Circuito Gatilho/Trigger Schmitt: Noções Básicas

1 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 7 min

O trigger Schmitt é um circuito amplamente utilizado com um comparador para fornecer imunidade a ruídos e reduzir a possibilidade de múltiplas comutações causadas por ruído na entrada.

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Tutorial de Amplificador Operacional Inclui:

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Um trigger Schmitt é uma forma de circuito comparador que possui histerese ou diferentes níveis de comutação de entrada para alterar a saída entre os dois estados.

O comparador tem um amplificador diferencial em seu núcleo e a ação do comparador significa que a entrada analógica é efetivamente alterada para uma saída digital dependente das tensões na entrada.

Ao usar a histerese, o efeito do ruído na entrada que pode causar várias comutações na saída à medida que a tensão de entrada se aproxima da tensão de comutação é significativamente reduzido.

A essência do trigger Schmitt é um amplificador diferencial: amplificadores operacionais são frequentemente usados nessa função, mas é muito melhor usar um chip comparador específico nessa função.

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Sumário

O QUE É HISTERESE

A histerese ocorre em muitos casos em toda a ciência, mas no caso da histerese do trigger de Schmitt significa que o circuito é acionado em diferentes voltagens para alternar a saída de um estado para outro.

Para explicar isso com mais detalhes, veja o exemplo em que a tensão de referência é, digamos, 5 volts. À medida que a tensão aumenta, dependendo do circuito é, por exemplo, 5,5 volts. Então, para mudar na outra direção, a tensão de entrada deve cair para, por exemplo, 4,5 volts.

Desta forma, há uma diferença de 1 volt entre a comutação em qualquer direção, e isso fornece alguma imunidade a ruído significativa.

Conceito de histerese usado no circuito de disparo Schmitt

O problema de não usar histerese com um comparador é que, se o sinal de entrada aumentar lentamente, o ruído na forma de onda causará várias mudanças de estado da saída do comparador. Ao usar a histerese, esse problema é superado, a menos que os níveis de ruído sejam muito altos. O circuito de disparo Schmitt é ideal para muitas aplicações para superar esse problema. Felizmente, um comparador direto pode ser convertido em um trigger Schmitt pela adição de um único componente eletrônico na maioria dos casos

Múltiplos interruptores da saída devido ao ruído podem dar origem a muitos problemas com os seguintes circuitos digitais e, em muitos casos, os engenheiros de projeto de circuitos eletrônicos passaram muitas horas depurando circuitos com esse tipo de problema, pois às vezes pode ser difícil rastrear .

NOÇÕES BÁSICAS DO TRIGGER SCHMITT

O circuito de disparo Schmitt tem sido amplamente utilizado por muitos anos. Foi inventado por um cientista americano chamado Otto Schmitt. O trigger Schmitt comuta em diferentes voltagens dependendo se está se movendo de baixo para alto ou alto para baixo, empregando o que é chamado de histerese.

Em termos do fato de que o trigger Schmitt tem histerese, o símbolo de circuito para um desses circuitos incorpora o símbolo de histerese nele. Assim, todos os trigger Schmitt usam este símbolo.

CIRCUITO DE TRIGGER SCHMITT

Um circuito comparador padrão pode normalmente ser convertido em um trigger Schmitt no estágio de projeto eletrônico, introduzindo feedback positivo pela adição de um componente eletrônico adicional. No circuito abaixo isso é fornecido pela adição de um resistor R3.

Circuito de disparo Schmitt do amplificador operacional

O efeito do novo resistor, R3, é fornecer ao circuito diferentes limites de comutação, dependendo do estado de saída do comparador ou amplificador operacional. Quando a saída do comparador é alta, esta tensão é realimentada para a entrada não inversora do amplificador operacional do comparador. Como resultado, o limiar de comutação torna-se mais alto. Quando a saída é comutada no sentido oposto, o limite de comutação é reduzido. Isso dá ao circuito o que é chamado de histerese.

O fato de que o feedback positivo aplicado dentro do circuito garante que haja efetivamente um ganho maior e, portanto, a comutação seja mais rápida. Isso é particularmente útil quando a forma de onda de entrada pode ser lenta. No entanto, um capacitor de aceleração pode ser aplicado dentro do circuito de disparo Schmitt para aumentar ainda mais a velocidade de comutação.

Ao colocar um capacitor no resistor de feedback positivo R3, o ganho pode ser aumentado durante a comutação, tornando a comutação ainda mais rápida. Este capacitor, conhecido como capacitor de aceleração, pode estar em qualquer lugar entre 10 e 100 pF, dependendo do circuito.

É muito fácil calcular os resistores necessários no circuito de disparo Schmitt. A tensão central sobre a qual o circuito deve comutar é determinada pela cadeia divisora de potencial que consiste nos resistores R1 e R2. Isso deve ser escolhido primeiro. Então o resistor de feedback R3 pode ser calculado. Isso fornecerá um nível de histerese que é igual à oscilação de saída do circuito reduzida pela divisão de potencial formada como resultado de R3 e da combinação paralela dos resistores R1 e R2.

APLICATIVOS DE TRIGGER SCHMITT

Um trigger Schmitt é usado em uma série de aplicativos em que um nível precisa ser detectado. Mesmo que apenas uma pequena quantidade de histerese seja usada, ela reduz as múltiplas transições que podem ocorrer ao redor do ponto de comutação.

Como tal, as aplicações do trigger Schmitt incluem muitas áreas diferentes do projeto de circuitos eletrônicos.

Conversão digital para analógico: O trigger Schmitt é efetivamente um conversor analógico para digital de um bit. Quando o sinal atinge um determinado nível, ele muda de um estado para outro. Isso pode então ser usado para acionar outros circuitos digitais.
Detecção de nível: O circuito de disparo Schmitt é capaz de fornecer detecção de nível. Ao realizar esta aplicação, é necessário que a tensão de histerese seja levada em consideração durante o projeto do circuito eletrônico para que o circuito ligue a tensão necessária.
Recepção de linha: Ao executar uma linha de dados que pode ter captado ruído em uma porta lógica, é necessário garantir que um nível de saída lógica seja alterado apenas conforme os dados foram alterados e não como resultado de ruído espúrio que pode ter sido captado. O uso de um acionador Schmitt permite que o ruído pico a pico alcance o nível de histerese antes que um acionamento espúrio possa ocorrer.

PRECAUÇÕES DO TRIGGER SCHMITT

Ao usar um amplificador operacional como comparador, deve-se ter cuidado. O próprio chip do amplificador operacional é otimizado para operação em malha fechada com feedback negativo. Como resultado, os fabricantes de amplificadores operacionais não garantem seus amplificadores operacionais para uso em circuitos sem realimentação ou com realimentação positiva como no caso do trigger Schmitt.

Um dos problemas é que, quando um amplificador operacional é usado em vez de um comparador, a velocidade de comutação não será tão alta e também é improvável que atinja os trilhos com tanta força.

Normalmente, os comparadores são projetados para condições de circuito de malha aberta ou até mesmo para uso com feedback positivo no caso do trigger Schmitt. Eles também têm uma configuração de circuito estilo coletor aberto que se destina a comutar fortemente os trilhos de tensões conforme necessário para circuitos lógicos. Por esta e muitas outras razões, os comparadores fornecerão características de comutação muito melhores do que um amplificador operacional jamais poderia.

Outros problemas que podem surgir em algumas ocasiões são que, quando um amplificador operacional é colocado com força nos trilhos, ele consumirá mais energia do que normalmente consumiria. Um problema adicional que pode surgir é na forma de travamento, onde o amp op travará no trilho de tensão e permanecerá lá sem alternar, independentemente dos níveis de entrada.

O trigger Schmitt é usado em vários circuitos eletrônicos diferentes, onde os sinais analógicos precisam ser detectados e convertidos para um formato digital. O circuito existe há muitos anos e fornece uma função muito útil em muitos dos projetos de circuitos eletrônicos atuais.

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