. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Princip Schmittova klopného obvodu
26. října 2011 - 8:26 | Chris Cockrill | Princip Schmittova klopného obvodu | Komentářů: 0  

Princip Schmittova klopného obvodu

Většina logických CMOS, BiCMOS a TTL obvodů vyžaduje na své vstupy přivedení signálu s rychlými hranami, tedy krátkým náběžným a sestupným časem.

Většina logických CMOS, BiCMOS a TTL obvodů vyžaduje na své vstupy přivedení signálu s rychlými hranami, tedy krátkým náběžným a sestupným časem. Pokud tomu tak není a hrany signálu jsou příliš pomalé, hrozí nám v obvodu tok nadměrného proudu, kmitání obvodů a v krajním případě i jejich nevratné poškození. Bohužel, v celé řadě případů se pomalým hranám jen těžko vyhneme. Jedná se především o zapnutí spínačů či stisk tlačítka, které mají na svých pinech z důvodu odstranění zákmitů umístěné filtrační kondenzátory. Ovšem i výstupy jiných logických obvodů, pokud jsou zatížené například indukcí a kapacitou připojených vodičů, mohou představovat vážný problém.

U standardních logických vstupů dochází k překlopení ve stejném bodě jak v případě náběžné, tak i sestupné hrany. Pokud se napětí hrany mění jen pomalu, je pravděpodobné, že dojde k otevření obou výstupních tranzistorů zároveň, čímž v obvodu vznikne požadavek na větší napájecí proud ze zdroje (Vcc). Pokud však takový proud není k dispozici (například vlivem nedostatečných či nevhodně navržených blokovacích kondenzátorů), dojde ke krátkodobému poklesu napětí. Tím však dojde také k posunu rozhodovacích úrovní vstupů a daný logický prvek se přepne zpět do předchozího stavu. V tu chvíli napětí opět stoupne a celý proces se opakuje. Výsledkem je kmitání obvodu, které se samozřejmě přenese i do rozvodu napájení.

Naprosto stejná situace se děje i v případě, kdy je na vstup obvodu přiveden šum. Opakovaná rychlá změna napětí vstupního signálu způsobí opakované překlopení logického prvku a zapříčiní vznik oscilací. Vhodným řešením tohoto problému je použití tzv. Schmittova klopného obvodu (nebo také označovaného jako komparátor s hysterezí). Jeho hysterezní charakteristika vstupů zamezí vzniku jakýchkoliv zákmitů, způsobených jak šumem, tak i pomalou změnou hran. Výsledkem je logický obvod s jednoznačným signálem na výstupu, který není závislý na sklonu hran vstupního signálu.

Dnes má i řada jiných logických součástek a mikrokontrolérů zařazeny na svých vstupech Schmittovy klopné obvody s určitou velikostí hystereze. Ta, přesto že nemusí být nijak zvlášť velká, dokáže zajistit jednoznačné překlopení vstupu a odstranění nežádoucího šumu. Velikost vstupní hystereze je obvykle součástí technické dokumentace obvodu, stejně jako mezní hodnoty napětí a proudu, na rozdíl například od maximální délka hrany, která je v tom případě neomezená.


Tab. 1: Příklad základních parametrů vstupů

Velikost hystereze vstupu Schmittova klopného obvodu se označuje jako ^Vt a je definována úrovní napětí pro překlopení do vysoké úrovně (Vt+) a překlopení do nízké úrovně (Vt-).

Důležité je uvědomit si, že (Vt+ max) = Vih and (VT– min) = Vil.

V technické specifikaci, která se týká vstupů Schmittových klopných obvodů, bývá obvykle uvedeno i několik zásadních omezení, která jsou pro nás z různých důvodů limitující. Hlavním omezením jsou samozřejmě napěťové úrovně, kdy náběžná hrana signálu je akceptována až tehdy, pohybuje-li se její napětí mezi hodnotami (Vt + min) a (Vt + max). Podobně pak i sestupná hrana je akceptována až tehdy, pohybuje-li se její napětí mezi hodnotami (VT- max) a (VT- min). Současně je nutné, aby se napětí na vstupu pohybovalo mezi (VT- min) a (Vt+ max). Hystereze je oblast mezi úrovní, kde vstup přepne svou úroveň při náběžné hraně a kde opět při sestupné hraně. Ze specifikace vyplývá, že velikost hystereze odpovídá hodnotě (^Vt).


Obr. 1: Úrovně napětí signálu na hysterezním vstupu

Z výše uvedeného obrázku vyplývá, že vstupní úrovně Vih a Vil musí být větší než (VT+ max) a menší než (VT- min). Hodnoty (VT+ min) a (VT- max) jsou na obrázku oddělené pouze z důvodu přehlednosti. Ve skutečnosti se mohou překrývat.

Jedno z rozšířených tvrzení praví, že spotřeba proudu je v případě Schmittova klopného obvodu nižší u pomalých náběžných a sestupných hran. Ve skutečnosti je to však pravda jen částečně, neboť vstupní hystereze brání kmitání, které by mohlo proud zvyšovat, ale přesto lze u obvodu pozorovat zvýšený oděr po celou dobu provozu, kdy je vstupní signál mimo platné logické úrovně.


Obr. 2: Závislost napájecího proudu na vstupním napětí

Schmittovy klopné obvody se tedy hodí všude tam, kde potřebujeme zvlněný a zašuměný signál převést na jednoznačné logické úrovně. Stejně tak poslouží i v případě, kdy máme k dispozici signál s pomalými náběžnými hranami, u kterých hrozí kmitání logických obvodů.


Obr. 3: Ukázka použití obvodu v oscilátoru a výstupního tvarovače

Obr. 4: Odstranění zákmitů mechanického spínače s tvarovačem

Více informací je dostupných v aplikační poznámce Understanding Schmitt Triggers společnosti TI a samozřejmě také příslušné technické dokumentaci logických obvodů.

Autor: Chris Cockrill

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Texas Instruments v českém jazyce
Přehled distributorů
Understanding Schmitt Triggers







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
WIZ107SR-TTL
Převodník TCP/IP <-> TTL UART s 3,3V úrovněmi a RJ45 konektorem.
Skladem od 650 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007