اقرأ في هذا المقال
- ما هو مشغل شميت
- كيف يعمل Schmitt Trigger
- خصائص عمل دائرة Schmitt Trigger
- الأجهزة التي تتضمن مشغل شميت المدمج
- معلمات دائرة Schmitt Trigger
اخترع العالم الأمريكي أوتو شميت الزناد شميت في عام 1934م ويحتوي المقارن العادي على إشارة حد واحدة فقط، ويقارن إشارة العتبة بإشارة الإدخال ولكن إذا كانت إشارة الإدخال بها ضوضاء فقد تؤثر على إشارة الإنتاج.
ما هو مشغل شميت
مشغل شميت “Schmitt Trigger”: هي عبارة عن دائرة مقارنة مع التباطؤ الذي يتم تنفيذه من خلال تطبيق تغذية راجعة إيجابية على المدخلات غير المحولة للمقارن أو المضخم التفاضلي، كما يستخدم “Schmitt Trigger” مستويين مختلفين من عتبة الجهد لتجنب الضوضاء في إشارة الإدخال ويُعرف الإجراء من هذه العتبة المزدوجة بالتباطؤ.
كيف يعمل Schmitt Trigger
يعطي مشغل “Schmitt” نتائج مناسبة حتى لو كانت إشارة الإدخال صاخبة، كما يستخدم جهدين عتبة الأول هو جهد العتبة العليا “VUT” والثاني هو جهد العتبة الأدنى “VLT”، ويبقى ناتج مشغل “Schmitt” منخفضاً حتى تعبر إشارة الإدخال “VUT”، وبمجرد عبور إشارة الإدخال هذا الحد “VUT” تبقى إشارة ناتج مشغل “Schmitt” مرتفعة حتى تكون إشارة الإدخال أقل من مستوى “VLT”.
- إذا تم افتراض أنّ إشارة الإدخال الأولية هي صفر وأنّها تزداد تدريجياً.
- تبقى إشارة الناتج لمشغل “Schmitt” منخفضة حتى النقطة، وعند النقطة تعبر إشارة الإدخال فوق مستوى الحد الأعلى “VUT” وتصدر إشارة ناتج عالية.
- تبقى إشارة الناتج عالية حتى النقطة الأخرى، وعند النقطة تعبر إشارة الإدخال أقل من الحد الأدنى وهذا يجعل إشارة الناتج منخفضة.
- ومرة أخرى عند النقطة الثالثة عندما تتجاوز إشارة الإدخال الحد الأعلى يكون الناتج مرتفعاً.
- وفي هذه الحالة يمكن أن تكون إشارة الإدخال صاخبة، لكنّ الضوضاء لا تتأثر في إشارة الناتج.
خصائص عمل دائرة Schmitt Trigger
تستخدم دائرة الزناد “Schmitt” التغذية الراجعة الإيجابية، لذلك تُعرف هذه الدائرة أيضاً باسم دائرة المقارنة التجديدية، كما يمكن تصميم دائرة “Schmitt Trigger” بمساعدة “Op-Amp” و”Transistor” وتصنف على أنّها:
- “Schmitt Trigger” القائم على “Op-amp”.
- “Schmitt Trigger” على أساس الترانزستور.
يمكن تصميم دائرة “Schmitt Trigger” باستخدام “Op-Amp” بطريقتين، حيث إذا كانت إشارة الإدخال متصلة بنقطة انعكاس “Op-Amp” فإنّها تُعرف باسم “Inverting Schmitt Trigger”، وإذا كانت إشارة الإدخال متصلة بنقطة غير مقلوبة لـ “Op-Amp” فإنّها تُعرف باسم “Schmitt Trigger” غير المقلوب.
في “Inverting Schmitt Trigger” من مشغل “Schmitt” يتم إعطاء الإدخال عند الطرف العكسي لـ “op-amp”، والتغذية الراجعة الإيجابية من المخرجات إلى المدخلات، كما يتمثل أحد تطبيقات مشغل “Schmitt” في زيادة مناعة الضوضاء في دائرة ذات عتبة إدخال واحدة فقط.
ومع عتبة إدخال واحدة فقط يمكن أن تتسبب إشارة الإدخال المزعجة بالقرب من العتبة في تبديل الإخراج سريعاً ذهاباً وإياباً من الضوضاء وحدها، كما يمكن أن تتسبب إشارة إدخال “Schmitt Trigger” المزعجة بالقرب من عتبة واحدة في تبديل واحد فقط في قيمة الإخراج، وبعد ذلك سيتعين عليها تجاوز العتبة الأخرى من أجل إحداث مفتاح آخر.
وعلى سبيل المثال في “QSE15x” من عائلة أجهزة الاستشعار الضوئية بالأشعة تحت الحمراء من “Fairchild Semiconductor”، يولد الثنائي الضوئي المضخم للأشعة تحت الحمراء إشارة كهربائية تنتقل بشكل متكرر بين أدنى قيمة وأعلى قيمة مطلقة، كما يتم بعد ذلك ترشيح هذه الإشارة ذات التمرير المنخفض لتشكيل إشارة سلسة ترتفع وتنخفض وفقاً لمقدار الوقت النسبي الذي تكون فيه إشارة التبديل قيد التشغيل والإيقاف.
كما يمر الناتج المفلتر إلى مدخلات مشغل شميت، والتأثير المتوسط هو أنّ ناتج مشغل شميت يمر فقط من منخفض إلى مرتفع، وبعد أن تثير إشارة الأشعة تحت الحمراء المستقبلة الثنائي الضوئي لفترة أطول من بعض التأخير المعروفة وبمجرد أن يكون المشغل شميت مرتفعاً، فإنه يتحرك فقط منخفضًا بعد توقف إشارة الأشعة تحت الحمراء لإثارة الثنائي الضوئي لأطول من تأخير معروف مشابه.
وفي حين أنّ الثنائي الضوئي عرضة للتبديل الزائف بسبب الضوضاء الصادرة عن البيئة فإنّ التأخير المضاف بواسطة المرشح، وكذلك مشغل “Schmitt” يضمن أنّ الناتج يتحول فقط عندما يكون هناك إدخال يحفز الجهاز.
- “Op-Amp” هي اختصار لـ “operational amplifier”.
الأجهزة التي تتضمن مشغل شميت المدمج
تستخدم أجهزة الاستشعار الضوئية “Fairchild Semiconductor QSE15x” مشغل شميت داخلياً لمناعة الضوضاء، كما تُعد مشغلات Schmitt شائعة في العديد من دوائر التبديل لأسباب مماثلة وعلى سبيل المثال لخفض التبديل.
معلمات دائرة Schmitt Trigger
مشغل “Schmitt” هو هزاز متعدد ثنائي الاستقرار ويمكن استخدامه أيضاً لتنفيذ نوع آخر من الهزازات المتعددة أي مذبذب الاسترخاء، كما يمكن تحقيق ذلك عن طريق توصيل شبكة مكثف مقاومة واحدة بمشغل شميت المقلوب ويتصل المكثف بين المدخلات والأرض، ويتصل المقاوم بين الإخراج والمدخل كما سيكون الناتج عبارة عن موجة مربعة مستمرة يعتمد ترددها على قيم R وC ونقاط عتبة مشغل شميت.
ونظراً لأنّه يمكن توفير العديد من دوائر الزناد “Schmitt” بواسطة دائرة متكاملة واحدة وعلى سبيل المثال يحتوي جهاز “CMOS” فئة “4000” من النوع “40106” على 6 منها، يمكن ضغط قسم احتياطي من “IC” بسرعة في الخدمة كمذبذب بسيط وموثوق به فقط 2 المكونات الخارجية.
كما يتم استخدام مشغل “Schmitt” المستند إلى المقارنة في تكوينه المقلوب، حيث يتم تبديل المدخلات والأرض من مشغل “Schmitt”، وبالتالي تتوافق الإشارات السلبية مع الإخراج الموجب وتتوافق الإشارات الإيجابية مع الإخراج السالب، وبالإضافة إلى ذلك يتم إضافة تغذية راجعة سلبية بطيئة مع شبكة “RC”، والنتيجة التي تظهر هي أنّ الإخراج يتأرجح تلقائياً من “VSS” إلى “VDD” كرسوم مكثف من عتبة مشغل شميت إلى أخرى.
كما يتميز “UJT” بتقاطع “PN” واحد، ولها خاصية المقاومة السلبية ممّا يجعلها مفيدة في دوائر المذبذب ويحتوي “UJT” على “3 محطات طرفية” هي base1 (B1) و base2 (B2) وباعث (E)، كما يتكون “UJT” من شريط السيليكون من النوع N والذي يتصرف كقاعدة، وهو متوقف قليلاً ويتم إدخال شوائب من النوع P في القاعدة ممّا ينتج عنه تقاطع “PN” واحد يسمى باعث، كما يعرض تقاطع “PN” خصائص الصمام الثنائي التقليدي.
يتم إنتاج “UJT” التكميلي بواسطة قاعدة من النوع P وباعث من النوع N، وباستثناء قطبية الجهد والتيار فإنّ الخاصية مشابهة لتلك الخاصة بـ “UJT” التقليدي، و”VBB” هو مصدر جهد متحيز متصل بين B2 وB1 وعندما يكون الباعث مفتوحاً، فإنّ المقاومة الكلية من B2 إلى B1 هي ببساطة مقاومة شريط السيليكون وهذا ما يسمى المقاومة بين القاعدة “RBB”.
ونظراً لأنّ القناة N متوقفة قليلاً فإنّ “RBB” مرتفع نسبياً عادةً من “5 كيلو أوم” إلى “10 كيلو أوم”، وRB2 هي المقاومة الواقعة بين B2 و”النقطة = a ‘”، بينما RB1 هي المقاومة من “النقطة = a'” إلى “B1” وبالتالي فإنّ المقاومة بين القاعدة “RBB” هي:
RBB = RB1 + RB2
ملاحظة: “CMOS” هي اختصار لـ “Complementary Metal Oxide Semiconductor”.
ملاحظة: “UJT” هي اختصار لـ “unijunction transistor”.
ملاحظة: “IC” هي اختصار لـ “Integrated circuit”.
ملاحظة: “RC” هي اختصار لـ “resistor–capacitor”.
