شميت الزناد - عرض عام

أثناء تصميم دائرة النبضة ، قد يحتاج المطور إلى جهاز عتبة يمكن أن يشكل إشارة مستطيلة نقية مع قيم معينة لمستويات الجهد العالي والمنخفض من إشارة الدخل ذات الشكل غير المستطيل (على سبيل المثال ، سن المنشار أو الجيوب الأنفية).

يعد المشغل Schmitt ، وهو عبارة عن دائرة بها زوج من حالات الخرج الثابت ، والتي تحت تأثير إشارة الإدخال ، تستبدل بعضها البعض في قفزة ، مناسبة تمامًا لهذا الدور ، أي أن الإخراج هو إشارة مستطيلة.

تتمثل إحدى الخصائص المميزة لمشغل Schmitt في وجود نطاق معين بين مستويات الجهد لإشارة الدخل ، عندما يتم تبديل الجهد الناتج لإشارة الدخل عند إخراج هذا المشغل من مستوى منخفض إلى مستوى عالٍ ، والعكس بالعكس.

تسمى خاصية المشغل Schmitt التخلفية ، ويطلق على جزء الخاصية المميزة بين قيم المدخلات العتبة منطقة التباطؤ. يحدد الفرق بين القيم العليا والدنيا لمدخل المشغل Schmitt عرض منطقة التباطؤ ، والذي يعمل كمقياس لحساسية المشغل. كلما اتسعت مساحة التباطؤ - كلما كانت حساسية شميت أقل حساسية ، وأضيق نطاق التباطؤ - زادت الحساسية.

تتوفر مشغلات شميت في شكل دوائر مصغرة متخصصة ، حيث يمكن أن توجد عدة مشغلات منفصلة داخل حاوية واحدة في وقت واحد. هذه الدوائر الدقيقة لها عتبة تبديل عادية معينة ، وتعطي جبهات شديدة الانحدار عند الخرج ، على الرغم من إشارة الدخل التي تكون بعيدة عن الشكل المستطيل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا إنشاء المشغل Schmitt على أساس العناصر المنطقية ، وفي هذه الحالة يكون لدى المطور الفرصة لتعيين وتعديل عرض منطقة التباطؤ لجهاز عتبة الجهاز بدقة.

إيلاء الاهتمام لهذا الرقم ، والنظر عن كثب في مبدأ الزناد شميت.

فيما يلي توضيح تخطيطي لعنصر المشغل ، وكذلك خصائص نقله ووقته. كما ترون ، عندما يكون مستوى إشارة الدخل Uin أقل من الحد الأدنى Ufor.n ، فإن خرج المشغل Schmitt لديه أيضًا ، وفقًا لذلك ، مستوى الجهد المنخفض U0 قريب من الصفر.

في عملية زيادة جهد إشارة الإدخال Uin ، تصل قيمتها أولاً إلى الحد الأدنى لمنطقة التباطؤ Uпор.н ، العتبة السفلية ، في حين أن الإخراج ، كما كان من قبل ، لا يغير شيئًا. وحتى عندما يدخل Uin جهد الدخل إلى منطقة التباطؤ ، وداخله لبعض الوقت ، فلن يحدث أي شيء في المخرج - لا يزال الناتج منخفض الجهد U0.

ولكن بمجرد مقارنة مستوى جهد الإدخال Uin مع الحد الأعلى لمنطقة التباطؤ Ufor.in (منطقة الاستجابة) ، ينتقل ناتج الزناد إلى حالة مستوى الجهد العالي U1. إذا استمر الجهد الكهربي للإدخال (Uin) في الزيادة أكثر (ضمن الحدود المسموح بها للدائرة الصغيرة) ، فلن يتغير الجهد الناتج Uout بعد الآن ، حيث يتم الوصول إلى إحدى حالتين مستقرة - مستوى عالٍ من U1.

الآن ، دعنا نقول أن جهد إدخال Uin بدأ في الانخفاض. عند العودة إلى منطقة التباطؤ ، لا توجد تغييرات في المخرجات ؛ المستوى لا يزال مرتفعًا U1. ولكن بمجرد أن تساوي فولطية إشارة الدخل Uin الحد الأدنى لمنطقة التباطؤ Uпн.н - ينتقل خرج المشغل Schmitt إلى الحالة ذات مستوى الجهد المنخفض U0. ويستند عمل الزناد شميت على هذا.

في بعض الأحيان ، تكون مشغلات Schmitt مفيدة ، حيث يتم تطبيق العنصر المنطقي "I" داخل الدائرة الصغيرة ، ويتم تثبيت العاكس "NOT" عند الإخراج (المشغل المقلوب Schmitt).في هذه الحالة ، ستبدو خاصية النقل في الاتجاه المعاكس: عندما يتجاوز الجهد الحد العلوي لمنطقة التباطؤ ، يظهر مستوى منخفض في ناتج مشغل Schmitt ، وعندما يعود إلى أسفل منطقة التباطؤ ، يظهر مستوى عالٍ في الخرج. هذا عمليا عنصر AND-NOT مع التباطؤ.

شميت الزناد يمكن تجميعها و على مكبر للصوت التشغيلي (المرجع أمبير). لنلقِ نظرة على أحد خيارات تنفيذه بشكل عام. ترتكز المدخلات المقلوبة لـ op-amp ، ويتم تغذية إشارة الدخل من خلال المقاوم R1 إلى المدخلات غير المقلوبة للأمر op-amp. يتم توصيل إخراج المرجع أمبير على طول سلسلة التغذية المرتدة من خلال المقاوم R2 إلى المدخلات غير المقلوبة من المرجع أمبير. تتم إزالة الجهد المستطيل من إخراج المرجع أمبير.

يتم تحديد الجهد عند إخراج مضخم التشغيل بشكل تقليدي بواسطة الصيغة Uout = K * Ua. عادةً ما يكون Uout.max مساوياً لجهد التزويد op-amp (دعنا نشير إليه بالزان E) ، و K هو الكسب opamp ، إنه في حدود 1،000،000. يمكن أن يختلف الجهد الناتج من + E إلى -E. هنا لن ندخل في تفاصيل معينة ، ولتبسيط الفهم ، سننظر في مثال حي حيث يكون المقاوم المدخلات والمقاوم في دائرة التغذية المرتدة متساويين مع بعضهما البعض: R1 = R2.

لذلك ، في البداية ، عندما يكون Uin = 0 ، وبالتالي Ua = 0 ، ثم Uout = 0 ، لأن الجهد عند المدخلات غير المقلوبة لـ op-amp لا يتجاوز الجهد عند دخله المقلوب.

إذا تم الآن زيادة Uvh بشكل طفيف ، فستزيد Ua أيضًا قليلاً. بعد ذلك سوف تزيد Uout زيادة كبيرة (وفقًا لقيمة K) ، لأن الجهد عند المدخلات غير المقلوبة لـ op-amp سوف يتجاوز الجهد عند مدخلاته المقلوبة ، والتي ، كما قررنا ، ترتكز. ثم ، نظرًا لحقيقة أن النقطة Ua هي بين المقاومات المتصلة وفقًا للرسم البياني أعلاه ، عند النقطة Ua ، سيزداد الجهد بشكل كبير ، وسوف يصبح Uout / 2 تقريبًا ، وبسبب الانهيار في ردود الفعل الإيجابية ، جهد Uout مستقر (يساوي الجهد الكهربائي للتزويد نظام التشغيل = E). وبالتالي ، فإن op-amp دخل في حالة مستقرة مع مستوى جهد خرج عالي. علاوة على ذلك ، Ua = (E + Uin) / 2.

إذا بدأنا في هذه الحالة بتخفيض Uin ، فعندما يصبح مساوياً للصفر ، عند النقطة Ua سيظل هناك E / 2 ، وعند إخراج op-amp ستبقى هناك جهد عالي المستوى Uout = E.

فقط عندما تصبح Uin مساوية لـ -E ، عندئذٍ تصبح Ua مساوية للصفر ، ويذهب خرج المرجع أمبير إلى حالة ذات مستوى جهد منخفض (-E). في هذه الحالة ، سينشأ مرة أخرى انهيار جليدي للتعليقات - الآن Uout = -E ، Ua = (Uin-E) / 2 ، وهذا أقل بكثير من المدخلات غير المقلوبة لـ op-amp. دخل المشغل إلى حالة مستقرة مع انخفاض مستوى الإنتاج. بحيث يعود الآن إخراج op-amp إلى حالة عالية ، من الضروري أن يصبح Uin مرة أخرى مساويًا لـ E ، مما يؤدي إلى حدوث انهيار جليدي آخر في التعليقات. العودة إلى نقطة الصفر لن تحدث.