تعریف اشمیت تریگر

اشمیت تریگر چیست؟
انتقال سیگنال های High و Low در ورودی اکثر ادوات CMOS باید از طریق لبه های سریعی باشد.

اگر لبه ها از سرعت کافی برخوردار نباشند، منجر به کشیدن جریان بیشتری می شوند و این ممکن است به دستگاه آسیب برساند.

سیگنال های آنالوگ به طور کلی کامل نیستند و ممکن است همیشه لبه های تمیز و قابل قبولی نداشته باشند. اشمیت تریگر نوعی مقایسه کننده است که برای جلوگیری از چنین سیگنال هایی به کار می رود.

مقایسه کننده دستگاهی است که دو ولتاژ را با هم مقایسه می کند و نشان می دهد که یک ولتاژ از ولتاژ دیگر بزرگ تر است یا خیر.

اشمیت تریگر که به آن «مقایسه کننده بازتولیدی» (Regenerative Comparator) نیز گفته می شود، ولتاژ ورودی را با دو ولتاژ مرجع مقایسه و یک خروجی معادل تولید می کند.

خروجی اشمیت تریگر بدون توجه به شکل ورودی، همیشه یک موج مربعی یا مستطیلی است.

در مواردی که نیاز به انجام موارد زیر است، اغلب از اشمیت تریگر استفاده می شود:

• تبدیل موج سینوسی به موج مربعی.
• حذف سیگنال های دارای نویز.
• تبدیل لبه های کند (مانند موج مثلثی) به لبه های تند (مانند موج مربعی).

اشمیت تریگر را می توان از یک آی سی 555 یا همان تایمر 555 ساخت. یکی دیگر از کاربردهای آی سی 555، علاوه بر تایمر، استفاده از دو مقایسه کننده داخلی به عنوان واحدهای مستقل برای تشکیل یک اشمیت تریگر است. عملکرد کلی اشمیت تریگر با آی سی 555 معکوس کنندگی است.

اشمیت تریگر با آی سی 555:
مدار زیر ساختار یک تایمر 555 را نشان می دهد که به عنوان اشمیت تریگر مورد استفاده قرار گرفته است.

پایه های 4 و 8 به منبع تغذیه (Vcc) متصل می شوند. پایه های 2 و 6 به هم متصل شده و ورودی از طریق خازن به این نقطه وصل می شود.

این نقطه مشترک با ولتاژ بایاس خارجی Vcc/2 با کمک مدار تقسیم ولتاژ متشکل از مقاومت های R1 و R2 تغذیه می شود.

مشخصه مهم اشمیت تریگر هیسترزیس است. اگر ولتاژ ورودی از مقدار آستانه بالا بیشتر باشد، خروجی اشمیت تریگر High و اگر ولتاژ ورودی از مقدار آستانه پایین کمتر باشد، خروجی اشمیت تریگر Low است.

وقتی ورودی بین دو مقدار آستانه باشد، خروجی مقدار خود را حفظ می کند.

استفاده از دو مقدار آستانه، «هیسترزیس» (Hysteresis) نامیده می شود و اشمیت تریگر به عنوان یک عنصر حافظه (یک مولتی ویبراتور بای استابل یا یک فلیپ فلاپ) عمل می کند.

مقادیر آستانه در این حالت 2/3Vcc و 1/3Vcc است؛ یعنی مقایسه کننده بالا در 2/3Vcc و مقایسه کننده پایین در 1/3Vcc تریپ می شود.

ولتاژ ورودی توسط مقایسه کننده های جدا با این مقادیر آستانه مقایسه می شود و بر این اساس فلیپ فلاپ SET یا RESET می شود. بر این اساس، خروجی High یا Low می شود.

وقتی یک ورودی سینوسی با دامنه بزرگ تر از Vcc/6 به ورودی اعمال می شود، فلیپ فلاپ SET شده و به طور متناوب برای چرخه مثبت و چرخه منفی SET و RESET می شود و خروجی یک موج مربعی خواهد بود. شکل موج سینوسی ورودی و موج مربعی خروجی در شکل زیر نشان داده شده است.

اشمیت تریگر در وضعیت معکوس:
ماهیت عملکرد نرمال مدار اشمیت تریگر با آی سی 555 معکوس است. وقتی ورودی تریگر، که همان ورودی خارجی است، به زیر مقدار آستانه 1/3Vcc برسد، خروجی مقایسه کننده پایین High، فلیپ فلاپ SET و خروجی در پایه سه High می شود.

به همین ترتیب، وقتی ورودی آستانه، که همان ورودی خارجی است، از مقدار آستانه 2/3Vcc افزایش یابد، خروجی مقایسه کننده بالایی High شده و فلیپ فلاپ RESET و خروجی در پایه سه Low می شود.

شکل موج اشمیت تریگر در وضعیت معکوس در شکل زیر نشان داده شده است.