Джапанка на Schmitt [SKO]
Джапанката на Schmitt също спада към групата на бистабилните джапанки. Тази схема, за разлика от вече споменатата бистабилна тригерна верига с два транзистора, може да се управлява (задейства) от входен сигнал с всякаква форма, дори и с постояннотоково напрежение. Ето защо той също принадлежи към групата на оформящите вериги. Ако приложим сигнал от всякаква форма към входа на веригата на тригера на Schmitt, винаги получаваме правоъгълен сигнал за форма на изхода. Схемата на веригата с характеристиката на зъбното колело на веригата е показана на следващата фигура.
Това е двустепенен еднопосочно свързан усилвател с въведена положителна обратна връзка чрез емитерния резистор R E. Този резистор е често срещан резистор на емитер и за двата транзистора T1 и T2. В тази схема транзисторът Т 2 е отворен, а транзисторът Т 1 е затворен. В преходно състояние транзисторът Т2 е затворен, а транзисторът Т1 е отворен. Управлението на транзистора T 2 от транзистора T 1 се осъществява чрез резистивен делител, съставен от резистори R 1 и R 2 .
| Забележка: | В някои случаи преходното състояние на ССЗ се нарича нестабилно състояние. Това обозначение не е много правилно, тъй като продължителността на нестабилното състояние на верига, напр. MKO, се дава изключително от свойствата на дадената верига. Веригата остава в нестабилно състояние дори след като входният сигнал, който я е причинил, е утихнал и след определено време, определено от свойствата на веригата, се е върнало в стабилно състояние. Продължителността на преходното състояние на някаква верига, напр. SKO, се дава изключително от външни влияния, а не от свойствата на дадената верига. Въпреки че веригата има стабилно състояние, към което е настроена след подаване на захранващото напрежение или след отслабване на външното въздействие, но в преходно състояние то остава, докато външното въздействие действа върху нас (във нашето входно напрежение U 1 от необходимото ниво). |
Работата на веригата се основава на сравнение на величината на входния сигнал U 1 с величината на еталонното напрежение на веригата, дадена от сумата на напреженията U BE1 и U RE. Това референтно напрежение се променя по време на работа на веригата на тригер на Schmitt. Както може да се види на фигурата, в случай на преход на веригата от стабилно състояние в преходно състояние, еталонното напрежение има стойността U 11, в случай на преход на веригата от преходно състояние в състояние на таблицата, еталонното напрежение има стойността U 12. Разликата между двете референтни напрежения U 11 и U 12 се нарича хистерезис на веригата (зоната на нечувствителност на веригата към промени в нивото на входния задействащ сигнал). Размерът му се определя от хистерезисното напрежение U H:
U H = U 11 - U 12
Важно условие за правилната работа на веригата на тригер на Schmitt е, че максималният ток на колектора I K1 на транзистора T 1 е по-малък от максималния ток на колектора I K2 на транзистора T 2. Така че можем да напишем:
U 11 = U BE1 + U RE = U BE1 + R E .I K2
U 12 = U BE1 + U ‘RE = U BE1 + R E .I K1
т.е., ако: I K1 I K2
тогава: U 11> U 12
Обърнете внимание на работата на веригата от момента на свързване на захранващото напрежение + U CC без приложеното начално напрежение U 1. След свързване на захранването транзисторът T 1 остава в затворено състояние, тъй като няма управляващо напрежение U 1, приложено към основата му. Поради тази причина ток I d протича през резистора R K1 към резисторния разделител R 1, R 2. На резистора R 2 този ток създава достатъчен спад на напрежението и U R2, което кара транзистора T 2 да се отвори. Транзисторът T 2 достига насищане и има напрежение на насищане U SAT2 между неговия колектор и емитер. На изхода на веригата има напрежение U от 2 размера:
U 2 = U SAT2 + U RE = U SAT2 + R E .I K2
Това състояние на веригата се нарича стационарно състояние.
Когато напрежението на изключване U 1 е приложено към входа на веригата, стационарното състояние не се променя, докато:
Ако входното начално напрежение U 1 достигне нивото на еталонното напрежение U 11, транзисторът T 1 се отваря леко, което води до намаляване на неговото колекторно напрежение U K1. Намаляването на това напрежение води до намаляване на тока I d през резисторния делител R 1, R 2 и по този начин също до намаляване на напрежението U R2 на резистора R 2, което кара транзистора T 2 да се затвори. Чрез затваряне на транзистора T 2 неговият ток на колектора I K2 също намалява, което води до намаляване на напрежението U RE на резистора R E. С увеличаване на напрежението U RE, напрежението U BE1 между основата и излъчвателя на транзистора T 1 се увеличава (дадено от разликата между входното напрежение U 1 и напрежението U RE), което прави транзистора T 1 отворен още повече, напрежението на неговия колектор U K1 намалява още повече, което причинява по-значително затваряне на транзистора T 2 с по-значително намаляване на тока I K2 и напрежението U RE. Целият този процес е затворен цикъл, който протича във веригата и резултатът е, че напрежението U BE1 между основата и излъчвателя на транзистора Т1 непрекъснато се увеличава, транзисторът Т1 се отваря за насищане заедно с пълното затваряне на транзисторът Т 1. На изхода на веригата напрежението U 2 е равно на пълното захранващо напрежение + U CC .
Описаният процес протича във веригата много бързо, лавинообразно, поради силната положителна обратна връзка и е ограничен главно от свойствата на използваните транзистори, особено паразитния капацитет между основата и излъчвателя на транзистора Т 2. Следователно, в практическа връзка, ускоряващият капацитет C се използва за свързване паралелно на резистора R 1 в резисторния делител R 1, R 2 (осигурява бърз трансфер на заряд от колектора на транзистора T 1 към основата на транзистора T 2 ).
По този начин веригата преминава в преходно състояние и остава там, докато входното начално напрежение U 1 достигне нивото на еталонното напрежение U 12. В момента, когато U 1 = U 12, обратният процес започва във веригата, както описахме в предишния случай. Транзисторът T 1 се затваря леко, което увеличава напрежението U K1 на неговия колектор, което води до увеличаване на тока I d през разделителя R 1, R 2 с последващо увеличаване на спада на напрежението U R2 на резистора R 2. Напрежението U R2 е леко отворено от транзистора T 2, през който започва да тече малък колекторен ток I K2. Този ток I K2 причинява увеличаване на спада на напрежението U RE на емитерния резистор R E, което води до намаляване на напрежението U BE1 между основата и емитера на транзистора T 1. Тъй като транзисторът T 1 се затваря още повече, напрежението U K1 се увеличава още повече заедно с напрежението U R2, което прави транзистора T 2 още по-отворен и токът му на колектор I K2 продължава да нараства. С увеличаване на тока I K2 се увеличава и напрежението U RE и в същото време напрежението U BE1 намалява, като транзисторът T 1 се довежда до състояние на пълно затваряне с последващо пълно отваряне на транзистора T 2. На изхода на веригата има напрежение U от 2 размера:
U 2 = U SAT2 + U RE = U SAT2 + R E .I K2
Веригата се е върнала в стабилно състояние.
Тригерната верига на Schmitt работи много надеждно. Избирайки резистори R 1, R 2, R K2 и R E, ние можем да повлияем на величината на хистерезиса на веригата, която обаче може да бъде променена само в диапазона от няколко десетки до стотици mV. Избирайки тези резистори, ние също можем да повлияем на чувствителността, скоростта и надеждността на веригата. Ако използваме тези резистори в стационарно състояние, за да настроим работния b от транзистор T 2 в областта на силно насищане, тогава свойствата на веригата няма да са толкова зависими от параметрите на използваните транзистори. Ако зададем работната точка на транзистора T 2 до границата на зоната на насищане с тези резистори, веригата ще бъде по-чувствителна към промени във входното напрежение (хистерезисът ще бъде малък), по-бърза, но по-зависима от параметрите на използваните транзистори.
Използването на флип-флоп веригата на Schmitt е главно в цифровата технология и технологията за автоматизация, където се използва способността й да преобразува всеки сигнал в правоъгълен сигнал със стръмно лице и тюл (преден и заден ръб). Тъй като работата на веригата се основава на сравняване на входното напрежение на спусъка с референтното напрежение на веригата, можем да го използваме като амплитуден компаратор. Използва се и в нискочестотната технология за получаване на правоъгълен сигнал от синусоидален или трион в т.нар. функционални генератори.
. Използването на съдържанието на страниците или техните части за „квазиавторски“ и търговски цели противоречи на авторското право и е възможно само със съгласието на автора . Изготвил: Ing. Александър Хаткович Изпращайте коментари или въпроси на адреса