لزوم استفاده از مدار اشمیت تریگر

لزوم استفاده از مدار اشمیت تریگر:
اشمیت تریگر (Schmitt Trigger) یک مدار مقایسه کننده (Comparator) است که از فیدبک مثبت برای پیاده سازی هیسترزیس (Hysteresis) استفاده می کند.

در حالت فیدبک مثبت، یک تغییر کوچک در ورودی منجر به تغییری بزرگ در خروجی خواهد شد. این مدار همچنین برای حذف نویز از سیگنال آنالوگ، در هنگام تبدیل آن به سیگنال دیجیتال کاربرد دارد.

اختراع این مدار در سال 1937 توسط «اتو هربرت اشمیت» (Otto Herbert Schmitt) انجام گرفت. آقای اشمیت در آن زمان مدار را تریگر حرارتی (Thermionic Trigger) نامید.

مقایسه کننده ها ذاتا سرعت عمل بالایی دارند؛ زیرا در مدار آن ها از خازن جبران ساز (Compensating Capacitor) استفاده نشده است.

این خازن معمولا در مدارات اپ امپی وجود دارد. زمان گذار (Transition Time) در مدار مقایسه کننده ها از مرتبه نانو ثانیه است و محدودیت نرخ شیب خروجی در آن ها وجود ندارد.

همچنین مقایسه کننده ها به دلیل بهره بالا، دارای ورودی های بسیار حساسی هستند و حتی تغییری بسیار کم در ورودی، می تواند تغییر آنی در حالت خروجی به وجود آورد.

این مشکل زمانی حادتر می شود که سیگنال های ورودی تفاضلی به ناحیه مرده (Dead Zone) برسند؛ زیرا در این ناحیه کم ترین ولتاژ تفاضلی ورودی، برای حفظ خروجی پایدار مورد نیاز است.

در این بازه که عرض بسیار کمی دارد، مقایسه کننده در تعیین خروجی دچار مشکل می شود و پدیده ای به نام Motorboating به وجود می آید که در نتیجه آن خروجی حالتی نوسانی می یابد. این مشکل همچنین در سیگنال های با زمان گذار بسیار آهسته نیز اتفاق می افتد.

در واقع سیگنال ورودی به اندازه ای در ناحیه مرده باقی می ماند که منجر به ایجاد گذارهای خروجی چندگانه شود. نمایی از این پدیده در شکل زیر نشان داده شده است.

با توجه به شکل بالا، سیگنال ورودی با نوسان خروجی تغییر می کند و نویز های بسیاری در خروجی متصل به مقاومت بالاکش (Pull-Up) وجود دارد که نتیجه ایزوله سازی (Decoupling) ضعیف در این مدار است.

اگر یک مدار منطقی به خروجی متصل باشد، قادر است که گذارهای چندگانه را تشخیص دهد و منجر به خراب شدن آن می شود؛ زیرا فلیپ فلاپ چندین بار تغییر وضعیت (Toggle) می دهد و باعث ریست شدن مدار می شود.

با استفاده از هیسترزیس (Hysteresis) می توان چنین مشکلی را اصلاح کرد. در این مدار با افزودن یک مقاومت بین پایه های معکوس کننده و خروجی، مشکل برطرف می شود.

تصویر زیر، نتیجه ایجاد این تغییر را نشان می دهد. در تصویر به ولتاژ مرجع که مجددا حالت ناپایدار دارد، توجه کنید.