alimentazione Vcc e un altro per terra o GND. Ecco come vengono alimentati tutti i trigger, quindi si tratterà di utilizzare l'input e l'output adatti a te.