Schmitt Trigger and the 555 Timer

Transcript

1 Schmitt Trigger and the 555 Timer א. Schmitt Trigger (פטר שמידט) אות, שנועד להפעיל מעגל לוגי, חייב לקיים שני תנאים בסיסיים: הרמות הלוגיות "0", "" חייבות להיות בתחום המתחים של המעגל. המעברים בין הרמות הלוגיות חייבים להיות מהירים וחלקים, למניעת אי-יציבות... מעגל שמידט מאפשר יצירת מעברים חדים, מאפשר להפריד בין קבוצות של רמות לוגיות ולהפוך מקבוצה אחת לשניה. נסמן את שתי הרמות הלוגיות; = HI 0 = LO ומכיוון שאלו שתי הרמות היחידות שאנו מעוניינים בהן באלקטרוניקה דיגיטלית, הרי הן חייבות להיות מופרדות בבירור זו מזו. אחת מהדרכים להפריד בין רמות היא באמצעות משווה.(Comparator) מכוונים את רמת הסף של המשווה למינימום של הרמה הגבוהה וכל פעם שהאות חוצה את רמת הסף מקבלים שינוי במצב הלוגי. בעיה, שקיימת בשיטה זו, בשרטוט. מתעוררת כאשר על האות מולבש רעש אקראי. תופעה זו מתוארת Vin Vref HI LOW שרטוט - מעברים מרובים הנגרמים מסגנל רועש החוצה רמת סף בודדת. כאשר היענות המשווה מהירה יותר מקצב חציית רמת הסף ע"י אות הרעש, אותות דיגיטליים נוספים בלתי רצויים כתוצאה מהרעש. מקבלים שיטה טובה להימנע מבעיה זו היא מעגל שמידט טריגר: במעגל זה קיימים שני מתחי סף: + V ו- - V. כאשר הסיגנל משתנה בכיוון החיובי הוא חוצה תחילה את + V ואז קורות שתי תופעות: א) הרמה הלוגית ביציאה משנה מצב. -

2 ב) רמת הסף משתנה מ- + V ל- - V, אשר הוא מתח נמוך מ- + V וההפרש ביניהם גדול מרמת הרעש. Vin מצב זה מתואר בשרטוט : V + V - HI LO שרטוט - צורת הגל של שמידט טריגר ההשתנות הבאה של המצב הלוגי היא כאשר האות, שהוא עתה במגמה שלילית, יורד עד לרמת הסף - V ואז שוב מתרחשות שתי תופעות: א) ב) הרמה הלוגית ביציאה משנה מצב. רמת הסף משתנה מ- - V ל- + V. להשגת מטרה זו של רמות סף משתנות ניתן לקחת חלק מאות היציאה () לתוך מסכם של מגבר שרת יחד עם מתח סף ייחוס ) V) כפי שמתואר בשרטוט. Vin (sin) KΩ V bias 4 Vref שרטוט -מעגל שמידט טריגר - Limiter מתח הסף ניתן עתה ע"י הנוסחה: ( ) V =V =V + V -V bias ± out + = V V + out + + -

3 כאשר מופיעים בנוסחה שני הערכים של. עבור רכיבי - TTL הוא (HI) +5V או (LO). 0V עבור מגברי שרת - 4 הוא מתחי הרוויה והוא תלוי במתחי האספקה לרכיב. ההפרש בין המתחים של HI ו- LO נקבע ע"י בחירת הנגדים. בדרך כלל בוחרים << כך שניתן לרשום את הנוסחה: V V V ± + out שימו לב לגודלו של האיבר : / אם = 0 וכן, =±V אזי.*/ = ±.V מעגל המגביל (Limiter) יוצר ערכים מוגדרים היטב של HI ו- LO. מעגל שמידט טריגר הוא מעגל היסטרזיס המאפשר לנקות אות מרעשים ונותן ביציאתו אות ריבועי מוגדר היטב. אם קובעים את + V למתח מינימום של HI ואת - V למתח המקסימום של LO נקבל היענות כמו בשרטוט 4: Vin V + V - שרטוט 4 -שמידט טריגר משמש לשחזור רמות לוגיות מעגל שמידט טריגר מהווה מעגל אידאלי להמרת אות דיגיטלי מקבוצה אחת של רמות לוגיות לקבוצה אחרת של רמות לוגיות, המרה הנדרשת כאשר משתמשים במשפחות לוגיות שונות בחלקים שונים של המערכת,TTL) MOS וכו'). את + V ו- - V קובעים, כפי שנקבע בשרטוט 4, עבור הרמות הלוגיות של הכניסה, והמגביל הוא הקובע את רמות היציאה הלוגיות. -

4 V CC (+5V) NOT gates with a switching threshold. Ouputs go low when inputs exceed. V. Ouputs go high when inputs fall to 0.9 V ביצוע הניסוי שרטוט - 5 רכיב שמידט טריגר 44 - במעגל שמידט-טריגר. בנה מעגל שמידט-טריגר תוך שימוש במגבר אופרטיבי 4 כמשווה. שנה את ערכי המתחים + V ו- - V (שהם מתחי הסף עבור כיוון חיובי ושלילי בהתאמה), ע י שינוי הנגדים., בדוק שמצבי המעבר מתאימים ל- + V V - לפי הנוסחה בעמוד הקודם. לשימושים רבים אנו רוצים V + =.V ו- 0.9V V - = ולשם כך משתמשים במעגלים 4 4, או 44. מדוע יש צורך דווקא בערכים אלה של מתח? בנה בעזרת שמידט-טריגר 44 את המעגלים הבאים:.. Led Flesher הסבר את עקרון הפעולה של המעגל. מצא נוסחה לחישוב התדירות ואורך הפולס. Bounclesss Pushbutton הסבר את עקרון הפעולה. מהו אורך הפולס? א) ב) לצורך החישובים התאורטיים, ניתן להשתמש בנוסחה הפשוטה לטעינה ופריקה של קבל: V C t C () t V ( V V ) e = 0 kω V CC 00µF 0Ω שרטוט - FLASHE LED 4-

5 V CC 0 kω קיצור וניתוק של חוטים, אל תשתמשו במתג מקופסת S 00µF שרטוט - PUSHBUTTON BOUNCELESS ב. 555 Timer טיימר 555 בפני עצמו אינו רכיב דיגיטלי אלא מעגל משולב לינארי, אולם משתמשים בו במעגלים דיגיטליים רבים בתור מחולל גל ריבועי לאות השעון. קיימים שימושים ביתיים רבים לטיימר 555 וצעצועים רבים משתמשים בו כשעון. ספרות: Principles of Electronic Instrumentation, Diefenderfer,.8. DIE, p-. Op. Amp. and Integrated Circuits,.F. Coughin and F. Driscall,.8.55 COU דו"ח מכין + ביצוע (555) הסבר בעזרת שרטוט המעגל השקול של הרכיב (שרטוט 8) את אופן פעולתו במפורט. בנה מחולל גל ריבועי בלתי-סימטרי לפי שרטוט - 9 generator Pulse ובדוק את תדר המוצא תוך כדי שינוי ערכי הנגדים והקבל. לשם כך השתמש בנגד וקבל משתנים. מהו התדר הצפוי תיאורטית בכל מקרה וממה נובעת הסטיה? הפוך את מחולל הגל הריבועי הבלתי-סימטרי למחולל גל ריבועי סימטרי. יש שתי דרכים בהן ניתן לבצע זאת: בעזרת דיודה ובעזרת.T-FF הסבר כיצד זה מתבצע בכל דרך וכיצד ישתנה התדר. בצע לפי אחת הדרכים. בנה One shot r (שרטוט.( לא לשכוח כאשר מסבירים בדו"ח את עקרון הפעולה של המעגל, להסביר גם את פעולת הטריגר (רגל ) במעגל זה, זמן התחלת הפולס במוצא ביחס לטריגר ולאורך הפולס. חבר את כניסת הטריגר (רגל ) למחולל גל ריבועי ברמות מתח לוגיות (0V או 5V) בתדר 0Hz ושנה את ערך הנגד. 5-

6 צפה בשני האותות בסקופ. מהו הערך הקריטי שעבורו התדירויות שוות? איך זה מתאים לתיאוריה? V CC 8 Threshold Control voltage 5 5 kω A Flip Flop Discharge Trigger 5 kω B S Q reset Output 5 kω Gnd 4 reset מעגל שקול שרטוט V 8 4 MΩ 00 kω 555 Output 0.0 µf שרטוט - 9 generator Pulse 5-5 V 0 kω µf One shot r- שרטוט 0 5 Trigger input (0Hz) 0.0 µf Output T T=? values shown give 0.0 sec output pulse -