Триггер Шмитта что это

Электронные устройства

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.

Если проще, то 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.

Расчет триггера Шмитта

Рассмотрим каким образом производится расчет триггера Шмитта

Структурная схема триггера Шмитта показана на рисунке 1, а временные диаграммы напряжений- на рисунке 2.

Условия для расчета:

Амплитуда выходных импульсов Um /В/ — 12В
Первый пороговый уровень U1 /В/ — 1,5В
Максимальная частота входного напряжения F /кГц/: 10
Температура нагрева транзисторов /град./: 50

Порядок расчета.
1. Расчет и выбор источника питания E.
E = 1.1 * (Um + U1) = 1,1(12+1,5) = 14,85 В
Выбрать стандартное значение напряжения источника и ввести его в дальнейший расчет.
E = 15В

2. Выбор типа транзисторов.
Выбор транзисторов производится по значению верхней граничной частоты Fоб и допустимому обратному напряжению Vкбдоп, которые рассчитываются по формулам:
Fоб = F / 0.2 = 50
Uкбдоп > 2Eк
Uкбдоп = 35 В
Транзистор выбирают так, чтобы его значения Fоб и Uкбдоп были больше расчетных.
Тип выбранного транзистора КТ315Г:
Ввести его параметры —
Iко = 50 мкА……… ток коллектора обратный
H21э = 50………… коэффициент усиления
Iкдоп = 100 мА…… допустимый ток коллектора
fа= 250 мГц……… граничная частота усиления
Vкбдоп = 40 В…… допустимое напряжения коллектор — база

3. Расчет тока насыщения транзистора Iкнас.

Iкнас = 0.7 ∙ I кдоп Iкнас = 70 мА

4. Расчет сопротивления резистора Rк2.
Rк2 > (Eк-U1) / ( Iкнас) Rк2 = 193Ом ;

Выбрать стандартное значение Rк2,пользуясь рядами номинальных значений.
Rк2 =200 Ом ;

5. Расчет сопротивления резистора R1.
R1 = (Rк2 ∙ U1 ∙ аmin) / ( Eк — U1 ), где аmin = H21эmin / 1+H21эmin ;
H21эmin = 50; amin = 50/1+50 = 0.98
R1 = (200 ∙ 1,5 ∙ 0,98) / (15 — 1.5) =
R1 = 22,15 Ом ;
Выбрать стандартное значение
R1 =22 Ом ;

6. Расчет сопротивления резистора Rк1.
Rк1 = 2Rк2 ; Rк1 = 400 Ом;
Выбрать стандартное значение
Rк1 = 430 Ом
7. Расчет второго порогового уровня U2.
U2 = (E ∙ R1)/( Rк1 + R1) = (15 ∙ 22) / (430 + 22) = 0,73 В ;
8. Расчет сопротивления резистора Rб из условия надежного запирания транзистора VT2.
Rб < U2 / Iкот ; Iкот = Iко ∙ 2(T-20)/10 = 400 мкА,
где Iкот – обратный ток транзистора при заданной температуре — T.
Rб < 0,73/0,0000004 = 1825 Ом
Выбрать стандартное значение сопротивления резистора
Rб =1,8 кОм ;
9. Расчет сопротивления резистора Rк.б. из условия насыщения
транзистора VT2.

Rк.б. < {[ H21эmin ∙ (Rк2 – Iкот ∙ Rк1/Iкн)] / [1+H21эmin ∙ U1/(Iкн ∙ Rб)]} – Rк1 =
= {[50 ∙ (200 – 0,0000004 ∙ 430/ 0,07)] / [1+50 ∙ 1,5/(0,07 ∙ 1800)]} – 430 = 5839 Ом

Выбрать стандартное значение Rк.б. = 5,6 кОм

10. Расчет делителя R3 , R2.
10.1 Расчет начального напряжения смещения на базе VT1 (на резисторе R2).
Uнач = U2 + dU / 2 ; dU = U1 – U2, dU = 1,5 – 0,73 = 0,77, Uнач = 1,89 В ;
10.2 Задаемся током делителя, который должен составлять 10…15% от тока коллектора
транзистора VT1, выберем его 10мА.
Iдел = 1,0 мА ;
10.3 Расчет сопротивления резистора R2.
R2 = Uнач / Iдел ; R2 =1890 Ом ;
Выбрать стандартное значение R2 = 1,8 кОм ;

10.4 Расчет сопротивления резистора R3.
R3 = E / Iдел — R2 = 15/0,001 — 1800 = 13200 кОм ;
Выбрать стандартное значение R3 = 13 кОм ;

11. Проверяем условие насыщения транзистора VT1.
Iдел > Iбн1 т.е. E / (R3 + R1) > E /(Rк1 ∙ H21эmin) Iдел — ток базового делителя VT1
Iбн — ток насыщения базы транзистора VT1;
Iдел = 15/(1800+22) = 0,008; Iбн1 = 15/(400 ∙ 50) = 0,00075; отсюда 0,008 > 0,00075

Если условие насыщения не выполняется, пересчитать делитель R3, R2, увеличив ток делителя.