اشمیت در الکترونیک مدرن ایجاد می کند: درک نقش و توانایی های آنها

ماشه اشمیت یک مؤلفه اصلی الکترونیکی است که برای اولین بار توسط Otto H. Schmitt در سال 1937 به عنوان "ماشه ترمونی" معرفی شد.در درجه اول از طریق فرآیند معروف به هیسترزیس ، که با مکانیسم آستانه دوگانه آن برای تبدیل سیگنال مشخص می شود ، تسهیل می شود.ماشه اشمیت بیشتر توسط دو نوع اصلی آن مثال زده می شود: محرک های معکوس و غیر معکوس اشمیت ، هر یک نیازهای عملیاتی متمایز را ارائه می دهد.این مقاله در مورد عملکردهای پیچیده ، کاربردهای محرک اشمیت ، تجزیه و تحلیل مکانیسم های عملیاتی آنها ، محاسبات آستانه ، پیامدهای عملی در طراحی الکترونیکی مدرن ، به ویژه برجسته تأثیر CMO ها در تقویت عملکرد در برنامه های کم مصرف و نقش آنها در فن آوری های مختلف بحث شده است.دامنه ها

کاتالوگ

شکل 1: نماد ماشه اشمیت

نقش هیسترزیس در محرک اشمیت

اشمیت باعث می شود سیگنال های آنالوگ ناپایدار به خروجی های دیجیتال پایدار تبدیل شوند.این تبدیل از طریق یک فرآیند منحصر به فرد به نام هیسترزیس حاصل می شود که با بازخورد مثبت تسهیل می شود.هیسترزیس دو ولتاژ آستانه مجزا را برای انتقال بین حالات خروجی معرفی می کند: یکی برای افزایش سیگنال های ورودی و دیگری برای سقوط.این مکانیسم تضمین می کند که پس از تغییر حالت خروجی ، تا زمانی که ولتاژ ورودی از یک آستانه متفاوت و به طور خاص تنظیم شود ، پایدار می ماند.این سیستم آستانه دوگانه ، مشکل سر و صدای سیگنال یا پچ پچ را در نزدیکی سطح آستانه از بین می برد و در نتیجه پردازش سیگنال دیجیتال قابل اطمینان تر می شود.آنها طراحی مدار را برای سیگنال های دیجیتال ساده می کنند و عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم های عامل در محیط های پر سر و صدا را افزایش می دهند.محرک های اشمیت در بسیاری از برنامه ها اساسی هستند ، از تهویه سیگنال ساده در الکترونیک مصرفی گرفته تا سیستم های ارتباطی دیجیتالی پیچیده.

شکل 2: هیسترزیس یک ماشه اشمیت

خصوصیات ماشه اشمیت

• عملکرد قابل استفاده

محرک های اشمیت می توانند یکی از دو حالت خروجی ممکن را حفظ کنند تا سیگنال ورودی از یک آستانه تعریف شده عبور کند.این آستانه ها ، معروف به آستانه های فوقانی (V_U) و پایین (V_L) ، شرایطی را تعیین می کنند که تحت آن وضعیت خروجی تغییر می کند.

• هیسترزیس و بازخورد مثبت

هسته اصلی عملکرد Schmitt Hysteresis است که با بازخورد مثبت در مدار فعال می شود.هیسترزیس دامنه ای بین V_U و V_L ایجاد می کند که در آن حالت خروجی بدون تغییر باقی می ماند تا اینکه ورودی از آستانه مخالف فراتر رود.این طرح تضمین می کند که نوسانات ورودی جزئی ، که اغلب در اثر نویز الکتریکی یا اختلالات گذرا ایجاد می شود ، باعث ایجاد تغییرات ناخواسته در خروجی نمی شود.این ثبات مانع از تغییر سریع حالت و خطاها در مدارهای دیجیتال می شود و باعث می شود اشمیت برای برنامه های حساس به زمان ایده آل باشد.

شکل 3: اثر نویز بر روی سیگنال ورودی و خروجی

• آستانه های متقارن و نامتقارن

محرک اشمیت می تواند با سطح آستانه متقارن یا نامتقارن طراحی شود و انعطاف پذیری را برای برنامه های خاص ارائه می دهد.از آستانه های متقارن استفاده می شود که در طول هر دو لبه در حال ظهور و در حال سقوط یک سیگنال به دقت مساوی مورد نیاز است.آستانه های نامتقارن در سناریوهایی مفید هستند که بر اساس جهت تغییر سیگنال ورودی ، مانند برخی از تهویه های پالس یا مدارها ، رفتارهای مختلف مورد نیاز است.

نقطه ماشه بالا و پایین ماشه اشمیت

شکل 4: نقطه ماشه بالا و پایین

در یک مدار ماشه اشمیت با استفاده از OP-AMP 741 ، UTP به معنای نقطه ماشه فوقانی است و LTP به معنای نقطه ماشه پایین تر است.اگر ورودی از آستانه فوقانی (UTP) پیشی بگیرد ، خروجی کم می شود.و اگر ورودی زیر آستانه پایین (LTP) فرو رود ، خروجی زیاد می شود.هنگامی که ورودی بین این آستانه ها قرار می گیرد ، خروجی بدون تغییر باقی می ماند.

به عنوان مثال ، ولتاژ هیسترزیس (V هیسترزیس) به عنوان UTP منهای LTP محاسبه می شود.

نقطه آستانه فوقانی (UTP) و نقطه آستانه پایین (LTP) جایی هستند که سیگنال ورودی با آن مقایسه می شود.بنابراین ، مقادیر UTP و LTP توسط فرمول های زیر تعیین می شود:

هنگام مقایسه دو سطح ، نوسان یا بی ثباتی می تواند در آستانه رخ دهد.هیسترزیس با جلوگیری از چنین نوسانات این مسئله را از بین می برد.بر خلاف یک مقایسه کننده استاندارد که از یک ولتاژ مرجع واحد استفاده می کند ، یک ماشه اشمیت از دو ولتاژ مرجع مختلف ، معروف به UTP و LTP استفاده می کند.

برای مدار ماشه اشمیت با استفاده از OP-AMP 741 ، مقادیر UTP و LTP را می توان با معادلات زیر محاسبه کرد.

چگونه یک اشمیت کار می کند؟

شکل 5: مدار ماشه اشمیت

یک ماشه اشمیت از بازخورد مثبت استفاده می کند ، جایی که بخشی از خروجی دوباره به ورودی تغذیه می شود.این حلقه بازخورد مورد نیاز است زیرا به مدار اجازه می دهد تا حتی در صورت وجود نوسانات ولتاژ یا سر و صدا ، حالت خروجی پایدار را حفظ کند.این عملیات پایدار از خروجی های نامنظم در منطقه ای که به عنوان "منطقه مرده" شناخته می شود ، جلوگیری می کند ، جایی که سیگنال های ورودی در غیر این صورت می توانند باعث بی ثباتی شوند.

ماشه اشمیت به تعامل بین ولتاژ ورودی ، ولتاژ مرجع و مقاومت بازخورد بستگی دارد.هنگامی که ولتاژ ورودی بالا می رود و سقوط می کند ، از آستانه های خاصی عبور می کند که باعث ایجاد پاسخ مدار می شود.آستانه پایین ، هنگام عبور ، حالت خروجی را تغییر می دهد.این حالت تا زمانی که ورودی به آستانه فوقانی برسد ، باقی می ماند ، در این مرحله خروجی به حالت اصلی خود باز می گردد.

این مکانیسم آستانه دوگانه به ماشه اشمیت اجازه می دهد تا یک انتقال پایدار بین حالتهای خروجی ایجاد کند و خطر خطاهای ناشی از سر و صدا را کاهش دهد.هنگامی که یک سیگنال ورودی باعث تغییر حالت شود ، فقط یک ورودی قابل توجه و برعکس این حالت را معکوس می کند و از سوسو زدن خروجی مشترک در مقایسه های سنتی جلوگیری می کند.این امر باعث می شود که اشمیت برای برنامه هایی که نیاز به یکپارچگی سیگنال و ثبات مانند تهویه سیگنال ، سوئیچینگ سوئیچ و مدارهای تولید پالس دارند ، بسیار قابل اعتماد باشد.

تقویت طرح ماشه اشمیت شامل بهینه سازی مقاومت بازخورد و تنظیم آستانه ها با توجه به نیازهای عملیاتی خاص است.این پیشرفت ها تضمین می کند که ماشه اشمیت در برنامه های پر سرعت از انتظارات عملکردی برخوردار است.

شکل 6: Schmitt Trigger Working

انواع محرک اشمیت

آنها بر اساس رابطه بین سیگنال های ورودی و خروجی آنها در دو نوع اصلی قرار می گیرند: محرک های غیر معکوس اشمیت و محرک های معکوس اشمیت.

ماشه معکوس اشمیت

شکل 7: ماشه معکوس اشمیت

یک محرک Schmitt واژگونی سیگنالی را برعکس ورودی می کند.هنگامی که سیگنال ورودی زیر یک آستانه پایین پایین قرار می گیرد ، خروجی بالا می رود.و هنگامی که ورودی از آستانه بالایی فراتر رود ، خروجی به پایین سوئیچ می شود.این وارونگی از طریق یک مقاومت بازخورد حاصل می شود که باعث ایجاد یک حلقه هیسترزیس می شود و انتقال خروجی را حتی با ورودی های سریع در حال تغییر تثبیت می کند.

در اینجا نحوه عملکرد آن آورده شده است:

ولتاژ تحریک (VT) با فرمول محاسبه می شود ،

اگر خروجی (v_خارج) در اشباع مثبت است (+v_نشست) ، سپس VT مثبت است.اگر Vout در اشباع منفی است (-V_نشست) ، سپس VT منفی است.

دو نکته آستانه وجود دارد:

• آستانه فوقانی (VUT): هنگامی که خروجی +V است_نشست

• آستانه پایین (VLT): هنگامی که خروجی -V است_نشست

در اینجا نحوه رفتار مدار آمده است:

• هنگامی که ولتاژ ورودی (v_در) بیشتر از VT ، خروجی است (v_ای) به -v می رود_نشستبشر

• هنگامی که VIN کمتر از VT ، V است_ای به +v می رود_نشستبشر

هنگامی که ولتاژ ورودی (VIN) زیر آستانه فوقانی (VUT) است ، خروجی در اشباع مثبت باقی می ماند (+V_نشست).به محض اینکه ولتاژ ورودی از آستانه فوقانی (VUT) فراتر رود ، خروجی به اشباع منفی می چرخد ​​(-V_نشست).خروجی در این حالت باقی می ماند تا زمانی که ولتاژ ورودی زیر آستانه پایین (VLT) سقوط کند ، در این مرحله خروجی به اشباع مثبت تغییر می کند (+V_نشست).

بنابراین ، هنگامی که ولتاژ ورودی از آستانه بالا یا پایین (VUT و VLT) عبور می کند ، خروجی فقط تغییر می کند.بین این دو آستانه ، خروجی بدون در نظر گرفتن تغییرات در ولتاژ ورودی ، در هر دو VSAT یا –VSAT پایدار است.این محدوده به عنوان "باند مرده" یا "عرض هیسترزیس" (H) شناخته می شود.

شکل 8: شکل های موج ورودی و خروجی

شکل 9: فرم ماشه معکوس اشمیت

ویژگی های انتقال یک محرک Schmitt معکوس شکل مستطیلی را روی نمودار تشکیل می دهد.این مستطیل حلقه هیسترزیس نامیده می شود.این نشان می دهد که خروجی یکسان باقی می ماند تا اینکه ولتاژ ورودی از یکی از سطح آستانه عبور کند.علاوه بر این ، حلقه هیسترزیس به عنوان "باند مرده" یا "منطقه مرده" نیز شناخته می شود زیرا خروجی در پاسخ به سیگنال ورودی در این محدوده تغییر نمی کند.

عرض حلقه هیسترزیس (H) به شرح زیر محاسبه می شود:

این بدان معنی است که عرض حلقه هیسترزیس دو برابر ولتاژ تحریک کننده (VT) است.

برنامه های کاربردی Schmitt معکوس

محرک های معکوس اشمیت به طور گسترده ای در شکل دادن به شکل موج مورد استفاده قرار می گیرند و ورودی های آنالوگ نوسان را به سیگنال های دیجیتال پایدار تبدیل می کنند.آنها در سیستم های مدولاسیون عرض پالس (PWM) و مدارهای نوسان ساز خوب هستند ، جایی که آستانه های سیگنال مداوم از قابلیت اطمینان عملیاتی اطمینان می دهند.و توانایی آنها در وارونگی سیگنال ها باعث می شود که آنها برای مدارهایی که نیاز به حالت های منطقی معکوس دارند ، مانند برخی کنترل های خودکار و مدارهای زمان بندی ، مناسب باشند.

مزایای محرک های معکوس اشمیت

مزیت اصلی محرک های معکوس اشمیت ، انعطاف پذیری آنها در دست زدن به سیگنال ها است که در آن خروجی معکوس مفید است.این ویژگی به طراحان این امکان را می دهد تا طرح های مدار نوآورانه ، به ویژه در برنامه های پیچیده دیجیتالی و زمان بندی را ایجاد کنند که در آن به پردازش دقیق سیگنال نیاز دارد.

ماشه غیر معکوس Schmitt

محرک های غیر معکوس Schmitt همان قطبیت بین سیگنال های ورودی و خروجی را حفظ می کنند.هنگامی که ورودی از آستانه فوقانی فراتر رود ، خروجی بالا تولید می شود و هنگامی که ورودی از زیر آستانه پایین بیاید ، خروجی به پایین سوئیچ می شود.شبیه به محرک های معکوس ، محرک های غیر معکوس از یک مکانیسم بازخورد برای تثبیت خروجی استفاده می کنند و با وجود تغییرات ورودی ، عملکرد قابل اعتماد را تضمین می کنند.

در اینجا نحوه عملکرد آن آورده شده است:

ولتاژ در ترمینال غیر وارونه (V+) با ولتاژ در ترمینال معکوس (V-) مقایسه می شود ، که روی (= 0V) تنظیم شده است

دو شرط وجود دارد که باید در نظر بگیرید:

• هنگامی که v^با> v^جدید ولتاژ خروجی VO =+V_نشست

• چه زمانی حرفهای^باجدید ولتاژ خروجی VO = -V_نشست

هر دو ولتاژ ورودی (V_در) و ولتاژ خروجی (v_ای) ولتاژ را در ترمینال غیر معکوس تأثیر می گذارد (v^با).با استفاده از قضیه subposition ، ما می توانیم V پیدا کنیم^بابشر

وقتی v_ای زمینی است:

وقتی v_در زمینی است:

ولتاژ کل در V^با است ،

نقاط تحریک:

اشباع مثبت

• هنگامی که v_ای است +V_نشست، خروجی به +v سوئیچ می شود_نشست وقتی v^با از 0 ولت عبور می کند.

• در نقطه تعویض ، v_در= VT و V^با = 0V.

با استفاده از معادله برای V^با:

حل برای VT:

این نقطه آستانه پایین (VLT) است.

اشباع منفی

• وقتی VO -v است_نشست، خروجی به –v تغییر می کند_نشست وقتی v^با از 0 ولت عبور می کند.

• در نقطه تعویض ، v_در = VT و V^با = 0V.

با استفاده از معادله برای V^با:

حل برای VT:

این نقطه آستانه فوقانی (VUT) است.

عرض هیسترزیس (H) تفاوت بین نقاط آستانه بالا و پایین است:

این عرض حلقه هیسترزیس را نشان می دهد ، و دامنه ولتاژ ورودی را نشان می دهد که در آن خروجی تغییر نمی کند.

شکل 10: شکل موج ورودی و خروجی Schmitt غیر وارونه و فرم ماشه اشمیت

کاربردهای اشمیت غیر معکوس باعث می شود

محرک های غیر معکوس اشمیت در درجه اول در تهویه سیگنال برای فیلتر کردن نویز از سیگنال های ورودی استفاده می شوند و آنها را برای برنامه هایی که نیاز به خروجی های دیجیتالی تمیز از ورودی های آنالوگ پر سر و صدا دارند ، ایده آل می کند.آنها همچنین به تولید امواج مربعی از ورودی های سینوسی و در مدارهای بازنگری برای سوئیچ های مکانیکی نیاز دارند و فعال سازی های پایدار و قابل اعتماد را ارائه می دهند.

مزایای محرک های غیر معکوس اشمیت

مهمترین مزیت محرک های غیر معکوس اشمیت ، پردازش سیگنال ساده آنها ، تراز کردن حالت های خروجی نزدیک با ورودی و کاهش خطاهای ناشی از سر و صدا است.این سادگی ، همراه با سطح آستانه قابل تنظیم ، باعث می شود محرک های غیر معکوس برای طیف گسترده ای از الکترونیک ، از دستگاه های اصلی مصرف کننده گرفته تا سیستم های صنعتی پیشرفته مناسب باشند.

Schmitt Trigger با استفاده از IC 555

شکل 11: ماشه اشمیت با استفاده از 555 IC

این مدار را می توان با استفاده از اجزای الکترونیکی اساسی با IC555 مونتاژ کرد.پین های 4 و 8 از IC555 به منبع VCC متصل می شوند ، در حالی که پین ​​های 2 و 6 با هم کوتاه می شوند و از طریق خازن ورودی دریافت می کنند.

نقطه اتصال مشترک این دو پین را می توان با ولتاژ تعصب خارجی با استفاده از یک تقسیم ولتاژ که از دو مقاومت ، R1 و R2 تشکیل شده است ، تهیه کرد.خروجی حالت خود را هنگامی که ورودی بین دو مقدار آستانه ، معروف به هیسترزیس باشد ، حفظ می کند و به مدار اجازه می دهد تا به عنوان یک عنصر حافظه عمل کند.

آستانه ها در دو سوم VCC تنظیم شده اند و یک سوم VCC.مقایسه کننده فوقانی در دو سوم VCC عمل می کند ، در حالی که پایین تر است مقایسه کننده در یک سوم VCC فعالیت می کند.ولتاژ ورودی با اینها مقایسه می شود آستانه با استفاده از یک مقایسه کننده جداگانه ، متعاقباً تنظیم یا تنظیم مجدد Flip-Flop (FF).بسته به نتیجه مقایسه ، خروجی به a سوئیچ می شود حالت بالا یا پایین

Schmitt Trigger با استفاده از ترانزیستورها

شکل 12: ماشه اشمیت با استفاده از ترانزیستورها

می توان آن را با اجزای الکترونیکی اساسی مونتاژ کرد و دارای دو ترانزیستور برای این مدار است.هنگامی که ولتاژ ورودی (v_در) 0 ولت است ، ترانزیستور T1 انجام نمی دهد ، در حالی که ترانزیستور T2 به دلیل ولتاژ مرجع انجام می دهد (V_پیروز) با ولتاژ 1.98.در گره B ، مدار به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ عمل می کند و ولتاژ را می توان با استفاده از عبارات زیر محاسبه کرد:

ولتاژ ترانزیستور T2 کم است ، با ترمینال امیتر در 0.7 ولت ، که کمتر از ترمینال پایه در 1.28 V است.

با افزایش ولتاژ ورودی ، ترانزیستور T1 شروع به انجام می کند و باعث می شود ولتاژ ترمینال پایه ترانزیستور T2 کاهش یابد.هنگامی که ترانزیستور T2 از انجام کار متوقف می شود ، ولتاژ خروجی افزایش می یابد.

از آنجا که ولتاژ ورودی در ترمینال پایه ترانزیستور T1 کاهش می یابد ، T1 غیرفعال می شود زیرا ولتاژ ترمینال پایه آن از 0.7 ولت فراتر می رود. این اتفاق زمانی رخ می دهد که جریان امیتر کاهش می یابد و باعث می شود ترانزیستور وارد حالت فعال شود.در نتیجه ، جمع کننده و ولتاژهای ترمینال پایه T2 افزایش می یابد و جریان کمی از طریق T2 را فراهم می کند ، که بیشتر ولتاژ امیتر را پایین می آورد و T1 را خاموش می کند.

برای غیرفعال کردن T1 ، ولتاژ ورودی باید به 1.3 ولت کاهش یابد.بنابراین ، دو ولتاژ آستانه 1.9 ولت و 1.3 ولت است.

نوسان سازهای ساده و سوئیچ سوئیچ با استفاده از محرک های اشمیت

شکل 13: اسیلاتور ماشه اشمیت

نوسان سازهای ساده

Schmitt Triggers به ​​دلیل سطح آستانه دوگانه خود می تواند به عنوان نوسان سازهای ساده ، مشابه یک تایمر 555 عمل کند.آنها به طور مستقل سیگنال های دوره ای مورد نیاز برای پالس های ساعت مداوم یا منابع زمان بندی را تولید می کنند.فرایند نوسان به شارژ و تخلیه خازن قابل پیش بینی از طریق این آستانه ها متکی است.این امر باعث می شود اشمیت برای کارهای مختلف زمان بندی و تولید شکل موج در الکترونیک مصرفی و سیستم های صنعتی ایده آل باشد.

شکل 14: Schmitt Trigger Debouncing

سوئیچینگ کردن

محرک های اشمیت در سوئیچ ها مورد نیاز است.سوئیچ های مکانیکی غالباً به دلیل ویژگی های بدنی ، مانند خاصیت ارتجاعی یا بهاری ، سیگنال های پر سر و صدا تولید می کنند و منجر به انتقال سیگنال های متعدد و ناخواسته می شوند.این سر و صدا با جفت شدن محرک های اشمیت با یک مدار مقاومت (RC) ، این سر و صدا تمیز می شود و اطمینان حاصل می شود که هر پرس سوئیچ یک پالس واحد و تمیز تولید می کند.این تنظیم قابلیت اطمینان و عملکرد مدارهای الکترونیکی ، به ویژه در دستگاه های مصرف کننده و کنترل های صنعتی را که در آن اقدامات دقیق ورودی مورد نیاز است ، بهبود می بخشد.

تمایز بین محرک های اشمیت و مقایسه

جنبه	اشمیت باعث می شود	مقایسه کننده های استاندارد
عمل اساسی	مقایسه با هیسترزیس با استفاده از مثبت بازخورد	مدار op-amp با دو سیگنال ورودی
انتقال خروجی	به دلیل هیسترزیس پایدار و قابل اعتماد است	بر اساس سیگنال ورودی زیاد یا پایین
پاسخ به نوسانات ورودی	در آستانه های ولتاژ ورودی خاص تغییر می کند	جابجایی سریع با نوسانات ورودی جزئی
برنامه	هر شکل موج را به شکل موج مربعی تبدیل می کند	ردیاب عبور صفر ، ردیاب پنجره
تنظیم حساسیت	عرض هیسترزیس تنظیم دقیق	به مدار خارجی اضافی نیاز دارد
سطح آستانه	آستانه های فوقانی (VUT) و پایین (VLT)	تعریف شده در 0V یا VREF (ولتاژ مرجع)
دلهره	حال ، vh = vut - vlt	موجود نیست ، ولتاژ هیسترزیس صفر است
ولتاژ مرجع خارجی	لازم نیست	باید اعمال شود
بازخورد	از بازخورد مثبت استفاده می کند	پیکربندی حلقه را باز کنید ، بدون حلقه بازخورد
مزایا	خروجی های سازگار و مقاوم در برابر سر و صدا	ساده تر ، پایدار و بدون اجزای اضافی

تمایز بین محرک های اشمیت و بافر

جنبه	اشمیت ماشه	بافنده
عمل اساسی	سیگنال های آنالوگ را به دیجیتال تبدیل می کند تمیز کردن سیگنال های پر سر و صدا.	سیگنال ورودی را برای بزرگتر کردن تقویت می کند بارها بدون تغییر وضعیت منطقی آن.
انتقال خروجی	انتقال شدید به دلیل هیسترزیس ، که امکان تعویض قطعی را فراهم می کند.	انتقال مستقیم و تیز که تکرار می شود حالت منطق ورودی.
پاسخ به نوسانات ورودی	پاسخگو ؛خروجی ها را در برابر مختصر تثبیت می کند ، نوسانات بی ربط به دلیل هیسترزیس.	کمتر پاسخگو ؛مستقیماً هر نوسانات خروجی.
برنامه	در تهویه سیگنال و ایده آل در محیط هایی با سر و صدای الکتریکی	در مدارهای دیجیتال برای اطمینان از سیگنال استفاده می شود یکپارچگی در مسافت های طولانی تر یا مدارهای بار بالاتر.
تنظیم حساسیت	قابل تنظیم از طریق عرض هیسترزیس ؛می تواند باشد برای سطح سر و صدای مختلف تنظیم شده است.	به طور معمول بر اساس طراحی بافر ثابت است و نمی توان تنظیم کرد.
سطح آستانه	دارای دو سطح آستانه برای تعویض ، که به ایمنی سر و صدا کمک می کند.	یک سطح آستانه مطابق با منطق ورودی سطح.
دلهره	بله ، حاوی هیسترزیس است که به شما کمک می کند تثبیت ورودی های پر سر و صدا.	نه ، فاقد هیسترزیس است و آنها را کمتر می کند در برابر سر و صدا موثر است.
ولتاژ مرجع خارجی	برای تنظیم تعویض قابل استفاده است آستانه	قابل اجرا نیستبر اساس ورودی عمل می کند ولتاژ مستقیم.
بازخورد	بازخورد مثبت برای ایجاد اثر هیسترزیس.	مکانیسم بازخورد درگیر نیست.به عنوان یک عمل می کند تقویت کننده سیگنال ساده.
مزایا	عالی برای محیط های پر سر و صدا ؛کاهش می یابد پچ پچ و شروع کاذب.	طراحی ساده ، کم هزینه و موثر در حفظ دامنه سیگنال بدون تخریب.

ماشه CMOS Schmitt

شکل 15: ماشه CMOS Schmitt

فناوری CMOS با فعال کردن آنها در سطح قدرت پایین تر ، به طور قابل توجهی محرک های اشمیت را بهبود می بخشد.این بهبود برای دستگاههای قابل حمل و قابل حمل در جایی که به راندمان انرژی نیاز دارد لازم است.استفاده از فن آوری مکمل اکسید-هادی (CMOS) مکمل در Schmitt Triggers از مصرف انرژی استاتیک کم اجزای CMOS استفاده می کند.

ادغام فناوری CMOS به اشمیت اجازه می دهد تا انرژی کمتری را به خود جلب کنند و تولید گرما را در حین کار کاهش دهند و قابلیت اطمینان و دوام را افزایش دهند.این برای دستگاه هایی که نیاز به طول عمر طولانی مدت و حداقل نگهداری دارند مناسب است.Schmitt مبتنی بر CMOS همچنین از مقیاس پذیری و سازگاری این فناوری با سایر فرآیندهای نیمه هادی مدرن بهره مند می شود.این امر باعث می شود آنها در محیط های سیگنال دیجیتال و مختلط کاربرد زیادی داشته باشند.

CMOS Schmitt باعث می شود عملکرد منطق آستانه سنتی با فناوری نیمه هادی پیشرفته با قدرت پایین ترکیب شود و آنها را برای کاربردهای الکترونیکی پیشرفته ایده آل کند.این برنامه ها از سیستم های تعبیه شده در تنظیمات خودرو و صنعتی گرفته تا الکترونیک مصرفی که نیاز به راندمان بالا و طراحی جمع و جور دارند ، متغیر است.استفاده استراتژیک از فناوری CMOS ، مزایای ذاتی اشمیت را تقویت می کند و بر نقش در حال تحول آنها در طراحی الکترونیکی معاصر تأکید می کند.

Schmitt تأثیر بر سنسورها دارد

فناوری Trigger Schmitt ، که باعث کاهش نویز و تولید سیگنال های پایدار می شود ، در الکترونیک مدرن مورد نیاز است زیرا باعث بهبود دقت و قابلیت اطمینان سنسور می شود.در دما ، صدا و سنسورهای سبک برای فیلتر کردن سیگنال های ناخواسته و کاهش قرائت های کاذب استفاده می شود.با تنظیم آستانه های راست و بی اعتنایی به تغییرات ورودی کوچک تا زمانی که یک آستانه بزرگ عبور شود ، این روش ضمن از بین بردن نویز ، عملکرد سنسور را بهبود می بخشد.

اشمیت باعث می شود که فعال سازی سنسور را مدیریت کند ، بر اساس شرایط خاص ، صرفه جویی در قدرت و گسترش عمر سنسور ، آنها را روشن یا خاموش کند.آنها با تنظیم آستانه ها برای سیگنال های مختلف ، دامنه اندازه گیری سنسور را افزایش می دهند و اندازه گیری های دقیق را در محیط های مختلف امکان پذیر می کنند.تنظیم محرک های اشمیت شامل انتخاب آستانه های مناسب است و پس از تنظیم ، آنها به صورت خودکار کار می کنند و خوانش های مداوم و دقیق را بدون تنظیم مداوم ارائه می دهند.اشمیت باعث بهبود سیستم های سنسور می شود و آنها را دقیق و قابل اعتماد می کند و برای هر کسی که سنسورها را در الکترونیک مدرن طراحی و استفاده می کند مفید است.

مزایا و مضرات محرک اشمیت

عملکرد پیشرفته با ایمنی سر و صدای برتر

محرک های اشمیت به دلیل مصونیت عالی از سر و صدای آنها برای بهبود مدارهای الکترونیکی مدرن مفید هستند.آنها سیگنال ها و سر و صدای بی ربط را فیلتر می کنند ، و اطمینان می دهند که خروجی پایدار و واضح است.این قابلیت اطمینان در برنامه های دقیق ، جلوگیری از خطاها و عدم اطمینان عملیاتی ناشی از سر و صدا است.اشمیت باعث می شود توانایی حفظ خروجی مداوم در شرایط مختلف ، به جلوگیری از تحریک کاذب کمک کند.

تطبیق پذیری در سیستم های الکترونیکی

تطبیق پذیری اشمیت باعث می شود که آنها به طور گسترده ای در سیستم های الکترونیکی مختلف مورد استفاده قرار گیرند.آنها در نقش هایی از تولید نوسانات دقیق در مدارهای زمان بندی گرفته تا ورودی های ورودی در سوئیچ های مکانیکی به کار می روند.این انعطاف پذیری آنها را به یک مؤلفه اصلی در طراحی الکترونیکی تبدیل می کند ، که با طیف گسترده ای از کارکردها سازگار است.

طراحی چالش ها و پیچیدگی کالیبراسیون

با این حال ، محرک اشمیت نیز چالش های طراحی را ارائه می دهد.تنظیم آستانه های صحیح برای انتقال سیگنال نیاز به کالیبراسیون دقیق منحنی هیسترزیس دارد.مهندسان باید این آستانه ها را با دقت تنظیم کنند تا پاسخگویی را با ثبات تعادل برقرار کنند ، که می تواند طراحی مدار را پیچیده کند.دستیابی به عملکرد بهینه نیاز به تنظیم دقیق و افزودن پیچیدگی به سیستم های الکترونیکی دارد.

مصرف انرژی بالاتر

Schmitt به دلیل اجزای اضافی مورد نیاز برای هیسترزیس ، مانند مقاومت بازخورد ، معمولاً قدرت بیشتری نسبت به مقایسه کننده های اساسی مصرف می کند.این تقاضای برق بالاتر می تواند در برنامه های حساس به انرژی در صورت نیاز به کارآیی باشد.

برنامه های کاربردی اشمیت

محرک های اشمیت برای رفع نیازهای متنوع صنعتی و تجاری در اشکال و بسته های مختلف در دسترس هستند.در بازار مؤلفه های الکترونیکی ، آنها اغلب در دستگاه هایی مانند بافر یا اینورترها یکپارچه می شوند.با این حال ، همه این دستگاه ها از فناوری ماشه اشمیت استفاده نمی کنند.به عنوان مثال ، اینورتر Hex 74HC04 شامل ورودی های ماشه اشمیت است که آن را در شرایط پر سر و صدا مؤثر می کند.به طور مشابه ، چهارچوب و دروازه 4081 دارای ورودی های ماشه اشمیت است و باعث افزایش یکپارچگی سیگنال می شود.

محرک های اشمیت در هر دو فرم DIP (بسته درون خطی) و SMD (دستگاه نصب سطح) در دسترس هستند ، پذیرایی از روش های مختلف مونتاژ و الزامات طراحی.انتخاب بسته مناسب به نیازهای خاص برنامه مانند محدودیت های فضایی و ترجیحات تولید بستگی دارد.

محرک های اشمیت برای طیف گسترده ای از پروژه ها ، از الکترونیک ساده DIY گرفته تا سیستم های صنعتی پیشرفته مناسب هستند.آنها یکپارچگی سیگنال را تقویت می کنند و عملکرد مدار الکترونیکی را بهبود می بخشند و آنها را در موجودی الکترونیکی سرگرمی و حرفه ای نیاز دارند.

پایان

ماشه اشمیت بخش برجسته ای از طراحی الکترونیکی است که دقت ، قابلیت اطمینان و تطبیق پذیری را برای اهداف مختلف ارائه می دهد.این به کاهش نویز سیگنال کمک می کند و بخشی اساسی از فناوری CMOS با انرژی کارآمد است.در حالی که طراحی و کالیبراسیون محرک های اشمیت می تواند پیچیده باشد ، فواید آنها در کاهش سر و صدا و ثبات بسیار عالی است.آنها در بسیاری از زمینه ها ، از تهویه سیگنال سنسور گرفته تا مدارهای دیجیتال پیشرفته استفاده می شوند و اهمیت و انعطاف پذیری ماندگار آنها را در تکنولوژی در حال تحول نشان می دهند.درک تاریخ ، جنبه های فنی و استفاده های عملی ، اهمیت مداوم محرک های اشمیت و نقش آنها در نوآوری های الکترونیکی آینده را برجسته می کند.

سوالات متداول [سؤالات متداول]

1. محرک اشمیت چه کاری انجام می دهد؟

ماشه اشمیت یک مدار الکترونیکی است که به عنوان یک ردیاب و مبدل سطح ولتاژ سیگنال عمل می کند.این کار برای تبدیل سیگنال های مختلف ورودی به سیگنال های خروجی دیجیتال پایدار است.ویژگی اصلی یک ماشه اشمیت هیسترزیس آن است ، ویژگی ای که شامل دو سطح ولتاژ آستانه مختلف است: یکی برای انتقال از پایین به بالا (آستانه فوقانی) و دیگری برای انتقال از بالا به پایین (آستانه پایین).این عمل آستانه دوگانه به از بین بردن نویز کمک می کند و انتقال های تمیز و تیز را فراهم می کند ، که برای تثبیت سیگنال هایی که ممکن است پر سر و صدا باشند یا دامنه های نوسان داشته باشند مفید است.

2. چرا ما به جای مقایسه از Schmitt Trigger استفاده می کنیم؟

در حالی که هر دو محرک اشمیت و مقایسه کننده برای مقایسه سطح ولتاژ استفاده می شوند ، محرک های اشمیت در برنامه هایی که نیاز به ایمنی نویز بیشتری دارند و ثبات سیگنال ترجیح داده می شوند.یک مقایسه کننده بسته به اینکه ولتاژ ورودی بالاتر یا پایین تر از یک آستانه واحد باشد ، یک حالت بالا یا پایین را خروجی می کند.اگر سیگنال ورودی در اطراف آستانه معلق باشد ، به ویژه اگر سیگنال پر سر و صدا باشد ، می تواند منجر به تغییر سریع خروجی شود.ماشه اشمیت ، با دو سطح آستانه مجزا ، با ایجاد تمایز مشخص بین حالتهای بالا و پایین حتی در حضور نویز سیگنال ، از این مشکل جلوگیری می کند و از این طریق باعث تثبیت خروجی می شود.

3. آیا یک اشمیت یک اینورتر است؟

یک ماشه اشمیت می تواند بسته به نیاز ، به عنوان اینورتر یا غیر اینورتر عمل کند.هنگامی که ولتاژ ورودی از زیر آستانه پایین و سیگنال کم در هنگام ورودی بیش از آستانه فوقانی پایین می آید ، یک ماشه اشمیت سیگنال بالایی را خروجی می کند.اگر به عنوان یک ماشه Schmitt معکوس طراحی شود ، منطق ورودی را معکوس می کند ، به این معنی که وقتی ورودی زیر آستانه پایین و در بالای آستانه فوقانی باشد ، خروجی کم است.بنابراین ، آیا یک ماشه اشمیت به عنوان اینورتر عمل می کند به پیکربندی مدار خاص آن بستگی دارد.

4- از کجا از محرک های اشمیت استفاده می شود؟

اشمیت در برنامه هایی که به سیگنال های دیجیتالی تمیز از ورودی های پر سر و صدا یا آنالوگ نیاز دارند ، ایجاد می کند.آنها معمولاً برای تهویه سیگنال برای تصفیه خروجی های سنسور قبل از تغذیه آنها به مدارهای دیجیتال ، تولید موج مربع در نوسان سازها برای تولید سیگنال های پایدار از ورودی های پر سر و صدا یا سینوسی استفاده می شوند ، سوئیچ ها را برای اطمینان از انتقال خروجی واحد با وجود گزاف گویی مکانیکی و در سیستم های ارتباطی به آنها اطمینان می دهند.سیگنال های مسافت طولانی را که ممکن است سر و صدای تخریب یا انباشته شده باشد ، تفسیر کنید.

5- مقدار ماشه اشمیت چقدر است؟

مقدار یک محرک اشمیت در توانایی خود در تأمین ثبات سیگنال و ایمنی سر و صدا در سیستم های الکترونیکی دیجیتال نهفته است.ویژگی آستانه دوگانه آن به تبدیل سیگنال های پر سر و صدا یا آنالوگ به موارد دیجیتالی بدون خطاهای ناشی از سر و صدای سیگنال یا تداخل کمک می کند.این توانایی در تقویت قابلیت اطمینان و عملکرد سیستم های الکترونیکی ، به ویژه در محیط هایی که در معرض تداخل الکترومغناطیسی بالا قرار دارند.بنابراین ، محرک های اشمیت در برنامه هایی که نیاز به پردازش سیگنال دیجیتال قوی دارند ، ضروری هستند.