اشمیت تریگر چیست و چگونه کار می‌کند؟

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: در این آموزش می‌آموزیم که Schmitt Trigger یا اشمیت تریگر چیست و چگونه کار می‌کند. 

بررسی اجمالی
Schmitt Trigger یک نوع ورودی منطقی است که هیسترزیس یا دو سطح ولتاژ آستانه متفاوت را برای لبه بالا و پایین ارائه می‌دهد. این ویژگی مفید است، زیرا می‌تواند از خطا‌های زمانی که سیگنال‌های ورودی نویزدار داریم که می‌خواهیم سیگنال‌های موج مربعی را از آن دریافت کنیم، جلوگیری کند.

به عنوان مثال، اگر سیگنال ورودی پر سر و صدایی مانند این داشته باشیم، یعنی دو پالس داشته باشد، دستگاهی که فقط یک نقطه تنظیم یا آستانه دارد، می‌تواند ورودی نادرست دریافت کند و می‌تواند بیش از دو پالس را ثبت کند همانطور که در این تصویر نشان داده شده است. اگر از Schmitt Trigger برای سیگنال ورودی یکسان استفاده کنیم، به دلیل دو آستانه متفاوت، ورودی صحیح دو پالس دریافت خواهیم کرد؛ بنابراین این کارکرد اصلی Schmitt Trigger است، برای تبدیل امواج مربعی پر سر و صدا، امواج سینوسی یا ورودی لبه‌های آهسته به امواج مربعی تمیز.

انواع تریگر‌های اشمیت
آی سی‌های منطقی زیادی وجود دارند که دارای تریگر‌های اشمیت داخلی در ورودی‌های خود هستند، اما همچنین می‌توان آن را با استفاده از ترانزیستور یا با استفاده از تقویت کننده عملیاتی یا مقایسه کننده و فقط افزودن چند مقاومت به آن و بازخورد مثبت، ساخت.

تریگر اشمیت مبتنی بر تقویت کننده عملیاتی
در اینجا یک op-amp داریم که ورودی معکوس به زمین یا صفر ولت و ورودی غیر معکوس به یک ورودی ولتاژ VIN وصل می‌شود؛ بنابراین این در واقع یک مقایسه کننده است و ورودی غیر معکوس را با ورودی معکوس یا در این مورد ولتاژ ورودی VIN را با ۰ ولت مقایسه می‌کند؛ بنابراین وقتی مقدار VIN زیر ۰ ولت باشد خروجی مقایسه کننده VCC منفی خواهد بود و اگر ولتاژ ورودی بالای ۰ ولت است و خروجی VCC مثبت خواهد بود.

حال اگر با اتصال ولتاژ خروجی به ورودی غیر معکوس با یک مقاومت بین آن‌ها و یک مقاومت دیگر بین VIN و ورودی غیر معکوس، یک بازخورد مثبت اضافه کنیم، ماشه اشمیت را دریافت خواهیم کرد. اکنون هنگامی که ولتاژ در گره A از ۰ ولت عبور کند، خروجی از VCC– به VCC+ تغییر خواهد کرد.

این بدان معناست که اکنون با تنظیم مقادیر مقاومت‌ها می‌توانیم با استفاده از معادلات زیر سوئیچ را در چه مقدار ورودی VIN تعیین کنیم. این معادلات را با روابط زیر بدست می‌آوریم. جریان "i" از طریق این خط برابر است با VIN - VA تقسیم بر R۱ و همچنین VA - VOUT تقسیم بر R۲. بنابراین اگر VA را با صفر جایگزین کنیم، زیرا به آن مقدار برای رخ دادن سوئیچ نیاز داریم، آن معادله نهایی را به دست خواهیم آورد. به عنوان مثال اگر خروجی ۱۲- ولت باشد و ورودی VIN منفی باشد و افزایش یابد، سوئیچ از ۱۲- ولت به ۱۲ ولت با توجه به معادله و مقادیر مقاومت‌ها در ۶ ولت رخ می‌دهد و برعکس با ورودی VIN. بالا است و سوئیچ را از ۱۲ + ولت به - ۱۲ ولت کاهش می‌دهد در ۶- ولت رخ می‌دهد.

اشمیت تریگر غیر متقارن

برای به دست آوردن دو آستانه غیر متقارن مختلف، می‌توانیم از این مدار یک تریگر اشمیت تک توان معکوس استفاده کنیم. در اینجا ولتاژ VREF همان VCC آپ امپ است. اکنون، چون ورودی VIN به ورودی معکوس op-amp متصل می‌شود زمانی که مقادیر آن به آستانه بالایی می‌رسد، خروجی به ۰ ولت خاموش می‌شود و سپس زمانی که مقادیر آن به آستانه پایین کاهش می‌یابد، خروجی روی ۵ ولت روشن می‌شود.

در اینجا مثالی از نحوه محاسبه آستانه‌ها آورده شده است. VREF و VCC ۵ ولت و سه مقاومت همان ۱۰k اهم خواهند بود؛ بنابراین آنچه که اکنون باید محاسبه کنیم ولتاژ گره A است. در حالت اول که خروجی ۰ ولت است مدار ما به این شکل خواهد بود، یک تقسیم کننده ولتاژ ساده و مقدار VA برابر با ۱.۶۶ ولت است. روی ۵ ولت حالا با این ۵ ولت در خروجی مدار به این شکل خواهد بود. مقدار VA ۳.۳۳ ولت خواهد بود. این بدان معناست که ورودی VIN باید بالاتر از این مقدار باشد تا خروجی به ۰ ولت خاموش شود.