14.4. Триггер Шмитта

Триггер Шмитта функционально является компаратором, уровни включения и выключения которого не совпадают, как у обычного компаратора, а различаются на величину, называемую гистерезисом переключения U_Г. В данном разделе рассматривается несколько примеров использования интегральных компараторов в качестве триггера Шмитта. Простейшая схема компаратора, представленная на рис. 14.5, имеет два недостатка. При медленно изменяющемся входном сигнале напряжение на выходе также может изменяться достаточно медленно. Более того, если во входном сигнале присутствует шум, то на выходе может происходить дребезг в те моменты, когда напряжение на входе проходит через точку переключения (рис. 14.11). Оба недостатка позволяет устранить положительная обратная связь (рис. 14.12).

Рис. 14.11. Переключение компаратора без обратной связи

Инвертирующий триггер Шмита. В схеме триггера Шмитта, представленной на рис. 14.12, гистерезис переключения достигается тем, что компаратор охватывается положительной обратной связью через делитель напряжения R₁R₂. Если к инвертирующему входу приложено большое отрицательное напряжение – U_ВХ, то выходное напряжение компаратора составит U_ВЫХ=U_{ВЫХмакс}. На неинвертирующем входе потенциал будет составлять:

U_{Н макс} = U_{ВЫХ макс} ·R₁ / (R₁ + R₂).

Рисунок 14.12 - Инвертирующий триггер Шмита

При повышении входного напряжения U_ВХ, величина выходного напряжения U_ВЫХ сначала не меняется. Но как только U_ВХ достигает значения U_Нмакс, выходное напряжение начинает падать, а вместе с ним снижается и потенциал на неинвертирующем входе U_Н. Благодаря действию этой положительной обратной связи U_ВЫХ скачком падает до величины U_ВЫХмин, а потенциал U_Н будет достаточно большой отрицательной величиной, и достигнутое состояние – стабильным. Теперь выходное напряжение изменится опять до значения U_{ВЫХмакс} только тогда, когда входное напряжение U_ВХ достигнет значения U_Нмакс. Передаточная характеристика и временные диаграммы, соответствующая такой схеме триггера Шмитта, представлены на рис. 14.13 и 14.14.

14.5. Компараторы на интегральных микросхемах

Интегральные компараторы напряжения, входящие в состав отдельных серий интегральных схем, представляют собой специализированные операционные усилители с дифференциальным входом и одиночным или парафазным (прямым и инверсным) выходами. Входной каскад обычно работает в линейном режиме, а выходной формирует значение сигналов логических 0 и 1 на уровнях, соответствующих данной серии микросхем.

Рис. 14.13. Передаточная характеристика инвертирующего триггера Шмитта

Рис. 14.14. Временная диаграмма инвертирующего триггера Шмитта

Интегральные микросхемы компараторов можно разделить по совокупности параметров на три группы:

- общего применения (t _ЗД.Р. < 300нс, К_У < 100дБ);

- быстродействующие (t _ЗД.Р. < 30нс);

- прецизионные (К_У > 100дБ, Е_СМ < 3мВ, ΔI_ВХ < 10нА).

Основные отличительные характеристики интегральных компараторов приведены в табл.17.1.

ТАБЛИЦА 14.1.

Сравнительные характеристики интегральных компараторов напряжения

Группа ИМС компараторов напряжения	Отличительные параметры				Серийно выпускаемые ИМС
	t ЗД.Р., нс	Ку, В/мВ	IВХ, мкА	ΔIВХ, мкА
Общего применения	30 – 120	0,5 – 40	1 – 80	0,1 – 3	521СА1 521СА2
Прецизионные	120 – 1000	> 40	0,1	0,03	521СА3
Быстродейст-вующие	< 30	0,5 – 10	10 – 60	1 – 8	521СА4 597СА1

Компараторы общего назначения имеют довольно скромные характеристики. Однако эти компараторы имеют свои преимущества – они потребляют меньшую мощность, могут работать при низком напряжении питания и в одном корпусе располагается до четырех компараторов. Так, например, счетверенные компараторы среднего быстродействия К1401СА2 имеют время задержки распространения меньше 3 мкс, ток потребления 2мА, коэффициент усиления 90 дБ и напряжение смещения нулевого уровня меньше 5 мВ.

Многие компараторы общего назначения имеют на выходе транзистор с открытым коллектором, что позволяет подключать нагрузку этого транзистора к внешнему источнику питания, напряжение которого выбирается в зависимости от типа используемой логики.

Прецизионные компараторы отличаются от компараторов общего назначения рядом улучшенных характеристик. Они имеют повышенный коэффициент усиления, меньшее пороговое напряжение переключения, пониженное напряжение смещения нулевого уровня и малый входной ток. Быстродействие этих компараторов обычно не очень высокое, время переключения обычно меньше 300 нс. В качестве примера можно привести отечественный компаратор К554СА3, имеющий коэффициент усиления 110 дБ, напряжение смещения 3 мВ, входной ток 3 нА, время переключения 200 нс.

Быстродействующий компаратор напряжения КМ597СА2, имеющий на выходе уровни ТТЛ–логики, обладает параметрами: время задержки распространения 12 нс, напряжение смещения 2 мВ, входной ток 10 нА.