Gatilho Schmitt - Schmitt trigger

Função de transferência de um gatilho Schmitt. Os eixos horizontal e vertical são a tensão de entrada e a tensão de saída, respectivamente. T e - T são os limites de comutação, e M e - M são os níveis de tensão de saída.

Na eletrônica , um gatilho Schmitt é um circuito comparador com histerese implementado aplicando feedback positivo à entrada não inversora de um comparador ou amplificador diferencial. É um circuito ativo que converte um sinal de entrada analógico em um sinal de saída digital . O circuito é denominado acionador porque a saída retém seu valor até que a entrada mude o suficiente para acionar uma mudança. Na configuração não inversora, quando a entrada é superior a um limite escolhido, a saída é alta. Quando a entrada está abaixo de um limite diferente (inferior) escolhido, a saída é baixa e, quando a entrada está entre os dois níveis, a saída retém seu valor. Essa ação de limite duplo é chamada de histerese e implica que o gatilho Schmitt possui memória e pode atuar como um multivibrador biestável (latch ou flip-flop ). Existe uma relação estreita entre os dois tipos de circuitos: um gatilho Schmitt pode ser convertido em uma trava e uma trava pode ser convertida em um gatilho Schmitt.

Dispositivos de gatilho Schmitt são normalmente usados ​​em aplicações de condicionamento de sinal para remover ruído de sinais usados ​​em circuitos digitais, particularmente o salto de contato mecânico em interruptores . Eles também são usados ​​em configurações de feedback negativo de malha fechada para implementar osciladores de relaxamento , usados ​​em geradores de função e fontes de alimentação de comutação .

Comparação da ação de um comparador comum (A) e um gatilho Schmitt (B) em um sinal de entrada analógico ruidoso (U). As linhas pontilhadas verdes são os limites de comutação do circuito. O gatilho Schmitt tende a remover o ruído do sinal.

Invenção

O gatilho Schmitt foi inventado pelo cientista americano Otto H. Schmitt em 1934 quando ele era um estudante de graduação, mais tarde descrito em sua dissertação de doutorado (1937) como um gatilho termiônico . Foi um resultado direto do estudo de Schmitt sobre a propagação do impulso neural nos nervos da lula .

Implementação

Ideia fundamental

Diagrama de blocos de um circuito de disparo Schmitt. É um sistema com feedback positivo no qual o sinal de saída realimentado na entrada faz com que o amplificador A mude rapidamente de um estado saturado para o outro quando a entrada ultrapassa um limite.
A > 1 é o ganho do amplificador;
B <1 é a função de transferência de feedback

Os circuitos com histerese são baseados em feedback positivo. Qualquer circuito ativo pode ser feito para se comportar como um gatilho Schmitt aplicando um feedback positivo de forma que o ganho do loop seja maior que um. O feedback positivo é introduzido adicionando uma parte da tensão de saída à tensão de entrada. Esses circuitos contêm um atenuador (a caixa B na figura à direita) e um somador (o círculo com "+" dentro), além de um amplificador que atua como um comparador. Existem três técnicas específicas para implementar essa ideia geral. As duas primeiras são versões duplas (série e paralela) do sistema geral de feedback positivo. Nessas configurações, a tensão de saída aumenta a diferença efetiva de tensão de entrada do comparador 'diminuindo o limite' ou 'aumentando a tensão de entrada do circuito'; o limite e as propriedades de memória são incorporados em um elemento. Na terceira técnica , as propriedades de limite e memória são separadas.

Limite dinâmico (feedback em série): quando a tensão de entrada cruza o limite em alguma direção, o próprio circuito muda seu próprio limite para a direção oposta. Para este propósito, ele subtrai uma parte de sua tensão de saída do limite (é igual a adicionar tensão à tensão de entrada). Assim, a saída afeta o limite e não tem impacto na tensão de entrada. Esses circuitos são implementados por um amplificador diferencial com 'feedback positivo em série', onde a entrada é conectada à entrada inversora e a saída - à entrada não inversora. Nesse arranjo, a atenuação e a soma são separadas: um divisor de tensão atua como um atenuador e o loop atua como um verão de tensão em série simples . Exemplos são o gatilho Schmitt acoplado a emissor de transistor clássico , o gatilho Schmitt inversor de amp op , etc.

Tensão de entrada modificada (feedback paralelo): quando a tensão de entrada cruza o limite em alguma direção, o circuito muda sua tensão de entrada na mesma direção (agora ele adiciona uma parte de sua tensão de saída diretamente à tensão de entrada). Assim, a saída aumenta a tensão de entrada e não afeta o limite. Esses circuitos podem ser implementados por um amplificador não inversor de terminação única com 'feedback positivo paralelo', onde as fontes de entrada e saída são conectadas por meio de resistores à entrada. Os dois resistores formam um verão paralelo ponderado que incorpora a atenuação e a soma. Exemplos são o gatilho Schmitt acoplado à base de coletor menos familiar , o gatilho Schmitt não inversor de amp op , etc.

Alguns circuitos e elementos que exibem resistência negativa também podem agir de maneira semelhante: conversores de impedância negativa (NIC), lâmpadas de néon , diodos de túnel (por exemplo, um diodo com uma característica de corrente-tensão em forma de "N" no primeiro quadrante), etc. No último caso, uma entrada oscilante fará com que o diodo se mova de uma perna ascendente do "N" para a outra e de volta à medida que a entrada cruza os limites de comutação ascendente e descendente.

Dois limites unidirecionais diferentes são atribuídos neste caso a dois comparadores de malha aberta separados (sem histerese) acionando um multivibrador biestável (trava) ou flip-flop . O gatilho é alternado para alto quando a tensão de entrada desce para o limite alto e baixo quando a tensão de entrada desce para o limite baixo. Novamente, há um feedback positivo, mas agora está concentrado apenas na célula de memória. Exemplos são o temporizador 555 e o circuito de debounce do switch.

Um símbolo do gatilho Schmitt mostrado com uma curva de histerese não inversora incorporada em um buffer . Os gatilhos Schmitt também podem ser mostrados com curvas de histerese invertidas e podem ser seguidos por bolhas . A documentação para o gatilho Schmitt específico que está sendo usado deve ser consultada para determinar se o dispositivo não é invertido (ou seja, onde as transições de saída positivas são causadas por entradas positivas) ou invertido (ou seja, onde as transições de saída positivas são causadas por entradas entradas em andamento).

O símbolo para gatilhos Schmitt em diagramas de circuitos é um triângulo com um símbolo dentro que representa sua curva de histerese ideal.

Transistor Schmitt dispara

Circuito clássico acoplado a emissor

Gatilho Schmitt implementado por dois estágios de transistor acoplado a emissor

O gatilho Schmitt original é baseado na ideia de limite dinâmico que é implementado por um divisor de tensão com uma perna superior selecionável (os resistores coletores R _C1 e R _C2 ) e uma perna inferior estável (R _E ). Q1 atua como um comparador com uma entrada diferencial (junção base-emissor Q1) que consiste em uma entrada inversora (base Q1) e uma não inversora (emissor Q1). A tensão de entrada é aplicada à entrada inversora; a tensão de saída do divisor de tensão é aplicada à entrada não inversora, determinando assim seu limite. A saída do comparador conduz o segundo estágio de coletor comum Q2 (um seguidor de emissor ) através do divisor de tensão R ₁ -R ₂ . Os transistores acoplados a emissor Q1 e Q2, na verdade, compõem uma chave eletrônica de duplo movimento que alterna as pernas superiores do divisor de tensão e altera o limite em uma direção diferente (para a tensão de entrada).

Esta configuração pode ser considerada como um amplificador diferencial com realimentação positiva em série entre sua entrada não inversora (base Q2) e saída (coletor Q1) que força o processo de transição. Há também um feedback negativo menor introduzido pelo resistor de emissor R _E . Para fazer o feedback positivo dominar o negativo e para obter uma histerese, a proporção entre os dois resistores do coletor é escolhida R _C1 > R _C2 . Assim, menos corrente flui através e menor queda de tensão é através de R _E quando Q1 é ligado do que no caso em que Q2 é ligado. Como resultado, o circuito tem dois limites diferentes em relação ao aterramento (V _- na imagem).

Operação

Estado inicial. Para os transistores NPN mostrados à direita, imagine que a tensão de entrada está abaixo da tensão de emissor compartilhada (alto limite para concretude) de forma que a junção base-emissor Q1 seja polarizada reversamente e Q1 não conduza. A tensão de base Q2 é determinada pelo divisor mencionado, de modo que Q2 está conduzindo e a saída do acionador está no estado baixo. Os dois resistores R _C2 e R _E formam outro divisor de tensão que determina o limite alto. Negligenciando V _BE , o valor de limite alto é de aproximadamente

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {HT}} = {\ frac {R _ {\ mathrm {E}}} {R _ {\ mathrm {E}} + R _ {\ mathrm {C2}}}} {V _ {+} }}$.

A tensão de saída é baixa, mas bem acima do solo. É aproximadamente igual ao limite alto e pode não ser baixo o suficiente para ser um zero lógico para os próximos circuitos digitais. Isso pode exigir um circuito de mudança adicional seguindo o circuito de disparo.

Cruzando o limite superior. Quando a tensão de entrada (tensão de base Q1) aumenta ligeiramente acima da tensão no resistor de emissor R _E (o limite alto), Q1 começa a conduzir. A tensão do coletor diminui e Q2 começa a ser interrompido, porque o divisor de tensão agora fornece tensão base Q2 mais baixa. A voltagem do emissor comum segue essa mudança e diminui, tornando Q1 mais condutora. A corrente começa a dirigir da perna direita do circuito para a esquerda. Embora Q1 seja mais condutor, ele passa menos corrente por R _E (uma vez que R _C1 > R _C2 ); a tensão do emissor continua caindo e a tensão base do emissor Q1 efetiva aumenta continuamente. Este processo semelhante a uma avalanche continua até que Q1 se torne completamente ligado (saturado) e Q2 seja desligado. O gatilho passa para o estado alto e a tensão de saída (coletor Q2) está perto de V +. Agora, os dois resistores R _C1 e R _E formam um divisor de tensão que determina o limite inferior. Seu valor é de aproximadamente

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {LT}} = {\ frac {R _ {\ mathrm {E}}} {R _ {\ mathrm {E}} + R _ {\ mathrm {C1}}}} {V _ {+} }}$.

Cruzando o limite inferior. Com o gatilho agora no estado alto, se a tensão de entrada diminuir o suficiente (abaixo do limite baixo), Q1 começa o corte. Sua corrente de coletor reduz; como resultado, a tensão do emissor compartilhado diminui ligeiramente e a tensão do coletor Q1 aumenta significativamente. O divisor de tensão R ₁ -R ₂ transmite essa mudança para a tensão de base Q2 e ela começa a conduzir. A voltagem em R _E aumenta, reduzindo ainda mais o potencial do emissor de base Q1 da mesma maneira semelhante a uma avalanche, e Q1 deixa de conduzir. Q2 fica completamente ligado (saturado) e a tensão de saída torna-se baixa novamente.

Variações

Símbolo que descreve um gatilho Schmitt invertido, mostrando uma curva de histerese invertida dentro de um buffer . Outros símbolos mostram uma curva de histerese (que pode ser invertida ou não invertida) embutida em um buffer seguida por uma bolha, que é semelhante ao símbolo tradicional para um inversor digital que mostra um buffer seguido por uma bolha. Em geral, a direção do gatilho Schmitt (invertendo ou não invertendo) não é necessariamente clara a partir do símbolo porque várias convenções são usadas, mesmo com o mesmo fabricante. Existem vários fatores que levam a essa ambigüidade. Essas circunstâncias podem justificar uma investigação mais detalhada da documentação de cada gatilho Schmitt específico.

Circuito não inversor. O não-inversora gatilho Schmitt clássico pode ser transformado em um gatilho inversora tomando V _{para fora} a partir dos emissores, em vez da partir de um colector de Q2. Nessa configuração, a tensão de saída é igual ao limite dinâmico (a tensão do emissor compartilhada) e ambos os níveis de saída ficam longe dos trilhos de alimentação. Outra desvantagem é que a carga altera os limites, portanto, ela deve ser alta o suficiente. O resistor base R _B é obrigatório para evitar o impacto da tensão de entrada através da junção base-emissor Q1 na tensão do emissor.

Circuito de acoplamento direto. Para simplificar o circuito, o divisor de tensão R ₁ –R ₂ pode ser omitido ao conectar o coletor Q1 diretamente à base Q2. O resistor de base R _{B também} pode ser omitido para que a fonte de tensão de entrada conduza diretamente a base de Q1. Neste caso, a tensão do emissor comum e a tensão do coletor Q1 não são adequadas para saídas. Apenas o coletor Q2 deve ser usado como uma saída, uma vez que, quando a tensão de entrada excede o limite alto e Q1 satura, sua junção base-emissor é polarizada para frente e transfere as variações de tensão de entrada diretamente para os emissores. Como resultado, a tensão do emissor comum e a tensão do coletor Q1 seguem a tensão de entrada. Esta situação é típica para amplificadores diferenciais de transistores over-driven e portas ECL .

Circuito acoplado coletor-base

O circuito acoplado de coletor-base biestável BJT pode ser convertido em um gatilho Schmitt conectando um resistor de base adicional a uma das bases

Como toda trava, o circuito biestável acoplado base coletor fundamental possui uma histerese. Portanto, ele pode ser convertido em um gatilho Schmitt conectando um resistor de base adicional R a uma das entradas (base Q1 na figura). As duas resistências R e R ₄ forma uma tensão verão paralelo (o círculo no diagrama de blocos acima ) que a saída somas (colector de Q2) de tensão e a tensão de entrada, e acciona o transistor "comparador" single-ended Q1. Quando a tensão de base cruza o limite (V _BE0 ∞ 0,65 V) em alguma direção, uma parte da tensão do coletor de Q2 é adicionada na mesma direção à tensão de entrada. Assim, a saída modifica a tensão de entrada por meio de feedback positivo paralelo e não afeta o limite (a tensão do emissor de base).

Comparação entre o emissor e o circuito acoplado ao coletor

A versão acoplada ao emissor tem a vantagem de que o transistor de entrada sofre polarização reversa quando a tensão de entrada está bem abaixo do limite alto, de modo que o transistor certamente está desligado. Foi importante quando os transistores de germânio foram usados ​​para implementar o circuito e esta vantagem determinou sua popularidade. O resistor de base de entrada pode ser omitido, pois o resistor de emissor limita a corrente quando a junção de base-emissor de entrada é polarizada para frente.

Um nível de saída lógico zero do gatilho Schmitt acoplado ao emissor pode não ser baixo o suficiente e pode precisar de um circuito de deslocamento de saída adicional. O gatilho Schmitt acoplado ao coletor tem saída extremamente baixa (quase zero) em zero lógico .

Implementações op-amp

Os triggers Schmitt são comumente implementados usando um amplificador operacional ou um comparador dedicado . Um amplificador operacional de malha aberta e comparador pode ser considerado como um dispositivo analógico-digital com entradas analógicas e uma saída digital que extrai o sinal da diferença de tensão entre suas duas entradas. O feedback positivo é aplicado adicionando uma parte da tensão de saída à tensão de entrada em série ou paralela . Devido ao ganho do amplificador operacional extremamente alto, o ganho de loop também é alto o suficiente e fornece um processo semelhante a uma avalanche.

Gatilho Schmitt sem inversão

Gatilho Schmitt implementado por um comparador não inversor

Neste circuito, os dois resistores R ₁ e R ₂ formam uma tensão de verão paralela. Ele adiciona uma parte da tensão de saída à tensão de entrada, aumentando-a durante e após a comutação que ocorre quando a tensão resultante está próxima ao aterramento. Este feedback positivo paralelo cria a histerese necessária que é controlada pela proporção entre as resistências de R ₁ e R ₂ . A saída da tensão paralela de verão é de terminação única (produz tensão em relação ao terra), portanto o circuito não precisa de um amplificador com entrada diferencial. Visto que os amplificadores operacionais convencionais têm uma entrada diferencial, a entrada inversora é aterrada para tornar o ponto de referência zero volts.

A tensão de saída sempre tem o mesmo sinal da tensão de entrada do amplificador operacional, mas nem sempre tem o mesmo sinal da tensão de entrada do circuito (os sinais das duas tensões de entrada podem ser diferentes). Quando a tensão de entrada do circuito está acima do limite alto ou abaixo do limite baixo, a tensão de saída tem o mesmo sinal que a tensão de entrada do circuito (o circuito não é invertido). Ele atua como um comparador que muda em um ponto diferente, dependendo se a saída do comparador é alta ou baixa. Quando a tensão de entrada do circuito está entre os limites, a tensão de saída é indefinida e depende do último estado (o circuito se comporta como uma trava elementar ).

Função de transferência típica de um gatilho Schmitt não invertido como o circuito acima.

Por exemplo, se o gatilho Schmitt estiver atualmente no estado alto, a saída estará no barramento de fonte de alimentação positivo (+ V _S ). A tensão de saída V ₊ do verão resistivo pode ser encontrada aplicando o teorema de superposição :

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {+}} = {\ frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}} \ cdot V _ {\ mathrm {in}} + {\ frac {R_ { 1}} {R_ {1} + R_ {2}}} \ cdot V _ {\ mathrm {s}}}$

O comparador mudará quando V ₊ = 0. Então (o mesmo resultado pode ser obtido aplicando o princípio de conservação atual). Portanto, deve cair abaixo para obter a saída para alternar. Uma vez que a saída do comparador mudou para - V _S , o limite volta a mudar para alto. Portanto, este circuito cria uma banda de comutação centrada em zero, com níveis de disparo (pode ser deslocado para a esquerda ou para a direita aplicando uma tensão de polarização à entrada inversora). A tensão de entrada deve subir acima do topo da banda e, em seguida, abaixo da parte inferior da banda, para que a saída seja ligada (mais) e depois desligada (menos). Se R ₁ for zero ou R ₂ for infinito (ou seja, um circuito aberto ), a banda se reduz para a largura zero e se comporta como um comparador padrão. A característica de transferência é mostrada na imagem à esquerda. O valor do limite T é dado por e o valor máximo da saída M é o barramento da fonte de alimentação. ${\ displaystyle {R_ {2}} \ cdot V _ {\ mathrm {in}} = - {R_ {1}} \ cdot V _ {\ mathrm {s}}}$${\ displaystyle V _ {\ text {in}}}$${\ displaystyle - {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$${\ displaystyle + {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$${\ displaystyle \ pm {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$${\ displaystyle {\ frac {R_ {1}} {R_ {2}}} {V_ {s}}}$

Uma configuração prática de gatilho Schmitt com limites precisos

Uma propriedade única dos circuitos com feedback positivo paralelo é o impacto na fonte de entrada. Em circuitos com feedback paralelo negativo (por exemplo, um amplificador inversor), o aterramento virtual na entrada inversora separa a fonte de entrada da saída do amplificador operacional. Aqui não há aterramento virtual e a tensão de saída do amplificador operacional estável é aplicada através da rede R ₁ -R ₂ à fonte de entrada. A saída do amplificador operacional passa uma corrente oposta através da fonte de entrada (ela injeta corrente na fonte quando a tensão de entrada é positiva e retira corrente da fonte quando é negativa).

Um prático gatilho Schmitt com limiares precisos é mostrado na figura à direita. A característica de transferência tem exatamente o mesmo formato da configuração básica anterior e os valores de limite também são os mesmos. Por outro lado, no caso anterior, a tensão de saída era dependente da fonte de alimentação, enquanto agora ela é definida pelos diodos Zener (que também poderiam ser substituídos por um único diodo Zener de ânodo duplo ). Nesta configuração, os níveis de saída podem ser modificados pela escolha apropriada do diodo Zener, e esses níveis são resistentes às flutuações da fonte de alimentação (ou seja, eles aumentam o PSRR do comparador). O resistor R ₃ está lá para limitar a corrente através dos díodos, e os resistor R ₄ minimiza a tensão de entrada deslocamento causado pelas correntes de fuga de entrada do comparador (ver limitações do op-amps reais ).

Inversão do gatilho Schmitt

Gatilho Schmitt implementado por um comparador de inversão

Na versão invertida, a atenuação e a soma são separadas. Os dois resistores R ₁ e R ₂ atuam apenas como um atenuador "puro" (divisor de tensão). O loop de entrada atua como um verão de tensão em série simples que adiciona uma parte da tensão de saída em série à tensão de entrada do circuito. Este feedback positivo em série cria a histerese necessária que é controlada pela proporção entre as resistências de R ₁ e toda a resistência (R ₁ e R ₂ ). A tensão efetiva aplicada à entrada do amplificador operacional é flutuante, então o amplificador operacional deve ter uma entrada diferencial.

O circuito é denominado inversor, pois a tensão de saída sempre tem um sinal oposto à tensão de entrada quando está fora do ciclo de histerese (quando a tensão de entrada está acima do limite alto ou abaixo do limite baixo). No entanto, se a tensão de entrada estiver dentro do ciclo de histerese (entre os limites alto e baixo), o circuito pode ser invertido ou não. A tensão de saída é indefinida e depende do último estado, então o circuito se comporta como uma trava elementar.

Para comparar as duas versões, a operação do circuito será considerada nas mesmas condições acima. Se o gatilho Schmitt estiver atualmente no estado alto, a saída estará no barramento de fonte de alimentação positivo (+ V _S ). A tensão de saída V ₊ do divisor de tensão é:

${\ displaystyle V _ {\ mathrm {+}} = {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} \ cdot V _ {\ mathrm {s}}}$

O comparador mudará quando V _in = V ₊ . Portanto, deve-se exceder acima dessa tensão para que a saída seja comutada. Assim que a saída do comparador mudar para - V _S , o limite volta a mudar para alto. Portanto, este circuito cria uma banda de chaveamento centrada em zero, com níveis de disparo (pode ser deslocado para a esquerda ou para a direita conectando R ₁ a uma tensão de polarização). A tensão de entrada deve subir acima do topo da banda e, a seguir, abaixo da parte inferior da banda, para que a saída seja desligada (menos) e depois ligada (mais). Se R ₁ for zero (ou seja, um curto-circuito ) ou R ₂ for infinito, a banda se reduz para a largura zero e se comporta como um comparador padrão. ${\ displaystyle V _ {\ text {in}}}$${\ displaystyle - {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} {V_ {s}}}$${\ displaystyle \ pm {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} {V_ {s}}}$

Em contraste com a versão paralela, este circuito não tem impacto na fonte de entrada, uma vez que a fonte é separada da saída do divisor de tensão pela alta impedância diferencial de entrada do amplificador operacional.

No amplificador inversor, a queda de tensão no resistor (R1) decide as tensões de referência, ou seja, a tensão de limite superior (V +) e as tensões de limite inferior (V-) para a comparação com o sinal de entrada aplicado. Essas tensões são fixas como a tensão de saída e os valores do resistor são fixos.

portanto, alterando a queda em (R1), as tensões de limite podem ser variadas. Ao adicionar uma tensão de polarização em série com a queda do resistor (R1), ela pode ser variada, o que pode alterar as tensões de limiar. Os valores desejados das tensões de referência podem ser obtidos variando a tensão de polarização.

As equações acima podem ser modificadas como:

${\ displaystyle V _ {\ pm} = \ pm V_ {s} {\ frac {R_ {1}} {R_ {1} + R_ {2}}} + V_ {b} {\ frac {R_ {2}} {R_ {1} + R_ {2}}}}$

Formulários

Os gatilhos Schmitt são normalmente usados ​​em configurações de malha aberta para imunidade a ruído e configurações de malha fechada para implementar geradores de função .

• Conversão analógico-digital :    O gatilho Schmitt é efetivamente um conversor analógico-digital de um bit. Quando o sinal atinge um determinado nível, ele muda de seu estado baixo para alto.
• Detecção de nível :    O circuito de disparo Schmitt é capaz de fornecer detecção de nível. Ao realizar esta aplicação, é necessário que a tensão de histerese seja levada em consideração para que o circuito ligue a tensão necessária.
• Recepção de linha :    Ao executar uma linha de dados que pode ter captado ruído em uma porta lógica, é necessário garantir que um nível de saída lógica seja alterado apenas quando os dados forem alterados e não como resultado de ruído espúrio que possa ter sido captado. O uso de um acionador Schmitt permite amplamente que o ruído de pico a pico alcance o nível de histerese antes que o acionamento espúrio possa ocorrer.

Imunidade a ruídos

Uma aplicação de um gatilho Schmitt é aumentar a imunidade a ruído em um circuito com apenas um único limite de entrada. Com apenas um limite de entrada, um sinal de entrada ruidoso próximo a esse limite pode fazer com que a saída mude rapidamente para frente e para trás apenas com ruído. Um sinal de entrada Schmitt Trigger barulhento próximo a um limite pode causar apenas uma mudança no valor de saída, após o qual ele teria que se mover além do outro limite para causar outra mudança.

Por exemplo, um fotodiodo infravermelho amplificado pode gerar um sinal elétrico que alterna frequentemente entre seu valor mais baixo absoluto e seu valor mais alto absoluto. Este sinal é então filtrado em passa-baixa para formar um sinal suave que sobe e desce correspondendo à quantidade relativa de tempo em que o sinal de comutação está ligado e desligado. Essa saída filtrada passa para a entrada de um gatilho Schmitt. O efeito líquido é que a saída do gatilho Schmitt só passa de baixo para alto depois que um sinal infravermelho recebido excita o fotodiodo por mais tempo do que algum período conhecido, e uma vez que o gatilho Schmitt é alto, ele só se move para baixo depois que o sinal infravermelho deixa de excitar o fotodiodo por mais tempo do que um período conhecido semelhante. Considerando que o fotodiodo é propenso a chaveamento espúrio devido ao ruído do ambiente, o atraso adicionado pelo filtro e gatilho Schmitt garante que a saída apenas comute quando há certamente uma entrada estimulando o dispositivo.

Os triggers Schmitt são comuns em muitos circuitos de chaveamento por motivos semelhantes (por exemplo, para debouncing de switch ).

Lista de IC incluindo gatilhos Schmitt de entrada

Philips 74HCT14D, um gatilho Schmitt de inversão hexadecimal

Os seguintes dispositivos da série 7400 incluem um gatilho Schmitt em sua (s) entrada (s): (consulte a lista de circuitos integrados da série 7400 )

• 7413: Porta NAND de 4 entradas de gatilho Schmitt duplo
• 7414: Inversor de gatilho Hex Schmitt
• 7418: Porta NAND de 4 entradas de gatilho Schmitt duplo
• 7419: Inversor de gatilho Hex Schmitt
• 74121: Multivibrador monoestável com entradas de gatilho Schmitt
• 74132: Quad 2 entradas NAND Schmitt Trigger
• 74221: Multivibrador monoestável duplo com entrada Schmitt Trigger
• 74232: Gatilho Quad NOR Schmitt
• 74310: Buffer octal com entradas de gatilho Schmitt
• 74340: Buffer octal com entradas de gatilho Schmitt e saídas invertidas de três estados
• 74341: Buffer octal com entradas de gatilho Schmitt e saídas não invertidas de três estados
• 74344: Buffer octal com entradas de gatilho Schmitt e saídas não invertidas de três estados
• 74 (HC / HCT) 7 541 Octal Buffer com entradas Schmitt Trigger e três estados não invertidos
• SN74LV8151 é um buffer Schmitt-trigger universal de 10 bits com saídas de 3 estados

Vários dispositivos da série 4000 incluem um gatilho Schmitt em suas entradas: (consulte a lista de circuitos integrados da série 4000 )

• 4017: Contador de década com saídas decodificadas
• 4020: Contador de ondulação binário de 14 estágios
• 4022: Contador octal com saídas decodificadas
• 4024: Contador de ondulação binário de 7 estágios
• 4040: Contador de ondulação binário de 12 estágios
• 4093: Quad 2-Input NAND
• 4538: Multivibrador monoestável duplo
• 4584: Gatilho Schmitt de inversão hexadecimal
• 40106: Inversor Hex

Chips de porta única configuráveis ​​de entrada Schmitt: (consulte a lista de circuitos integrados da série 7400 # Chips de uma porta )

• NC7SZ57 Fairchild
• NC7SZ58 Fairchild
• SN74LVC1G57 Texas Instruments
• SN74LVC1G58 Texas Instruments

Use como um oscilador

Formas de onda de saída e capacitor para oscilador de relaxação baseado em comparador

Uma implementação baseada em Schmitt Trigger de um oscilador de relaxamento

Um gatilho Schmitt é um multivibrador biestável e pode ser usado para implementar outro tipo de multivibrador, o oscilador de relaxamento . Isso é obtido conectando um único circuito de integração RC entre a saída e a entrada de um gatilho Schmitt inversor. A saída será uma onda quadrada contínua cuja frequência depende dos valores de R e C e dos pontos de limiar do disparo Schmitt. Uma vez que vários circuitos de disparo Schmitt podem ser fornecidos por um único circuito integrado (por exemplo, o dispositivo CMOS da série 4000 tipo 40106 contém 6 deles), uma seção sobressalente do IC pode ser rapidamente colocada em serviço como um oscilador simples e confiável com apenas dois externos componentes.

Aqui, um gatilho Schmitt baseado em comparador é usado em sua configuração de inversão . Além disso, o feedback negativo lento é adicionado a uma rede RC de integração . O resultado, mostrado à direita, é que a saída oscila automaticamente de V _SS para V _{DD à} medida que o capacitor carrega de um limite de disparo Schmitt para o outro.

Veja também

• Aplicações de amplificadores operacionais
• Circuito multivibrador biestável
• Detector de limiar com histerese
• Lista de circuitos integrados da série 4000 - inclui chips lógicos com entradas de gatilho Schmitt
• Lista de circuitos integrados da série 7400 - inclui chips lógicos com entradas de gatilho Schmitt

Notas

Referências

links externos

• Calculadora do gatilho de inversão de Schmitt
• Calculadora de gatilho Schmitt sem inversão