Schmitt Trigger: ¿Qué es y cómo funciona?

Schmitt Trigger: ¿Qué es y cómo funciona?

El disparador Schmitt es un circuito ampliamente utilizado con un comparador para proporcionar inmunidad al ruido y reducir la posibilidad de múltiples conmutaciones causados por el ruido en la entrada, permitirá reducir los errores producidos por señales ruidosas.

El circuito de gatillo Schmitt ha sido ampliamente utilizado durante muchos años. Fue inventado por un científico estadounidense llamado Otto Schmitt. El disparador Schmitt cambia a diferentes voltajes dependiendo de si se está moviendo de bajo a alto o alto a bajo, empleando lo que se llama histéresis.

En términos del hecho de que el disparador Schmitt tiene histéresis, el símbolo de circuito para uno de estos circuitos incorpora el símbolo de histéresis en él. En consecuencia, todos los disparadores Schmitt utilizan este símbolo.

Un disparador Schmitt es una forma de circuito comparador que tiene histéresis o diferentes niveles de conmutación de entrada para cambiar la salida entre los dos estados.

El comparador tiene un amplificador diferencial en su núcleo y la acción del comparador significa que la entrada analógica se cambia efectivamente a una salida digital dependiente de las tensiones en la entrada.

Mediante el uso de la histéresis, el efecto del ruido en la entrada que podría causar varios interruptores en la salida a medida que el voltaje de entrada se acerca a la tensión de conmutación se reduce significativamente.

La esencia del disparador Schmitt es un amplificador diferencial: los amplificadores operativos se utilizan a menudo en este papel, pero es mucho mejor utilizar un chip comparador específico en este papel.

Qué es la histéresis

La histéresis ocurre en muchos campos de la ciencia, pero en el caso de la histéresis del Schmitt Trigger significa que el circuito se activa a diferentes voltajes para cambiar la salida de un estado a otro.

Para explicar esto con más detalle, toma el ejemplo donde está el voltaje de referencia, digamos 5 voltios. A medida que aumenta la tensión, dependiendo del circuito es por ejemplo 5,5 voltios. A continuación, para cambiar en la otra dirección, el voltaje de entrada debe caer a, por ejemplo, 4,5 voltios.

De esta manera, hay una diferencia de 1 voltio entre el Switching en cualquier dirección, y esto proporciona cierta inmunidad significativa al ruido.

El problema de no usar histéresis con un comparador es que si la señal de entrada se eleva lentamente, entonces el ruido en la forma de onda causará múltiples interruptores de estado de la salida del comparador. Mediante el uso de histéresis, este problema se supera, a menos que los niveles de ruido son muy altos. El circuito de un disparador Schmitt es ideal para muchas aplicaciones para superar este problema. Afortunadamente, un comparador recto se puede convertir en un disparador Schmitt mediante la adición de un solo componente electrónico en la mayoría de los casos

Múltiples interruptores de la salida debido al ruido pueden dar lugar a muchos problemas con los siguientes circuitos digitales, y en muchos casos, los ingenieros de diseño de circuitos electrónicos han pasado muchas horas depurando circuitos con este tipo de problema, ya que a veces pueden ser difíciles de rastrear.

 

Circuito de disparador Schmitt

Un circuito comparador estándar normalmente se puede convertir en un disparador Schmitt en la etapa de diseño electrónico mediante la introducción de retroalimentación positiva por la suma de un componente electrónico adicional. En el circuito de abajo esto es proporcionado por la adición de una resistencia R3.

El efecto de la nueva resistencia, R3 es dar al circuito diferentes umbrales de conmutación dependientes del estado de salida del comparador o amplificador operativo. Cuando la salida del comparador es alta, esta tensión se devuelve a la entrada no inversora del amplificador operativo del comparador. Como resultado, el umbral de conmutación se vuelve más alto. Cuando la salida se conmuta en el sentido opuesto, se reduce el umbral de conmutación. Esto le da al circuito lo que se llama histéresis.

El hecho de que la retroalimentación positiva aplicada dentro del circuito asegura que efectivamente hay una ganancia más alta y por lo tanto el Switching es más rápido. Esto es particularmente útil cuando la forma de onda de entrada puede ser lenta. Sin embargo, se puede aplicar un condensador de aceleración dentro del circuito del disparador Schmitt para aumentar aún más la velocidad de conmutación.

Al colocar un condensador a través de la resistencia de retroalimentación positiva R3, la ganancia se puede aumentar durante el cambio, haciendo que el cambio sea aún más rápido. Este condensador, conocido como condensador de aceleración puede estar entre 10 y 100 pF dependiendo del circuito.

Es bastante fácil calcular las resistencias necesarias en el circuito de gatillo Schmitt. La tensión central sobre la que debe cambiar el circuito está determinada por la cadena divisoria potencial que consiste en resistencias R1 y R2. Esto debe ser elegido primero. A continuación, se puede calcular la resistencia de retroalimentación R3. Esto proporcionará un nivel de histéresis que es igual a la oscilación de salida del circuito reducido por la división potencial formada como resultado del R3 y la combinación paralela de las resistencias R1 y R2.

¿Cómo funciona un disparador de Schmitt?

El disparador de Schmitt proporciona resultados adecuados incluso si la señal de entrada tiene ruido. Utiliza dos tensiones de umbral; una es la tensión de umbral superior (VUT) y la otra es la tensión de umbral inferior (VLT).

La salida del disparador Schmitt permanece baja hasta que la señal de entrada cruza VUT. Una vez que la señal de entrada cruza este límite VUT, la señal de salida del disparador Schmitt permanece alta hasta que la señal de entrada está por debajo del nivel de VLT.

Vamos a entender el funcionamiento del disparador de Schmitt con un ejemplo. Supongamos que la entrada inicial es cero. Aquí hemos supuesto que la señal de entrada inicial es cero y aumenta gradualmente.

La señal de salida del disparador Schmitt permanece baja hasta el punto A. En el punto A, la señal de entrada cruza por encima del nivel del umbral superior (VUT) y hace una señal de salida alta.

La señal de salida permanece alta hasta el punto B. En el punto B, la señal de entrada cruza por debajo del umbral inferior. Y esto hace que la señal de salida sea baja.

Y de nuevo, en el punto C, cuando la señal de entrada cruza por encima del umbral superior, la salida es alta.

En esta condición, podemos ver que la señal de entrada tiene ruido. Pero el ruido no afecta a la señal de salida.

Aplicaciones del Schmitt Trigger

Un disparador Schmitt se utiliza en una serie de aplicaciones donde es necesario detectar un nivel. Incluso si solo se utiliza una pequeña cantidad de histéresis, reduce las transiciones múltiples que pueden ocurrir alrededor del punto de conmutación.

Como tal, las aplicaciones del disparador Schmitt incluyen muchas áreas diferentes del diseño de circuitos electrónicos.

• Conversión digital a analógica: El disparador Schmitt es un convertidor analógico-digital de un bit. Cuando la señal alcanza un nivel determinado, pasa de un estado a otro. Esto puede utilizarse para controlar otros circuitos digitales.
• Detección de nivel: El circuito de disparo Schmitt es capaz de proporcionar detección de nivel. Al realizar esta aplicación, es necesario tener en cuenta la tensión de histéresis durante el diseño del circuito electrónico para que el circuito conmute en la tensión requerida.
• Recepción de línea: al ejecutar una línea de datos que puede haber captado ruido en una puerta lógica, es necesario asegurarse de que un nivel de salida lógica solo se cambia a medida que cambian los datos y no como resultado de un ruido espurio que se puede haber recogido. El uso de un disparador Schmitt permite ampliamente que el pico de ruido máximo alcance el nivel de la histéresis antes de que pueda producirse una activación espuria.

Precauciones a tomar con el Schmitt Trigger

Cuando se utiliza un amplificador de operación como comparador, se debe tener cuidado. El chip de amplificador de operación en sí está optimizado para el funcionamiento de bucle cerrado con retroalimentación negativa. Como resultado, los fabricantes de amplificadores de operación no garantizan sus amplificadores operativos para su uso en circuitos sin retroalimentación, o con retroalimentación positiva como en el caso del disparador Schmitt.

Uno de los problemas es que cuando se utiliza un amplificador de operación en lugar de un comparador, la velocidad de conmutación no será casi tan alta, y también es poco probable que golpee los rieles tan duro.

Por lo general, los comparadores están diseñados para condiciones de circuito de bucle abierto o incluso se utilizan con retroalimentación positiva en el caso del disparador Schmitt. También tienen una configuración de circuito de estilo colector abierto que está diseñada para cambiar duro a los rieles de voltaje según sea necesario para los circuitos lógicos. Por esta y muchas otras razones, los comparadores proporcionarán características de conmutación mucho mejores de lo que un amplificador de operación podría.

Otros problemas que pueden surgir en algunas ocasiones son que cuando un amplificador de operación es conducido duro en los rieles, consumirá más energía de la que normalmente consumiría. Un problema adicional que puede surgir es en forma de enganche, donde el amplificador de operación se enganchará al riel de voltaje y permanecerá allí sin cambiar independientemente de los niveles de entrada.

El disparador Schmitt se utiliza en una serie de diferentes circuitos electrónicos donde las señales analógicas necesitan ser detectadas y convertidas a un formato digital. El circuito tiene ben alrededor durante muchos años y proporciona una función muy útil en muchos de los diseños de circuitos electrónicos de hoy en día.