II в Триггер Шмитта

Отличительными особенностями этого преобразователя являются :

-наличие двух уровней порогового напряжения ( U_пор на рис.2) : е₀₁, e₀₂ и гистерезисный характер их чередования при воздействии входного сигнала.

-высокая крутизна фронтов выходных прямоугольных импульсов обусловленная действием внутренней положительной обратной связи (СПОС), т.е. регенеративным характером переключения схемы.

-независимость формы выходного сигнала от формы входного.

Схема триггера Шмитта представлена на рис.13

Рассмотрение работы схемы начнем с исходного состояния (в отсутствии входного сигнала) при котором транзистор VT1 - заперт, а VT2 – насыщен.

Для простоты будем считать, что

- в режиме насыщения цепь "коллектор - эмиттер" транзисторов можно изменить короткозамкнутой перемычкой, т. е. U_кэнас = 0.

-в режиме отсечки цепь "коллектор - эмиттер" - разомкнута.

-отпирание транзисторов (их насыщение) происходит при уравнивании потенциалов базы и эмиттера, пренебрегая реально необходимой для этого разницей потенциалов между ними, U_{бэ откр} = 0,7.

Одновременное удержание транзисторов VT1, VT2 в отсечке и насыщении соответственно, обеспечивается следующим образом. Насыщение транзистора VT2 - за счет подачи потенциала ( ≈ - Е_к ) с коллектора запертого VT1, через делитель на резисторах R₅ , R₆ в цепь базы VT2. При этом его коллекторный ток:

I_kVT2 = Е_к/( R₄ + R₇) (2.21)

протекая через резистор R₄, он создает падение напряжения:

e₀₁ = I_kVT2 R₄ = Е_к R₄ /( R₄ + R₇) (2.22)

Если при этом, за счет базового делителя R₁ , R₂ обеспечить потенциал базы VT1 окажется заперт. Выходное напряжение я этом случае будет:

U_вых ≈ e₀₁ (2.23)

Пусть на вход схемы поступает сигнал вида: U_вх­(t) = U_мsin ωt , складываясь с уже имеющимся там напряжением Е₀ задаваемого делителем R₁, R₂

Е₀ = Е_к R₂ /( R₁ + R₂) (2.24)

При условии (2.25) он не вызовет изменения состояния схемы

(2.25)

д о тех пор пока не сравняется с потенциалом эмиттера транзистора VT1 равным e₀₁. При этом транзистор VT1 откроется и шунтируя своим переходом "коллектор - эмиттер" базовую цепь VT2 запирает его. Вследствие исчезновения тока I_kVT2 пропадает и потенциал e₀₁ на эмиттере, ускоряя его открывание. Т.е. через общую эмиттерную нагрузку обоих каскадов (резистор R₄) осуществляется действие ПОС, когда входной сигнал (на базе VT1) и вызванный им выходной (поступающий на эмиттер VT1) ускоряет переключение транзистора VT1 в насыщение. Процесс протекает лавинообразно, что и определяет высокую крутизну фронтов выходного сигнала фактически не зависящую от скорости нарастания входного сигнала, и завершается вхождением транзистора VT1 – в насыщение, а VT2 – в отсечку (рис.14)

Протекающий при этом ток транзистора VT1:

I_kVT1 = Е_к/( R₃ + R₄)

создаёт падение напряжения на резисторе R₄ :

e₀₂ = Е_к R₄ /( R₃ + R₄) (2.26)

и теперь уже это напряжение, а не e₀₁ начинает выполнять роль порогового, т.е. такого при котором запрется транзистор VT1 (и откроется VT2) при уменьшении входного сигнала. С целью обеспечения гистерезисного характера переключения схемы требуется выполнение соотношения между пороговыми уровнями:

| e₀₁| > | e₀₂| (2.27)

которое будет обеспечиваться (сравните 2.22 и 2.26) при следующем выборе коллекторных нагрузок транзисторов VT1, VT2:

R₃ > R₇ (2.28)

При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала U_м транзистор VT1 будет входить во все более глубокое насыщение, а VT2 в отсечку. Выходной сигнал при этом будет оставаться постоянным и равным:

U_вых = Е_к (2.29)

При уменьшении же амплитуды входного сигнала запирание транзистора VT1, а следовательно и насыщения VT2 т.е. возврат схемы триггера в исходное состояние будет происходить при U_вых = | e₀₂| < | e₀₁|

Этот процесс протекает лавинообразно и завершается вхождением транзистора VT1 в отсечку, а VT2 в насыщение.

Таким образом, триггер Шмитта можно рассматривать как преобразователь “ sin → __^┌┐__” амплитудная характеристика которого имеет вид (рис.15)

где т. А - изображает произвольно взятое исходное состояние, задаваемое потенциалом на базе VT1 с помощью делителя R₁, R₂.(т.е. величину Е₀)

Движение стрелок показывает характер изменения выходного сигнала при последовательном увеличении, а затем уменьшении входного. Величины e₀₁, e₀₂ называются порогами переключения схемы. Из рис.15 очевидно следует, что форма выходного сигнала (но не его параметры) не зависят от формы входного. Т.е. фактически является преобразователем сигнала произвольной формы в последовательность прямоугольных импульсов.