Schmitt-triggerkretsar: En Djupdykning i Elektronikens Hysteres
Vad är en Schmitt-triggerkrets?
En Schmitt-triggerkrets är en komparator med hysteres, vilket innebär att den har två tröskelvärden för att växla mellan sina utgångstillstånd. Till skillnad från en vanlig komparator, som växlar tillstånd vid ett enda tröskelvärde, introducerar en Schmitt-trigger ett ”dödband” där små variationer i insignalen inte påverkar utgången. Detta dödband kallas hysteres.
Denna egenskap gör Schmitt-triggerkretsar idealiska för att eliminera brus och skapa tydliga digitala signaler från analoga insignaler. När insignalen överstiger det övre tröskelvärdet växlar utgången till ett högt tillstånd. När insignalen sedan sjunker under det lägre tröskelvärdet växlar utgången till ett lågt tillstånd. Denna skillnad mellan de två tröskelvärdena är hysteres.
Hur fungerar en Schmitt-triggerkrets?
En Schmitt-triggerkrets använder vanligtvis en operationsförstärkare (op-förstärkare) eller en komparator i en återkopplingskonfiguration. Denna återkoppling skapar den hysteres som är karakteristisk för kretsen. Det finns två huvudtyper av Schmitt-triggerkretsar: inverterande och icke-inverterande.
- Inverterande Schmitt-trigger: Utgången är inverterad i förhållande till insignalen. När insignalen överstiger det övre tröskelvärdet går utgången låg, och när insignalen sjunker under det lägre tröskelvärdet går utgången hög.
- Icke-inverterande Schmitt-trigger: Utgången är i fas med insignalen. När insignalen överstiger det övre tröskelvärdet går utgången hög, och när insignalen sjunker under det lägre tröskelvärdet går utgången låg.
Hysteresens bredd bestäms av komponentvärdena i kretsen, vanligtvis resistorer. En större hysteres ger bättre brusreducering, men kan också göra kretsen mindre känslig för små signalförändringar.
Tillämpningar av Schmitt-triggerkretsar
Schmitt-triggerkretsar används i en mängd olika elektroniska tillämpningar, inklusive:
- Brusreducering: Eliminering av oönskat brus från analoga signaler för att skapa tydliga digitala signaler.
- Signalformning: Omvandling av långsamt varierande eller oregelbundna signaler till skarpa digitala pulser.
- Relästyrning: Styrning av reläer med tydliga av- och påslag, vilket minskar reläfladder.
- Temperaturkontroll: Användning i termostater och andra temperaturkontrollsystem för att ge exakt av- och påslagning.
- Optiska sensorer: Omvandling av ljusnivåer till digitala signaler med tydliga tröskelvärden.
- Nivådetektering: Detektering av vätskenivåer eller andra fysiska parametrar med tydliga av- och påslag.
Fördelar med Schmitt-triggerkretsar
De främsta fördelarna med Schmitt-triggerkretsar inkluderar:
- Brusimmunitet: Hysteres ger utmärkt brusreducering.
- Tydliga digitala signaler: Skapar skarpa digitala signaler från analoga insignaler.
- Enkel implementering: Kan implementeras med enkla komponenter som operationsförstärkare och resistorer.
- Tillförlitlig drift: Minskar risken för falska utlösningar på grund av brus.
Slutsats
Schmitt-triggerkretsar är en viktig komponent inom elektroniken, särskilt när det gäller signalbehandling och brusreducering. Deras förmåga att skapa tydliga digitala signaler från analoga insignaler gör dem oumbärliga i många tillämpningar. Genom att förstå hur Schmitt-triggerkretsar fungerar och deras olika tillämpningar kan du utnyttja deras potential i dina egna elektronikprojekt.
