Триггер Шмитта на основе универсального компаратора

В том случае, когда предъявляются повышенные требования к скорости изменения и к стабильности уровней напряжения на выходе, то ТШ выполняют на основе специализированных компараторов. Схема такого ТШ приведена на рис.2.10,а. Передаточная характеристика такого ТШ приведена на рис.2.10,б.

Рассмотрим работу схемы (рис.2.10,а) для случая, когда . Пусть напряжение нам входе схемы . Дифференциальное входное напряжение и выходной транзистор компаратора закрыт. При этом рабочая точка на передаточной характеристике (рис.2.10,б) занимает положение 1 и выходное напряжение имеет высокий уровень равный (близкий к напряжению питания ). Диод VD закрыт, т.к. напряжение на его катоде равно выходному и близко к . Напряжение на аноде диода, равно и существенно меньше . Определим напряжение . Примем входной ток компаратора равным нулю. Учитывая, что диод VD закрыт, определим напряжение через параметры делителя, используя выражение (2.3):

. (2.13)

Напряжение при высоком уровне выходного напряжения, определяемое по (2.13), равно напряжению срабатывания ТШ . При увеличении входного напряжения ТШ до уровня напряжения срабатывания рабочая точка переходит в положение (рис.2.10,б), а дифференциальное входное напряжение . Выполняется равенство строки 3 таблицы 1. Транзистор выходного каскада компаратора начинает открываться и появляется ток в цепи: – диод VD – резистор – ОК – ОЭ (открытые коллектор – эмиттер транзистора компаратора) – общий провод. При этом напряжение начинает уменьшаться и дифференциальное входное напряжение . В соответствие с таблицей 1 на выходе компаратора появляется низкий уровень напряжения , а рабочая точка перейдет в точку . При этом транзистор выходного каскада компаратора полностью откроется и схема делителя напряжения принимает вид, приведенный на рис. 2.11.

Рис.2.11

Определим напряжение при низком напряжении на выходе компаратора, используя схему делителя (рис.2.11). Для точного расчета нужно учитывать падения напряжения на открытых диоде и транзисторе . Для упрощенного расчета можно пренебречь падением напряжения на открытых диоде и транзисторе , т.е. считать и . При этом коэффициент передачи делителя , где эквивалентное сопротивление равно сопротивлению параллельно включенных резисторов и . С учетом коэффициента передачи делителя напряжение при низком напряжении на выходе компаратора, называемое напряжение отпускания , определится:

.

Изменение напряжения на выходе ТШ с низкого уровня на высокий произойдет при снижении входного напряжения до напряжения отпускания . При этом рабочая точка перейдет из положения в положение .

Низкий уровень напряжения нам выходе ТШ равен напряжению насыщения транзистора выходного каскада компаратора .

2.2.6. Устранение эффекта «дребезга контактов» с помощью триггера Шмитта

При коммутации электрической цепи посредством механического ключа в окрестности момента коммутации возможно многократное прерывание и возобновление тока. Это вызвано, во-первых, микронеровностями контактов, и во-вторых, вибрацией контактов – «дребезгом». В электронных схемах, содержащих пороговые устройства, возможно аналогичное по внешним проявлениям явление многократного возникновения тока в окрестности момента переключения, называемое по аналогии «дребезгом контактов».

Рассмотрим причину возникновения «дребезга контактов» в схеме с компаратором напряжения (рис.2.12).

E

Рис.2.12

Пусть генератор импульсов (ГИ) удален от компаратора DA на некоторое расстояние и сигнал на вход компаратора поступает от ГИ по так называемой «длинной линии». На рис. 2.13,а приведены временные диаграммы сигналов на входах и выходе компаратора. Явление многократного изменения напряжения (тока) на выходе компаратора возникает внутри интервалов – и – изменения входного сигнала . Рассмотрим более детально область 1 (диаграмма на рис.2.13,а). Укрупнено эта область и соответствующая ей временная диаграмма приведены на рис.2.13,б. Входной сигнал на интервале времени – возрастает, но из-за наличия в нем переменной составляющей многократно пересекает уровень опорного напряжения . Поэтому выходное напряжение многократно изменяется от низкого к высокому уровню. Наличие переменной составляющей входного сигнала – помехи, объясняется наведенной в «длинной линии» ЭДС из-за наличия переменного электромагнитного поля в пространстве окружающем линию.

а. б.

Рис.2.13

Устранить явление «дребезга контактов» при приеме сигнала от ГИ по «длинной линии» можно путем замены компаратора на ТШ. Схема такого устройства приведена на рис.2.14,а. На рис.2.15,а приведена передаточная характеристика ТШ, использованного в устройстве. На рис. 2.15,б приведена временная диаграмма, поясняющая работу устройства и аналогичная диаграмме приведенной на рис.2.13,б. Возрастающий входной сигнал (рис.2.15,б) достигает порога срабатывания в момент времени , что приводит к переключению ТШ. При уменьшении входного сигнала, после момента времени , обратного переключения ТШ не происходит, поскольку входной сигнал остается больше порога отпускания .

Рис.2.14

Для исключения явление «дребезга контактов» необходим вместо компаратора применить ТШ с шириной петли гистерезиса большей, чем амплитудное значение сигнала помехи, т.е. .

	u вх

U_ср

t

а. б.

Рис.2.15

Дата добавления: 2015-09-02