Schmitt Trigger: ¿Qué es y cómo funciona? (Diagramas de circuito inversor y no inversor)

Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

¿Qué es un disparador Schmitt?

Un disparador Schmitt es un circuito comparador con histéresis implementado aplicando retroalimentación positiva a la entrada no inversora de un comparador o amplificador diferencial . Un disparador Schmitt utiliza dos niveles de voltaje de umbral diferentes de entrada para evitar ruido en la señal de entrada. La acción de este doble umbral se conoce como histéresis.

El disparador Schmitt fue inventado por el científico estadounidense Otto H Schmitt en 1934.

El comparador normal contiene solo una señal de umbral. Y compara la señal de umbral con una señal de entrada. Pero, si la señal de entrada tiene ruido, puede afectar la señal de salida.

En la figura anterior, debido al ruido en las ubicaciones A y B, la señal de entrada (V1) cruza el nivel de la señal de referencia (V2). Durante este período, V1 es menor que V2 y la salida es baja.

Por tanto, la salida del comparador se ve afectada por el ruido en la señal de entrada. Y el comparador no está protegido del ruido.

El «disparador» en el nombre «Disparador Schmitt» proviene del hecho de que la salida retiene su valor hasta que la entrada varía lo suficiente como para «disparar» un cambio.

¿Cómo funciona un disparador Schmitt?

El disparador Schmitt da resultados adecuados incluso si la señal de entrada es ruidosa. Utiliza dos voltajes de umbral; uno es el voltaje de umbral superior (VUT) y el segundo es el voltaje 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.

Entendamos el funcionamiento del disparador Schmitt con un ejemplo. Aquí asumimos que la entrada inicial es cero.

Aquí, hemos asumido que la señal de entrada inicial es cero y aumenta gradualmente como se muestra en la figura anterior.

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 genera 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 nuevamente, 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 es ruidosa. Pero el ruido no se ve afectado en la señal de salida.

Circuito disparador Schmitt

El circuito de disparo de Schmitt utiliza retroalimentación positiva. Por lo tanto, este circuito también se conoce como circuito comparador regenerativo. El circuito de disparo Schmitt se puede diseñar con la ayuda de Op-Amp y Transistor . Y se clasificó como;

• Disparador Schmitt basado en amplificador operacional
• Disparador Schmitt basado en transistores

Disparador Schmitt basado en amplificador operacional

El circuito de disparo Schmitt se puede diseñar utilizando Op-Amp de dos formas. Si la señal de entrada está conectada en el punto de inversión del amplificador operacional, se conoce como disparador Schmitt inversor. Y si la señal de entrada está conectada en el punto no inversor de Op-Amp, se conoce como disparador Schmitt no inversor.

Disparador Schmitt inverso

En este tipo de disparador Schmitt, la entrada se da en el terminal inversor del amplificador operacional. Y la retroalimentación positiva de la salida a la entrada. El diagrama del circuito del disparador Schmitt inversor es como se muestra en la siguiente figura.

Ahora, entendamos cómo funciona este circuito. En el punto A, el voltaje es V y el voltaje aplicado (voltaje de entrada) es Vin.

Si el voltaje aplicado Vin es mayor que V, la salida del circuito será baja. Y si el voltaje aplicado Vin es menor que V, la salida del circuito será alta.

Ahora, calcula la ecuación de V.

Aplicando la ley actual de Kirchhoff (KCL),

Ahora, supongamos que la salida del disparador Schmitt es alta. En esta condición,

Entonces, de la ecuación anterior;

Cuando la señal de entrada es mayor que V ₁ , la salida del disparador Schmitt será baja. Por tanto, V ₁ es un voltaje de umbral superior (V _UT ).

La salida permanecerá baja hasta que la señal de entrada sea menor que V. cuando la salida del disparador Schmitt sea baja, en esta condición,

Ahora, la salida permanece alta hasta que la señal de entrada sea menor que V ₂ . Por lo tanto, V ₂ se conoce como voltaje de umbral más bajo (V _LT ).

Disparador Schmitt no inversor

En el disparador Schmitt no inversor, la señal de entrada se aplica en el terminal no inversor del Op-Amp. Y la retroalimentación positiva se aplica desde la salida hasta la entrada. El terminal inversor del Op-Amp está conectado al terminal de tierra. El diagrama de circuito del disparador Schmitt no inversor es como se muestra a continuación en la figura.

En este circuito, la salida del disparador Schmitt será alta cuando el voltaje V sea mayor que cero. Y la salida será baja cuando el voltaje V sea menor que cero.

Ahora, encontremos la ecuación de voltaje V. Para eso, aplicamos KCL en ese nodo.

Ahora, suponga que la salida de Op-Amp es baja. Por lo tanto, la tensión de salida del disparador Schmitt es V _L . Y el voltaje V es igual a V ₁ .

En esta condición,

De la ecuación anterior,

Cuando el voltaje V ₁ es mayor que cero, la salida será alta. En esta condición,

Ahora suponga que la salida del disparador Schmitt es alta. Y el voltaje V es igual a V ₂ .

De la ecuación de voltaje V,

La salida del disparador Schmitt será baja cuando el voltaje V ₂ sea ​​menor que cero. En esta condición,

La ecuación anterior da el valor del voltaje de umbral inferior (V _LT ).

Disparador Schmitt basado en transistores

El circuito de disparo Schmitt se puede diseñar con la ayuda de dos transistores. El diagrama de circuito del disparador Schmitt basado en transistores se muestra en el siguiente circuito.

V _in = voltaje de entrada
V _ref = voltaje de referencia = 5V

Supongamos que, al inicio, un voltaje de entrada Vin es cero. El voltaje de entrada se da a la base del transistor T ₁ . Por tanto, en esta condición, el transistor T ₁ opera en la región de corte y permanece no conductor.

V _a y V _b son voltaje de nodo. El voltaje de referencia se da 5V. Entonces, podemos calcular el valor de V _a y V _b mediante la regla del divisor de voltaje.

El voltaje V _b se da a la base del transistor T ₂ . Y es de 1,98 V. Por lo tanto, el transistor T ₂ está llevando a cabo. Y debido a esto, la salida del disparador Schmitt es baja. La caída en un emisor es de aproximadamente 0,7 V. Entonces, la base del voltaje del transistor es 1.28V.

El emisor del transistor T ₂ está conectado con el emisor del transistor T ₁ . Por lo tanto, ambos transistores operan al mismo nivel a 1.28V.

Significa que el transistor T ₁ funcionará cuando el voltaje de entrada sea 0,7 V por encima de 1,28 V o más de 1,98 V (1,28 V + 0,7 V).

Ahora, aumentamos el voltaje de entrada más de 1,98 V y el transistor T ₁ comenzará a conducir. Esto provoca la caída de voltaje de la base del transistor T ₂ y cortará el transistor T ₂ . Y debido a esto, la salida del disparador Schmitt es alta.

El voltaje de entrada comienza a disminuir. El transistor T ₁ se cortará cuando el voltaje de entrada sea 0,7 V menor que 1,98 V y 1,28 V. En esta condición, el transistor T ₂ obtiene suficiente voltaje del voltaje de referencia y se encenderá. Esto hace que la salida de Schmitt se dispare en un nivel bajo.

Por lo tanto, en esta condición, tenemos dos umbrales, un umbral más bajo en 1.28V y un umbral más alto en 1.98V.

Oscilador disparador Schmitt

El disparador de Schmitt se puede utilizar como un oscil l Ator mediante la conexión de un único circuito integrado RC. El diagrama de circuito del oscilador de disparo Schmitt es como se muestra en la siguiente figura.

La salida del circuito es una onda cuadrada continua. Y la frecuencia de la forma de onda depende del valor de R, C y del punto de umbral de Schmitt Trigger.

Donde k es una constante y varía entre 0,2 y 1.

Disparador CMOS Schmitt

El circuito inversor de señal simple da la señal de salida opuesta a la señal de entrada. Por ejemplo, si la señal de entrada es alta, la señal de salida es baja para un circuito inversor simple. Pero si la señal de entrada tiene picos (ruido), la señal de salida reaccionará al cambio en un pico. Eso no queremos. Por lo tanto, se utiliza el disparador CMOS Schmitt.

En la primera forma de onda, la señal de entrada no tiene ruido. Entonces, la salida es perfecta. Pero en la segunda figura, la señal de entrada tiene algo de ruido. La salida también reacciona a este ruido. Para evitar esta condición, se utiliza el disparador CMOS Schmitt.

El siguiente diagrama de circuito muestra la construcción del disparador CMOS Schmitt. El CMOS Schmitt Trigger consta de 6 transistores, incluidos los transistores PMOS y NMOS.

Primero, necesitamos saber, ¿qué es el transistor PMOS y NMOS? El símbolo de los transistores PMOS y NMOS se encuentra en la siguiente figura.

El transistor NMOS conduce cuando VG es mayor que VS o VD. Y el transistor PMOS conduce cuando VG es menor que VS o VD. En el disparador CMOS Schmitt, se agregan un transistores PMOS y uno NMOS en un circuito inversor simple.

En el primer caso, el voltaje de entrada es alto. En esta condición, el transistor P _N está ENCENDIDO y el transistor N _N está APAGADO. Y crea una ruta a tierra para el nodo-A. Por lo tanto, la salida del disparador CMOS Schmitt será cero.

En el segundo caso, el voltaje de entrada es alto. En esta condición, el transistor N _N está ENCENDIDO y el transistor P _N está APAGADO. Creará una ruta al voltaje V _DD (alto) para el nodo B. Por lo tanto, la salida del disparador CMOS Schmitt será alta.

Aplicaciones del disparador Schmitt

Las aplicaciones del disparador Schmitt son las siguientes.

• El disparador de Schmitt se usa para una onda sinusoidal y una onda triangular en ondas cuadradas.
• El uso más importante de los disparadores Schmitt para eliminar el ruido en el circuito digital.
• También se utiliza como generador de funciones.
• Se utiliza para implementar un oscilador.
• Los disparadores Schmitt con el circuito RC se utilizan como supresión de rebotes del interruptor.