Триггер Шмитта (ТШ) функционально является компаратором, уровни включения и выключения которого не совпадают, как у обычного компаратора, а различаются на величину, называемую гистерезисом переключения DU. Основным способом получения гистерезиса на переключательной характеристике ТШ введение положительной обратной связи в компараторе. На рис 11.4а показана схема компаратора с гистерезисом (триггера Шмитта) на операционном усилителе. Резисторы R1 и R2 определяют глубину ПОС, а резистор R3 симметрирует схему, уменьшая напряжение смещения и дрейфа нуля (как в усилительных каскадах на ОУ R3=R1 || R2 = R1R2/(R1+R2)). При Uвх¹Uo напряжение на выходе ОУ практически равно напряжению питания ОУ (+Еп или –Еп) в зависимости от вида неравенства. На неинвертирующий вход ОУ подается опорный сигнал Uo и доля выходного напряжения ОУ, обусловленная резистивным делителем R1 и R2. Пока Uвх<Uо напряжение на неинвертирующем входе больше Uвх, напряжение на выходе ОУ практически равно +Еп. При напряжении Uвх=е1, ОУ переключится в состояние –Еп.
Порог переключения е1 равен
При Uвх>Uо ОУ переключится из состояния (-Еп) в состояние (+Еп) при пороге . Переключение происходит при влиянии положительной обратной связи (ПОС) лавинообразно, со скоростью, зависящей от скорости переключения самого инерционного элемента в цепи ПОС: таким элементом является сам ОУ. Таким образом, крутизна фронтов выходного напряжения определяется только быстродействием ОУ (точнее параметром ОУ - скоростью нарастания выходного напряжения).
Рис 11.4. Триггер Шмита на ОУ.
Переключательная характеристика ТШ показана на рис 11.4б. Ширина гистерезисной характеристики равна
DU=е2 - е1=2
Распространенное применение ТШ (рис 11.4в) формирование цифрового сигнала сравнения с сигналами в присутствии шумов. Сигнал Uвых1 соответствует схеме формирователя прямоугольных импульсов из зашумленного входного синусоидального сигнала с обычным компаратором с характеристикой без гистерезиса. На фронтах сформированного сигнала наблюдаются импульсы дребезга, связанные с наличием шума на входе (Uш – амплитуда входных шумов). Если же в качестве формирователя использовать компаратор с гистерезисом – триггер Шмита с шириной гистерезиса DU>2Uш, то дребезг на фронтах исчезает (рис 11.4в).
Конечно, ОУ в качестве триггера Шмита обладает всеми недостатками компаратора на ОУ. Лучшими характеристиками обладает ТШ на компараторе с ПОС (рис 11.5).
Рис 11.5. Триггер Шмита на компараторе
У компаратора высокий уровень выходного напряжения равен Е1, а низкий уровень практически равен нулю. Поэтому пороги срабатывания
, и е2 = Uо (рис 11.5б).
Ширина гистерезиса DU=е2-е1= .
В триггере Шмита на интегральном компараторе легко регулировать пороги срабатывания и ширину петли гистерезиса, выбирая резисторы R1 и R2.
Задачи формирования цифровых импульсов из искаженных сигналов, приходящих с шины, с длинных соединительных проводников встречаются повсеместно в цифровой электронике. Поэтому в составе стандартных серий цифровых ИС имеется широкий выбор логических элементов со свойствами триггеров Шмитта, как отдельных функциональных элементов, так и микросхем средней и высокой интеграции, предназначенных для работы на шину (шинные формирователи, регистры, мультиплексоры, память и т.д). Эти ТШ для универсальности и простоты использования не имеют регулировки порогов срабатывания и ширины гистерезиса, схемотехнически выполнены на основе соответствующей элементной базе. Схема ТШ в составе ТТЛ показана на рис 11.6.
Рис 11.6. Схема триггера Шмита К155ТЛ1
Входная логика и выходной каскад выполнена в стандартной схемотехнике серии К155. Сама схема триггера Шмита представляет собой двухкаскадный усилитель на транзисторах VT2, VT3. Глубина положительной обратной связи через общий эмиттерный резистор R3 выбрана такой, что ширина гистерезиса составляет 0.8 В. При увеличении уровня входного сигнала до е1=1.7 В, выходной сигнал скачком переходит с высокого уровни на низкий. Если входное напряжение теперь плавно уменьшать, то при напряжении е2=0.9 В, выходной сигнал переключается из низкого уровня на высокий. Зона гистерезиса симметрична относительно порогового напряжения обычного элемента ТТЛ, т.е. 1.3 В (±400 мВ).
Логические элементы со свойствами триггера Шмита в составе стандартных серий ИС показаны на рис 11.7.
Рис 11.7. Триггеры Шмита в стандартных сериях и их переключательная характеристика.
Микросхема ТЛ1 содержит два четырехвходовых ЛЭ, входы которых объединены операцией И-НЕ. ТЛ2 представляет собой 6 инверторов с гистерезисной характеристикой. ТЛ3 – 4 двухвходовых элемента И-НЕ.
. Переключение происходит при влиянии положительной обратной связи (ПОС) лавинообразно, со скоростью, зависящей от скорости переключения самого инерционного элемента в цепи ПОС: таким элементом является сам ОУ. Таким образом, крутизна фронтов выходного напряжения определяется только быстродействием ОУ (точнее параметром ОУ - скоростью нарастания выходного напряжения).
, и е2 = Uо (рис 11.5б).
.
