Триггер Шмитта Советский патент 1988 года по МПК H03K3/286 

V6,

1

11 о-

«ми

3

ю

IsD

00

о

00

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 преду- смотрена дополнительная обратная . связь через резистор 6, служащая для формирования в триггере малого начального, гистерезиса. 1 ил. (Л с

1

Г

: Изобретемте относится к и myльcнoй 1 ехнике и может быть использовано в устройствах автоматики и измерительной тех1гики в электронных релейных Схемах с двумя состояниями на выходе

Цель изобретения - упрощение устройства путем обеспечения работоспо- фобности при одном источнике опорного 1апряжения.

I Цель достигается путем уменьшения Количества выводов коммутатора, i На чертеже приведена схема предлагаемого триггера Шмитта.

Триггер содержит операционный усилитель 1, транзистор 2 в качестве . Диалогового коммутатора, первый, вто- рой, третий, четвертый, пятый резисторы 3-7 соответственно, защитный ди- рд 8, причем транзистор 2, резистор 7 и .диод 8 образуют функциональную irpynny аналогового коммутатора 9, шины входного напряжения 10 и опор- ного напряжения 11. Для определеннос- ;ти опорное напряжение имеет положи- тельную полярность, что на чертеже . отражено обозначением It on 1 « Такая конкретизация необходима для выбора проводимости транзистора 2 и полярности включения диода 8,

Однополярное опорное напряжение способствует существенному упрощению комм татора 9. В коммутаторе 9 элементы 7 и В являются вспомогательными: резистор 7 ограничивает ток базы транзистора 2, а диод 8 защищает базо-эмиттерный переход транзистора 2 от недопустимого напряжения. Такое включение этих вспомогательных элементов не является единственным. Например, диод 8 можно включить последовательно с резистором 7 согласно базо-эмиттерному переходу транзистора 2, а на мест о прежнего включения диода 8 установить дополнительный peзистор смещения. ,

Триггер Шмитта работает следующим образом.

Если входное напряжение равно нулЮ на выходе операционного усилите.пя 1 присутствует одно из двух граничных значений (положительное около +12 Б или отрицательное около -12 В). Предположим, что оно является гратшчным отрицательным. Под действием выходного напряжения Ug, операционного усилителя 1 транзистор 2 закрыт и не влияет на работу onepaiy oHHoro усилителя 1 . Р.сли плавно увеличивать входное напряжение от нуля в положительном направлении, то при U х U напряжение на инвертирующем входе опрационного усилителя 1 более положительно, чем на неинвертирующем из-за влияния резистивного делителя 4,5. При Ug Upf, резистор 5 практически отключен вследствие эквипотенциальнос ти его выводов. В этом случае напряжения входов операционного усилителя 1 относительно общей шины равны, а разность напряжений меж,а;у 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 открьгоанием транзистора 2, приводя к репейноггу переключению триг гера, так как обратная связь через транзистор 2 является положительной. Причем с момента начала открьгеания транзистора 2 положительная обратная связь проходит активный (линейный) участок. Благодаря ее воздействию происходит скачкообразное возрастание положительного напряжения между неинвертирующим и инвертируюш 1м входами операционного усилителя 1. В результате первого (прямого) переключения триггер устанавливается во второе устойчивое состояние, при котором транзистор 2 насъщеп, а инвертирующий вход операционного усилителя 1 практически принимает потенциал общей шины устройства - находится под потенциалом так называемой виртуальной земли (отличающимся от потенциала общей пины устройства на малую величину, не более 10 мВ,-равную падению напряжения на насьпценном коллекторно- эмиттерном переходе транзистора 2).

Следовательно, nep;ioe (прямое) переключение трутггера с высокой степенью происходит при Ujy и 5rt . Работа триггера не изменится, если транзистор инвертировать, т.е. поменять местами коллектор и э титтер. Инверсное включение транзистора вообще характеризуется меньшим падением напряжения на переходе коллектор - эмиттер Соединение коллектора транзистора 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 1 использор-апо с целью

обеспечения высоких допустимых уровней напряжений на переходах. Здесь важнее обеспечить высокие допустимые уровни напряжений на переходах, чему и отвечает соединение коллектора транзистора 2 с инвертируюп(им входом операционного усилителя 1. При дальнейшем увеличении входного напряжения в положительном направлении сое- тояние триггера не меняется. Будем далее уменьшать входное напряжение в направлении нуля, а затем в отрицательном направлении. При изменении входного напряжения до нуля состоя- ние триггера не меняется, так как ин вертируюший вход операционного усилителя имеет практически потенциал общей шины, а неинвертирующий вход - более положительный потенциал. То же наблюдается и при небольшом отрицательном входном напряжении. Входное и опорное напряжения алгебраически складываются на неиывертирующем входе операционного усилителя 1 по 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 неинвертируюш 1М 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- тельным относительно общей шины устройства, Происходит второе переключение триггера. Оно заключается в изме- не1ши на отрицательную полярность напряжения на выходе операционного уси- лителя 1. Это изменение сопровождается закрьшанием транзистора 2 и будет релейным, так как соответствует линейному участку работы цепи пбложитель- ной обратной связи операционного уси- 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 вре5 О

5

0 5 0 5

мя первого (прямого) переключения, когда вькоднот сигнал операционного усилителя 1 изменяется от отрицательного граго чного значения в положительном направлении до положитепьного 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 (инверсного) переключения, когда выходной сигнал операционного уси- 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 опера1шонного усилителя 1 переходит на линейный участок работы, ре- лейность переключения триггера или недостаточна, или ее вовсе нет вследствие бездействия положительной обратной связи операш онного усилителя 1. На этих участках операционный усилитель 1 работает как компаратор без гистерезиса, что приводит к дребезгу выходного сигнала. Для исключения этого в триггере предусмотрена дополнительная параллельная положительная обратная связь через резистор 6, служащая для формирования в триггере ма- .лого дополнительного (начального) гистерезиса около, например, 3 мВ. Дополнительный гистерезис практически не оказывает влияния (ввиду его малости) на точностные характеристики триггера. Пусть зона возврата триггера, сформ1 рованная по главной цепи положительной обратной связи операционного усилителя 1 через транзистор 2, равна 1 В, а дополнительный гистерезис равен 10мВ, следовательно, общая зона возврата триггера равна 1,01 В. Пусть далее нестабильность дополнительного гистерезиса равна ±10%. Эта нестабильность при- водит к пренебрежимо малому изменению зоны возврата триггера от 1,009 до 1,011 В, т.е. на ±0,1%. Допаинитель- ный гистерезис триггера можно выбрать меньше, чем 10 мВ. Если он равен 3 мВ, то вызванная его нестабильностью погрешность зоны возврата триггера не превьшает 0,03%,

Величины входных напряжений U и U-j, соответствующих прямому и инверсному переключениям триггера, равны

и,

on

-5L т, . R,

ЛВ и, - Uj,

где величина опорного напряже. ния{

R.,; R,.- величины сопротивлений

; резисторов 4 и 5 соответстBSHHOi

ЛВ - зона возврата триггера.

Приняв R R, получают Uj U,, т.е. симметричную зону возврата триггера относительно нулевого значения входного напряжения.

Формула изобретения

;Триггер Шмитта, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первыми вы

0

водами первого и второго резисторов, выход операционного усилителя подключен к управляющему входу аналогового коммутатора, шины входного и опорного напряже1тая, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, введены третий и четвертый резисторы, причем их первые выводы соединены с инвертирующим и неинвертирующим входами операгт юнного усилителя соответственно, а вторые выводы - с шиной опорного напряжения, второй вьгаод первого резистора соеди- 5 нен с шиной входного напряжения, кол- лекторно-змиттерный переход транзистора аналогового коммутатора включен между инвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, база транзистора соединена через диод с общей шиной и через пятый резистор с - управляющим входом коммутатора и вторым выводом второго резистора.