Триггер шмитта

 

Изобретение может быть использовано в устройствах автоматики и измерительной техники в электронных релейных схемах с двумя состояниями на выходе. Целью изобретения является уп 10 5 рощение устройства путем обеспечетшя работоспособности при одном источнике опорного напряжения. Цель достигается путем уменьшения кштичества выводов коммутатора. Триггер Шмитта содержит операционный усилитель 1, транзистор 2 в качестве аналогового коммутатора. Транзистор 2, резистор 7 и диод 8 образуют функциональную группу аналогового коммутатора 9. Однополярное опорное напряжет1е способствует существенному упрощению коммутатора 9. Входное и опорное напряжения алгебраически складываются на неинвертирующем входе операционного усилителя по принципу суперпозиции. Цпя исключения дребезга а выходного сигнала в триггере предусмотрена дополнительная обратная . связь через резистор 6, служащая для формирования в триггере малого начального , гистерезиса. 1 ил. (Л с

„„Я0„„1422368 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 03 К 3/286

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕПЬСТВУ

10 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4191773/24-21 (22) 09. 02.87 (46) 07;09 . 88 . Бюл . № 33 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.И. Коровин (53) 621,374(088.8) (56) Яльппев А.У., Разоренов О.И., Многофункциональные аналоговые peryо лирующие устр ойс тна автоматики . M.

Машиностроение, 1981, с. 145, рис. 76.

Титцо У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.:Мир, с. 291, рис. 17.33. (54) ТРИГГЕР ШМИТТА (57) Изобретение может быть использовано в устройствах автоматики и измерительной техники в электронных релейных схемах с двумя состояниями на выходе. Целью изобретения является упрощение устройства путем обеспечения работоспособности при одном источнике опорного напряжения. Цель достигается путем уменьшения количества выводов коммутатора. Триггер Шмитта содержит операционный усилитель 1, транзистор

2 в качестве аналогового коммутатора.

Транзистор 2, резистор 7 и диод 8 образуют функциональную группу аналогового коммутатора 9. Однополярное опорное напряжение способствует существенному упрощению коммутатора 9. Входное и опорное напряжения алгебраически складываются на неинвертирующем входе операционного усилителя по принципу суперпозиции. Для исключения дребезга выходного сигнала в триггере предусмотрена дополнительная обратная связь через резистор 6, служащая для формирования в триггере малого начального, гистерезиса. I ил .

1422368

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и измерительной техники и электронных релейных

Схемах с двумя состояниями на выходе.

Цель изобретения — упрощение устройства путем обеспечения работоспособности при одном источнике опорного напряжения. 10

Цель достигается путем уменьшения количества выводов коммутатора.

На чертеже приведена схема предлагаемого триггера Шмитта.

Триггер содержит операционный уси-15 литель 1, транзистор 2 в качестве аналогового коммутатора, первый, второй, третий, четвертый, пятый резисторы 3-7 соответственно, защитный диод 8, причем транзистор 2, резистор 2О ."7 и .диод 8 образуют функциональную ."группу аналогового коммутатора 9, шины входного напряжения 10 и опор ного напряжения 11. Дпя определенности опорное напряжение имеет положи- 25 тельн ю полярность, что на чертеже отраж .но обозначением +lU0„ 1. Такая конкретизация необходима для выбора проводимости транзистора 2 и полярности включения диода 8, ЗО

Однополярное опорное напряжение способствует существенному упрощению коммутатора 9. В коммутаторе 9 элементы 7 и 8 являются вспомогательными: резистор 7 ограничивает ток базы транзистора 2, а диод 8 защищает баэо-эмиттерный переход транзистора 2 от недопустимого напряжения. Такое включение этих вспомогательных элементов не является единственным. 4О

Например, диод 8 можно включить последовательно с резистором 7 согласно базо-эмиттерному переходу транзистора 2, а на место прежнего включения диода 8 установить дополнительный ре- 45 зистор смещения, Триггер Шмитта работает следующим образом.

Если входное напряжение равно нулю, на выходе операционного усилителя 1 присутствует одно из двух граничных значений (положительное около +12 В или отрицательное около -12 В), Предположим, что оно является граничным отрицательным. Под действием выходного напряжения П „1„ операционного усилителя 1 транзистор 2 закрыт и не влияет на работу операционного усилителя 1. Если плавно увеличивать входное напряжение от нуля в положительном направлении, то при U „ U напряжение на инвертируюшем входе. операционного усилителя 1 более положительно, чем на неинвертирующем из-за влияния резистивного делителя 4,5.

При U<„ = U „ резистор 5 практически отключен вследствие эквипотенциальнос-, ти его выводов. В этом iлучае напряжения входов операционного усилителя

1 относительно обшей шины равны, а разность напряжений между входами равна нулю. Небольшое (около 1 мВ) превышение входного напряжения над опорным приводит к тому, что потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя становится более положительным, чем потенциал его инвертирующего входа. Вследствие этого выходное напряжение переключается на положительное граничное значение, что сопровождается открыванием транзистора 2, приводя к репейному переключению триг- гера, так как обратная связь через транзистор 2 является положительной.

Причем с момента начала открывания транзистора 2 положительная обратная связь проходит активный (линейный) участок. Благодаря ее воздействию происходит скачкообразное возрастание положительного напряжения между неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя 1. В результате первого (прямого) переключения триггер устанавливается во второе устойчивое состояние, при котором транзистор 2 насыщен, а инвертирующий вход операционного усилителя 1 практически принимает потенциал общей шины устройства — нахсдится под потенциалом так называемой виртуальной земли (отличающимся от потенциала общей шины устройства на малую величину, не более 10 мВ,.равную падению напряжения на насыщенном коллекторноэмиттерном переходе транзистора 2) .

Следовательно, первое (прямое) переключение триггера с высокой степенью происходит при Ц „ = По„, Работа триггера не изменится, если транзистор инвертировать, т.е. поменять местами коллектор и эмиттер. Инверсное включение транзистора вообще характеризуется мень|лим падением напряжения на переходе кол.- ектор — эмиттер

Соединение коллектора транзистора 2 с инвертирующим входном операционного усилителя 1 исиользо ано с целью

1422368 обеспечения высоких допустимых уровней напряжений на переходах. Здесь важнее обеспечить высокие цопустимые уровни напряжений на переходах, чему

5 и отвечает соединение коллектора транзистора 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 1. При дальнейшем увеличении входного напряжения в положительном направлении сос- 1ð тояние триггера не меняется. Будем далее уменьшать входное напряжение в направлении нуля, а затем в отрицательном направ.пении. При изменении входного напряжения до нуля состоя- 15 ние триггера не меняется, так как инвертирующий вход операционного усилителя имеет практически потенциал общей шины, а неинвертируюший вход более положительный потенциал . То 2р же наблюдается и при небольшом отрицательном входном напряжении. Входное и опорное напряжения алгебраически складываются на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 по 25 принципу суперпозиции, первое из которых поступает на вход резистивного делителя 3,6 и передаетая на его выход (резистор 6),а второе поступает на вход резистивного делителя 6,4 и передается на его выход (резистор

4). В момент, когда путем изменения входного напряжения в отрицательном направлении напряжение между неинвертирующим и инвертирующим входами опе— рационного усилителя 1 становится отрицательным (достаточно малым по величине) т.е. в момент, когда потенциал неинвертирующего входа операционного усилителя 1 становится отрица- 4р тельным относительно общей шины устройства, происходит второе переключение триггера. Оно заключается в изменении на отрицательную полярность напряжения на выходе операционного усилителя 1. Это изменение сопровождается закрыванием транзистора 2 и будет релейным, так как соответствует линейному участку работы цепи положительной обратной связи операционного уси- 5р лителя через транзистор 2. В процессе переключения из-за него происходит скачкообразное возрастание разности напряжения отрицательного знака между неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя 1. В конце второго (инверсного) переключения транзистор 2 полностью запирается.

Необходимо отметить следующее ° Во время первого (прямого) переключения> когда выходной сигнал операционного усилителя 1 изменяется от отрицательного граничного значения в положительном направлении по положительного значения этого напряжения, когда начинает открываться транзистор 2, т ° е, положительная обратная связь операционного усилителя 1 переходит на линейный участок работы, и во время второго (инверсногo) переключения, когда выходной сигнал операционного усилителя 1 изменяется от положительного граничного значения в отрицательном направлении вплоть до малого положительного значения этого напряжения, когда начинает закрываться транзистор 2, т.е ° положительная обратная связь операционного усилителя 1 переходит на линейный участок работы, релейность переключения триггера или недостаточна, или ее вовсе нет вследствие "бездействия" положительной обратной связи операционного усилителя

1. На этих участках операционный усилитель 1 работает как компаратор беэ гистерезиса, что приводит к дребезгу выходного сигнала. Для исключения этого в триггере предусмотрена дополнительная napanëånüíàÿ положительная обратная связь через резистор 6, служащая для формирования в триггере малого дополнительного (начального) гистерезиса около, например, 3 MR. Дополнительный гистерезис практически не оказывает влияния (ввиду его малости) на точностные характеристики триггера. Пусть зона возврата триггера, сформированная по главной цепи положительной обратной связи операционного усилителя 1 через транзистор 2, равна 1 В, а дополнительный гистерезис равен 10 мВ, следовательно, общая зона возврата триггера равна 1,01 В. Пусть далее нестабиль ность дополнительного гистерезиса равна + 107.. Эта нестабильность приводит к пренебрежимо малому изменению зоны возврата триггера от 1,009 до

1,011 В, т.е. на +0,17. Дополнительный гистерезис триггера можно выбрать меньше, чем 10 мВ. Если он равен 3 мВ, то вызванная его нестабильностью погрешность зоны возврата триггера не превышает 0,03X..

Величины входных напряжений U и

Ug, соответствующих прямому и инверсному переключениям триггера, равны

14? 2368

Ф о р м у л а и.з о б р е т е н и я

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4439/55 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где U „— величина опорного напряжения

R, R — величины сопротивлений резисторов 4 и 5 соответственно, а — зона возврата триггера.

Приняв R < = К получают т.е. симметричную зону возврата триггера относительно нулевого значения входного напряжения.

Триггер Шмитта, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первыми выСоставитель О.Тиц

Редактор Л.Зайцева Техред М .Дидье водами первого и второго резисторов, выход операционного усилителя подключен к управляющему входу аналогового коммутатора, шины входного и опорного напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения устройства, введены третий и четвертый резисторы, причем их первые

1п выводы соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя соответственно, а вторые выводы — с шиной опорного напряжения, второй вывод первого резистора соединен с шиной входного напряжения, коллекторно-змиттерный переход транзистора аналогового коммутатора включен между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устрой2О ства, база транзистора соединена через диод с общей шиной и через пятый резистор с. управляющим входом комму-, татора и вторым выводом второго резистора.