Como o gatilho Schmitt funciona

Quase todos os circuitos digitais usados ​​nas modernas comunicações de dados de alta velocidade precisam de alguma forma de ação de ativação de Schmitt em suas entradas.

Por que o gatilho Schmitt é usado

O principal objetivo de um gatilho Schmitt aqui é eliminar o ruído e a interferência nas linhas de dados e fornecer uma saída digital agradável e limpa com transições de borda rápidas.

Os tempos de subida e descida devem ser baixos o suficiente em uma saída digital para que possam ser aplicados como entradas nos próximos estágios de um circuito. (Muitos ICs têm limitações no tipo de transição de borda que pode aparecer em uma entrada.)

A principal vantagem dos gatilhos Schmitt aqui é que eles limpam sinais ruidosos enquanto mantêm uma alta taxa de fluxo de dados, diferentemente dos filtros, que podem filtrar o ruído, mas reduzir significativamente a taxa de dados.

Os gatilhos Schmitt também são comumente encontrados em circuitos que precisam de uma forma de onda com transições de borda lenta para se traduzir em uma forma de onda digital com transições de borda rápidas e limpas.

Um gatilho Schmitt pode transformar quase qualquer forma de onda analógica, como uma onda senoidal ou de dente de serra, em um sinal ON-OFF digital com transições rápidas de borda. Os gatilhos Schmitt são dispositivos digitais ativos com uma entrada e uma saída, como um buffer ou inversor.

Em operação, a saída digital pode ser alta ou baixa e essa saída muda de estado apenas quando a tensão de entrada está acima ou abaixo de dois limites de tensão limite predefinidos. Se a saída for baixa, a saída não será alterada para alta, a menos que o sinal de entrada exceda um determinado limite superior.

Da mesma forma, se a saída for alta, a saída não será baixa até que o sinal de entrada caia abaixo de um certo limite inferior.

O limite inferior é um pouco menor que o limite superior. Qualquer tipo de forma de onda pode ser aplicada à entrada (ondas senoidais, dentes de serra, formas de onda de áudio, pulsos, etc.), desde que sua amplitude esteja dentro da faixa de tensão operacional.

Diagarm para explicar o gatilho de Schmitt

O diagrama a seguir mostra a histerese resultante dos valores limite superior e inferior da tensão de entrada. Sempre que a entrada está acima do limite superior do limite, a saída é alta.

Quando a entrada está abaixo do limite inferior, a saída é baixa e quando a tensão do sinal de entrada está entre os limites superior e inferior, a saída retém seu valor anterior, que pode ser alto ou baixo.

A distância entre o limiar inferior e o limiar superior é chamada de gap de histerese. A saída sempre mantém seu estado anterior até que a entrada mude o suficiente para fazer com que ela mude. Esse é o motivo da designação “trigger” no nome.

O gatilho Schmitt funciona da mesma forma que um flip-flop ou flip-flop, pois possui uma memória interna de 1 bit e altera seu estado dependendo das condições do gatilho.

como o gatilho schmitt funciona

Usando a série IC 74XX para operação de disparo de Schmitt

A Texas Instruments fornece funções de ativação Schmitt em quase todas as suas famílias de tecnologia, da antiga família 74XX à mais recente família AUP1T.

Esses circuitos integrados podem ser empacotados com um gatilho Schmitt inversor ou não inversor. A maioria dos dispositivos de ativação Schmitt, como o 74HC14, possui níveis de limiar em uma taxa fixa de Vcc.

Isso pode ser adequado para a maioria das aplicações, mas às vezes os níveis de limite devem ser alterados dependendo das condições do sinal de entrada.

Por exemplo, a faixa do sinal de entrada pode ser menor que a faixa de histerese fixa. Os níveis de limite podem ser alterados em circuitos integrados como o 74HC14, conectando um resistor de feedback negativo da saída à entrada, juntamente com outra resistência que conecta o sinal de entrada à entrada do dispositivo.

Isso fornece o feedback positivo necessário para a histerese, e o intervalo de histerese agora pode ser ajustado alterando os valores dos dois resistores adicionados ou usando um potenciômetro. Os resistores devem ter um valor grande o suficiente para manter a impedância de entrada em um nível alto.

Um gatilho de Schmitt é um conceito simples, mas não foi inventado até 1934, enquanto um cientista americano chamado Otto H. Schmitt ainda era um estudante de graduação.

Sobre Otto H. Schmitt

Ele não era engenheiro eletrotécnico, pois seus estudos se concentravam em engenharia biológica e biofísica. A idéia de um gatilho de Schmitt lhe ocorreu quando ele estava tentando projetar um dispositivo que replicasse o mecanismo de propagação do impulso neural nos nervos da lula.

Sua tese descreve um “gatilho termiônico” que permite converter um sinal analógico em um sinal digital, que é totalmente ativado ou desativado (“1” ou “0”).

Mal sabia ele que grandes empresas de eletrônicos como Microsoft, Texas Instruments e NXP Semiconductors não poderiam existir como estão hoje sem essa invenção única.

O gatilho Schmitt acabou sendo uma invenção tão importante que é usado nos mecanismos de entrada de praticamente todos os dispositivos eletrônicos digitais no mercado.

O que é um gatilho Schmitt?

O conceito de um gatilho Schmitt é baseado na idéia de feedback positivo e no fato de que qualquer circuito ou dispositivo ativo pode atuar como um gatilho Schmitt aplicando feedback positivo para que o ganho do loop seja maior que um.

A tensão de saída do dispositivo ativo é atenuada por uma certa quantidade e aplicada como feedback positivo à entrada, adicionando efetivamente o sinal de entrada à tensão de saída atenuada. Isso cria uma ação de histerese com os valores limite superior e inferior da tensão de entrada.

A maioria dos buffers, inversores e comparadores padrão usa apenas um valor limite. A saída muda de estado assim que a forma de onda de entrada cruza esse limite em qualquer direção.

Como o gatilho Schmitt funciona

Um sinal de entrada barulhento ou um sinal com forma de onda lenta apareceria na saída como uma série de pulsos de ruído.

Um gatilho Schmitt limpa isso: depois que a saída muda de estado quando sua entrada ultrapassa um limite, o limite também muda, então agora a tensão de entrada precisa se mover mais na direção oposta para mudar de estado novamente .

Ruído ou interferência na entrada não apareceriam na saída, a menos que sua amplitude seja maior que a diferença entre os dois valores limite.

Qualquer sinal analógico, como formas de onda senoidal ou sinais de áudio, pode ser traduzido em uma série de pulsos ON-OFF com transições de borda rápidas e limpas. Existem três métodos para implementar feedback positivo para formar um circuito de gatilho Schmitt.

Como o feedback funciona no Schmitt Trigger

Na primeira configuração, o feedback é adicionado diretamente à tensão de entrada, de modo que a tensão precisa mudar em uma quantidade maior na direção oposta para causar outra alteração na saída.

Isso é conhecido como feedback positivo paralelo.

Na segunda configuração, o feedback é subtraído da tensão limite, que tem o mesmo efeito que adicionar feedback à tensão de entrada.

Isso forma um loop de feedback positivo em série e às vezes é chamado de loop de limiar dinâmico. Uma rede divisora ​​de resistência geralmente define a tensão limite, que faz parte do estágio de entrada.

Os dois primeiros circuitos podem ser facilmente implementados usando um único amplificador operacional ou dois transistores junto com alguns resistores. A terceira técnica é um pouco mais complexa e diferente porque não tem comentários sobre nenhuma parte do estágio de entrada.

Este método usa dois comparadores separados para os dois valores limite e um flip-flop como um item de memória de 1 bit. Não há feedback positivo aplicado aos comparadores, pois eles estão contidos no elemento de memória. Cada um desses três métodos é explicado em mais detalhes nos parágrafos seguintes.

Todos os gatilhos Schmitt são dispositivos ativos que contam com feedback positivo para atingir sua ação de histerese. A saída fica “alta” quando a entrada ultrapassa um determinado limite superior predefinido e “baixa” quando a entrada cai abaixo de um limite inferior.

A saída mantém seu valor anterior (baixo ou alto), quando a entrada está entre os dois limites.

Esse tipo de circuito é frequentemente usado para limpar sinais ruidosos e converter uma forma de onda analógica em uma forma de onda digital (1 e 0) com transições limpas e rápidas da borda.

Tipos de feedback em circuitos de ativação Schmitt

Existem três métodos normalmente usados ​​na implementação de feedback positivo para formar um circuito de gatilho Schmitt. Esses métodos são feedback paralelo, feedback em série e feedback interno, e são discutidos a seguir.

As técnicas de feedback paralelo e serial são, na verdade, versões duplas do mesmo tipo de loop de feedback. Feedback paralelo Um circuito de feedback paralelo às vezes é chamado de circuito de tensão de entrada modificado.

Nesse circuito, o feedback é adicionado diretamente à tensão de entrada e não afeta a tensão limite. À medida que o feedback é adicionado à entrada quando a saída muda de estado, a tensão de entrada precisa mudar uma quantidade maior na direção oposta para causar uma alteração adicional na saída.

Se a saída for baixa e o sinal de entrada aumentar até o ponto em que cruza a tensão limite e a saída muda para alta.

Parte dessa saída é aplicada diretamente à entrada através de um loop de feedback, o que “ajuda” a tensão de saída a permanecer em seu novo estado.

Isso aumenta efetivamente a tensão de entrada, que tem o mesmo efeito que a redução da tensão limite.

A própria tensão limite não muda, mas a entrada agora precisa se mover mais para baixo para mudar a saída para um estado baixo. Quando a saída é baixa, esse mesmo processo é repetido para retornar ao estado alto.

Este circuito não precisa usar um amplificador diferencial, pois qualquer amplificador não inversor de extremidade única funcionará.

Tanto o sinal de entrada quanto o feedback de saída são aplicados à entrada não inversora do amplificador via resistores, e esses dois resistores formam um verão paralelo ponderado. Se houver uma entrada inversora, ela é ajustada para uma tensão de referência constante.

Exemplos de loops de feedback paralelo são um circuito de gatilho Schmitt acoplado baseado em coletor ou um circuito de amp op não inversor, como mostrado:

1590473303 872 como o gatilho schmitt funciona

Comentários da série

Um circuito de limiar dinâmico (feedback em série) funciona basicamente da mesma maneira que um circuito de feedback paralelo, exceto que o feedback de saída altera diretamente a tensão limite em vez da tensão de entrada.

O feedback é subtraído da tensão limite, que tem o mesmo efeito que adicionar feedback à tensão de entrada. Assim que a entrada ultrapassa o limite de tensão limite, a tensão limite muda para o valor oposto.

A entrada agora precisa mudar mais na direção oposta para alterar o estado de saída novamente. A saída é isolada da tensão de entrada e afeta apenas a tensão limite.

Portanto, a resistência de entrada pode ser muito maior para este circuito em série em comparação com um circuito paralelo. Este circuito geralmente é baseado em um amplificador diferencial em que a entrada é conectada à entrada inversora e a saída é conectada à entrada não inversora através de um divisor de tensão de resistência.

O divisor de tensão define os valores limite e o loop age como um verão de tensão em série. Exemplos desse tipo são o gatilho Schmitt acoplado ao transmissor clássico com transistor e circuito inversor de amp, como mostrado aqui:

1590473304 296 como o gatilho schmitt funciona

Comentários Internos

Nesta configuração, um gatilho de Schmitt é criado usando dois comparadores separados (sem histerese) para os dois limites.

As saídas desses comparadores são conectadas à configuração e redefinem as entradas de um flip-flop RS. O feedback positivo está contido no flip-flop, portanto, não há feedback para os comparadores. A saída do flip-flop RS muda para alto quando a entrada excede o limite superior e baixo quando a entrada cai abaixo do limite inferior.

Quando a entrada está entre os limites superior e inferior, a saída mantém seu estado anterior. Um exemplo de dispositivo que utiliza essa técnica é o 74HC14 fabricado pela NXP Semiconductors e Texas Instruments.

Esta parte consiste em um comparador de limite superior e um comparador de limite inferior, que são usados ​​para configurar e redefinir um flip-flop RS. O gatilho Schmitt 74HC14 é um dos dispositivos mais populares para interconectar sinais do mundo real com eletrônicos digitais.

Os dois limites de limite neste dispositivo são definidos em uma proporção fixa de Vcc. Isso minimiza a contagem de peças e mantém o circuito simples, mas às vezes os níveis de limite precisam ser alterados para diferentes tipos de condições do sinal de entrada.

Por exemplo, a faixa do sinal de entrada pode ser menor que a faixa de tensão de histerese fixa. Os níveis de limite podem ser alterados no 74HC14 conectando uma resistência de realimentação negativa da saída à entrada e outra resistência conectando o sinal de entrada à entrada.

Isso reduz efetivamente o feedback positivo fixo de 30% para um valor mais baixo, como 15%. É importante usar resistores de alto valor para isso (faixa megohm) para manter a resistência de entrada alta.

1590473304 238 como o gatilho schmitt funciona

Vantagens do gatilho Schmitt

Os gatilhos Schmitt servem a qualquer finalidade de qualquer tipo de sistema de comunicação de dados de alta velocidade com alguma forma de processamento de sinal digital. Na verdade, eles têm um objetivo duplo: limpar ruídos e interferências nas linhas de dados, mantendo um alto fluxo de dados e converter uma forma de onda analógica aleatória em uma forma de onda digital ON-OFF com transições de borda rápido e limpo.

Isso fornece uma vantagem sobre os filtros, que podem filtrar o ruído, mas reduzir significativamente a taxa de dados devido à sua largura de banda limitada. Além disso, os filtros padrão não podem fornecer uma saída digital agradável e limpa com transições de borda rápidas quando uma forma de onda de entrada lenta é aplicada.

Essas duas vantagens dos gatilhos Schmitt são explicadas em mais detalhes da seguinte forma: Entradas de sinal ruidosas Os efeitos de ruído e interferência são um grande problema em sistemas digitais, pois cabos cada vez mais longos são usados ​​e velocidades são necessárias dados cada vez mais altos.

Algumas das maneiras mais comuns de reduzir o ruído incluem o uso de cabos blindados, o uso de cabos trançados, a combinação de impedâncias e a redução das impedâncias de saída.

Essas técnicas podem ser eficazes na redução de ruído, mas ainda haverá algum ruído em uma linha de entrada, o que pode disparar sinais indesejados dentro de um circuito.

A maioria dos buffers, inversores e comparadores padrão usados ​​em circuitos digitais possui apenas um valor limite na entrada. A saída muda de estado assim que a forma de onda de entrada cruza esse limite em qualquer direção.

Se um sinal de ruído aleatório cruzar esse ponto limite em uma entrada várias vezes, ele será visto como uma série de pulsos na saída. Além disso, uma forma de onda com transições de borda lenta pode aparecer como uma série de pulsos de ruído oscilante na saída.

Às vezes, um filtro é usado para reduzir esse ruído adicional, como em uma rede RC. Mas toda vez que um filtro como esse é usado no caminho dos dados, a taxa máxima de dados diminui significativamente. Os filtros bloqueiam o ruído, mas também bloqueiam os sinais digitais de alta frequência.

Filtros Schmitt

Um gatilho Schmitt limpa isso. Depois que a saída muda de estado à medida que sua entrada ultrapassa um limite, o limite também muda; portanto, a entrada precisa se mover mais na direção oposta para causar outra alteração na saída.

Devido a esse efeito de histerese, o uso de gatilhos de Schmitt é provavelmente a maneira mais eficaz de reduzir problemas de ruído e interferência em um circuito digital. Problemas de ruído e interferência geralmente podem ser resolvidos, se não eliminados, adicionando histerese à linha de entrada na forma de um gatilho de Schmitt.

Enquanto a amplitude do ruído ou interferência na entrada for menor que a largura do espaço de histerese do gatilho Schmitt, não haverá efeitos de ruído na saída.

Mesmo que a amplitude seja um pouco maior, ela não deve afetar a saída, a menos que o sinal de entrada esteja centralizado na faixa de histerese. Os níveis de limite podem precisar ser ajustados para alcançar a remoção máxima de ruído.

Isso pode ser feito facilmente, alterando os valores de uma resistência na rede de feedback positivo ou usando um potenciômetro.

O principal benefício que um gatilho Schmitt oferece sobre os filtros é que ele não diminui a taxa de dados e, na verdade, acelera em alguns casos, convertendo formas de onda lentas em formas de onda rápidas (transições de borda mais rápidas). Atualmente, praticamente qualquer IC digital no mercado usa alguma forma de ação de gatilho de Schmitt (histerese) em suas entradas digitais.

Isso inclui MCUs, chips de memória, portas lógicas etc. Embora esses circuitos integrados digitais possam ter histerese em suas entradas, muitos deles também têm limitações para os tempos de subida e descida das entradas mostrados em suas folhas de especificações, e isso deve ser considerado. Um gatilho Schmitt ideal não tem limitações de tempo de subida ou descida em sua entrada.

Às vezes, formas de onda de entrada lentas às vezes o intervalo de histerese é muito pequeno ou existe apenas um valor limite (um dispositivo de disparo não Schmitt) em que a saída aumenta se a entrada ultrapassar o limite e a saída diminui se o sinal de entrada cair abaixo disso.

Em casos como esses, há uma área marginal em torno do limite e um sinal de entrada lento pode facilmente causar oscilações ou excesso de corrente no fluxo do circuito, o que pode até danificar o dispositivo. Às vezes, esses sinais de entrada lentos podem ocorrer mesmo em circuitos digitais rápidos em condições de inicialização ou outras condições em que um filtro (como uma rede RC) é usado para alimentar sinais nas entradas.

Problemas desse tipo geralmente ocorrem dentro do circuito de “ressalto” de comutadores manuais, cabos longos ou fiação e circuitos com carga pesada.

Por exemplo, se um sinal de rampa lento (integrador) for aplicado a um buffer e cruzar o ponto limite único na entrada, a saída mudará de estado (de baixo para alto, por exemplo). Essa ação de disparo pode fazer com que momentaneamente seja extraída corrente adicional da fonte de alimentação e também reduzir levemente o nível de energia do VCC.

Essa alteração pode ser suficiente para fazer com que a saída mude seu estado de alto para baixo novamente, pois o buffer detecta que a entrada ultrapassou o limite novamente (mesmo que a entrada permaneça a mesma). Isso pode ser repetido na direção oposta novamente, para que uma série de pulsos oscilantes apareça na saída.

O uso de um gatilho Schmitt nesse caso não apenas eliminará as oscilações, mas também converterá as transições de borda lenta em uma série limpa de pulsos ON-OFF com transições de borda quase verticais. A saída de um gatilho Schmitt pode ser usada como entrada para o seguinte dispositivo, de acordo com suas especificações de tempo de subida e descida.

(Embora as oscilações possam ser eliminadas usando um gatilho Schmitt, ainda pode haver excesso de fluxo de corrente em uma transição, que pode precisar ser corrigido de alguma outra maneira.)

O gatilho Schmitt também é encontrado nos casos em que uma entrada analógica, como uma forma de onda senoidal, de áudio ou de dente de serra, deve ser convertida em uma onda quadrada ou em algum outro tipo de sinal ON-OFF digital com transições de borda rápidas.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

Se tiver algum erro coloque nos comentários

Mas se gostou compartilhe!!!


Veja mais

Axtudo
Axtudohttps://www.axtudo.com/
“Solidários, seremos união. Separados uns dos outros seremos pontos de vista. Juntos, alcançaremos a realização de nossos propósitos.” (Bezerra de Menezes)

Comentários

DEIXE UMA RESPOSTA

Por favor digite seu comentário!
Por favor, digite seu nome aqui

Compartilhe

Últimos Posts

8 TIPOS DE POSTS PARA BOMBAR O SEU INSTAGRAM

#TIPOS #POSTS #PARA #BOMBAR #SEU #INSTAGRAM 7 dias grátis para você automatizar seu Instagram: link➤https:scalehot.com.br/peter Se você quer crescer os...

Atualização VIRAL Crítica: A Ciência e a Lógica Explicada...

#Atualização #VIRAL #Crítica #Ciência #Lógica #Explicada #Pandemia #Ivor #Cummins Neste vídeo trago Ivor Cummins ( @Ivor...
00:18:23

COMO SAI DE UMA DÍVIDA DE 200 MIL REAIS...

#COMO #SAI #UMA #DÍVIDA #MIL #REAIS #TORNEI #MILIONÁRIO #Tiago #Fonseca #Tiago #Brunet...

FAÇA ARROZ GASTANDO POUCO !!EM 1 MINUTO! ECONOMIZO ASSIM

#FAÇA #ARROZ #GASTANDO #POUCO #MINUTO #ECONOMIZO #ASSIM Adquira os produtos do Culinária em Casa através da nossa loja...

05 DICAS para você Comprar na Internet com COM...

#DICAS #para #você #Comprar #Internet #SEGURANÇA Como comprar na Internet com Segurança? 05 Dicas que eu uso para fazer...
00:19:15

PÃO DOCE CASEIRO SUPER MACIO IGUAL DE PADARIA |...

Nesse vídeo te ensino a fazer um Pão Doce Caseiro tipo Rosca que fica muito macio, igual de padaria, super fácil de fazer e...