Mạch Schmitt Trigger sử dụng Op-Amp

Mạch Schmitt Trigger sử dụng Op-Amp

Mạch Schmitt Trigger còn được gọi là mạch so sánh có phản hồi. Mạch được thiết kế với một phản hồi dương và do đó sẽ tạo ra các chuyển đổi đầu ra. Ngoài ra, việc sử dụng phản hồi điện áp dương thay vì phản hồi âm sẽ  ỗ trợ điện áp phản hồi cho điện áp đầu vào thay vì chống lại nó. Việc sử dụng mạch này nhằm loại bỏ những khó khăn trong mạch dò không chéo do tín hiệu tần số thấp và điện áp nhiễu đầu vào.

Dưới đây là sơ đồ mạch của Mạch Schmitt Trigger. Về cơ bản đây là một mạch so sánh đảo ngược với  phản hồi dương. Mục đích của mạch là chuyển đổi bất kỳ dạng sóng đầu vào có hình dạng thông thường hoặc không đều thành điện áp hoặc xung đầu ra sóng vuông. Vì vậy, nó cũng có thể được gọi là mạch tạo sóng vuông.

Như được hiển thị trong sơ đồ mạch, bộ chia điện áp với các điện trở Rdiv1 và Rdiv2 được đặt trong phản hồi dương của op-amp 741. Các giá trị tương tự của Rdiv1 và Rdiv2 được sử dụng để nhận giá trị điện trở Rpar = Rdiv1||Rdiv2 được mắc nối tiếp với điện áp đầu vào. Rpar được sử dụng để giảm thiểu điện áp bù. Điện áp trên R1 được đưa trở lại đầu vào không đảo. Điện áp đầu vào (Vi) kích hoạt hoặc thay đổi trạng thái đầu ra Vout mỗi khi vượt quá mức điện áp của nó trên một giá trị ngưỡng nhất định gọi là Điện áp ngưỡng trên (Vupt) và Điện áp ngưỡng dưới (Vlpt).

Giả sử rằng điện áp đầu vào đảo ngược có giá trị dương nhỏ. Điều này sẽ gây ra giá trị âm trong đầu ra. Điện áp âm này được đưa trở lại đầu cực không đảo (+) của op-amp thông qua bộ chia điện áp. Do đó, giá trị của điện áp âm được đưa trở lại cực dương trở nên cao hơn. Giá trị của điện áp âm trở lại cao hơn cho đến khi mạch được dẫn đến bão hòa âm (-Vsat). Tiếp tục nếu điện áp đầu vào đảo ngược có giá trị âm nhỏ. Điều này sẽ tạo ra giá trị dương trong đầu ra. Điện áp dương này được đưa trở lại đầu cực không đảo (+) của op-amp thông qua bộ chia điện áp. Do đó, giá trị của điện áp dương được đưa trở lại cực dương trở nên cao hơn. Giá trị của điện áp dương trở lại cao hơn cho đến khi mạch được dẫn đến bão hòa dương (+ Vsat). Đây là lý do tại sao mạch cũng được đặt tên là mạch so sánh có phản hồi.

Khi Vout = +Vsat, điện áp trên Rdiv1 trở thành điện áp ngưỡng trên (Vupt). Điện áp đầu vào, Vin phải dương hơn một chút so với Vupt  để khiến Vo đầu ra chuyển từ + Vsat sang -Vsat. Khi điện áp đầu vào nhỏ hơn Vupt, điện áp đầu ra Vout ở mức +Vsat.

Ngưỡng điện áp trên: Vupt = + Vsat (Rdiv1 / [Rdiv1 + Rdiv2])

Khi Vout = -Vsat, điện áp trên Rdiv1 được gọi là Điện áp ngưỡng dưới (Vlpt). Điện áp đầu vào, Vin phải âm hơn một chút so với Vlpt để khiến Vo đầu ra chuyển từ -Vsat sang + Vsat. Khi điện áp đầu vào nhỏ hơn Vlpt, Vout điện áp đầu ra ở mức -Vsat.

Ngưỡng điện áp thấp hơn: Vlpt = -Vsat (Rdiv1 / [Rdiv1 + Rdiv2])

Nếu giá trị của Vupt và Vlpt cao hơn điện áp nhiễu đầu vào, phản hồi dương sẽ loại bỏ các chuyển đổi đầu ra sai. Với sự trợ giúp của phản hồi dương điện áp đầu ra sẽ chuyển đổi nhanh giữa điện áp bão hòa dương và âm.

Trễ

Do mạch so sánh có phản hồi dương sẽ có độ trễ xảy ra ở đầu ra. Khi đầu vào của bộ so sánh có giá trị cao hơn Vupt, đầu ra của nó chuyển từ + Vsat sang -Vsat và trở lại trạng thái ban đầu +Vsat, khi giá trị đầu vào nằm dưới Vlpt. Điều này được thể hiện trong hình dưới đây. Điện áp trễ có thể được tính là chênh lệch giữa điện áp ngưỡng trên và dưới.

Vtrễ = Vupt - Vlpt

Giá trị của Vupt và Vlpt biểu diễn từ các phương trình :

V trễ= +Vsat (Rdiv1 / Rdiv1 + Rdiv2) - {-Vsat (Rdiv1 / Rdiv1 + Rdiv2)}

V trễ = (Rdiv1 / Rdiv1 + Rdiv2) {+ Vsat - (-Vsat)}

Các ứng dụng của Schmitt Trigger

Bộ Trigger Schmitt chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi điện áp đầu vào có sự thay đổi rất chậm thành đầu ra có dạng sóng thay đổi đột ngột xảy ra chính xác tại một giá trị nhất định của điện áp đầu vào. Có thể sử dụng mạch cho tất cả các ứng dụng sử dụng bộ so sánh chung.