كيفية عمل دائرة مشغل شميت العاكس في الاتصالات inverting Schmitt trigger

عند تشغيل “Op-Amp” في وضع الحلقة المفتوحة، حيث لا يتم استخدام التغذية الراجعة وعلى سبيل المثال في دائرة المقارنة الأساسية، فإنّ كسب الحلقة المفتوحة الكبيرة جداً لـ “Op-Amp” سيؤدي إلى أصغر ضوضاء في جهد الدخل إلى تشغيل المقارنة.

ما هو دائرة مشغل شميت العاكس

دائرة مشغل شميت العاكس “inverting Schmitt trigger”: هو جهاز يحول أي شكل من أشكال إشارة الإدخال إلى إشارة ناتج رقمية، بحيث يمكن أن يعمل مع كل من المدخلات الرقمية والتماثلية وتتمثل ميزة المشغل المقلوب في أنّه أيضاً جهاز تخلفية، ممّا يعني أنّ أي إشارة يتم إخراجها في الوقت الحالي لها تأثير على أي ناتج مستقبلي، وهذا يعني أنّه لا يوجد مخرجات متناسبة أو ثابتة لأي حالة إدخال واحدة.

في مشغل “Schmitt” هناك مجموعة واسعة من إشارات الإدخال التي يمكن أن تؤدي إلى واحدة من حالتين مختلفتين من حالات الإخراج، وبالنسبة لمشغل “Schmitt” المقلوب هناك حالة إنتاج عالية ومنخفضة ممكنة في أي وقت، وعندما تنتج إشارة الإدخال جهداً يتخطى حداً معيناً للجهد العالي تنتقل الدائرة إلى حالة ناتج الجهد المنخفض، وتبقى في تلك الحالة حتى تصل إشارة الإدخال إلى حد معين للجهد المنخفض.

وعند هذه النقطة سيتحول الناتج إلى مستوى مرتفع الجهد والبقاء هناك حتى يتم الوصول إلى عتبة أخرى، وهذا يعني أنّ ناتج مشغل “Schmitt” محصن تماماً ضد أي تغييرات في الإدخال طالما أنّ جهد إشارة الإدخال يقع بين عتبات الجهد العلوي والسفلي، ومشغلات شميت هي شكل من أشكال الهزاز متعدد الثبات وهذا يعني أنّ لديهم حالتين ثابتتين تبقيان ثابتتين حتى تغيرهما إشارة الإدخال، وهذا له العديد من التطبيقات المهمة خاصةً عند إنشاء دوائر مذبذب معينة.

إذا تم استخدام المقارنة ككاشف معابر صفري فإنّ مثل هذا التشغيل الخاطئ يمكن أن يسبب الكثير من المشاكل، كما قد يعطي إشارة خاطئة إلى نقطة الصفر بسبب عدم تقاطع الضوضاء بدلاً من التقاطع الصفري لإشارات الإدخال الفعلية، ولتجنب مثل هذا التبديل غير الضروري بين حالات الإخراج العالية والمنخفضة يتم استخدام دائرة خاصة تسمى “Schmitt Trigger” والتي تتضمن ردود فعل إيجابية.

تطور مشغل شميت العاكس

اخترع أوتو شميت شميت تريجر في أوائل الثلاثينيات، حيث إنّها دائرة إلكترونية تضيف التباطؤ إلى عتبة انتقال المدخلات والمخرجات بمساعدة تغذية رجعية إيجابية، ويعني التباطؤ أنّه يوفر مستويين مختلفين من عتبة الجهد للحافة الصاعدة والهابطة.

كما يُعد “Schmitt Trigger” عبارة عن هزاز متعدد ثنائي الاستقرار ويظل ناتجه في أي من الحالات المستقرة إلى أجل غير مسمى، ولكي يتغير الإخراج من حالة مستقرة إلى أخرى يجب أن تتغير إشارة الإدخال أو يتم تشغيلها بشكل مناسب، كما يتطلب هذا التشغيل ثنائي الاستقرار لمشغل “Schmitt” مضخم مع تغذية رجعية إيجابية أو تغذية رجعية متجددة مع كسب حلقة أكبر من واحد، ومن ثم يُعرف “Schmitt Trigger” أيضاً باسم المقارنة التجديدية.

وعلى سبيل المثال إذا كانت هناك إشارة إدخال صاخبة فإنّ عتبتي دائرة شميت تريجر ستحدد النبضات بشكل صحيح، ومن ثم فإنّ الوظيفة الأساسية لمشغل “Schmitt” هو تحويل الموجات المربعة أو الجيبية أو المثلثية أو أي إشارات دورية إلى نبضات مربعة نظيفة ذات حواف حادة الأمامية والخلفية.

شميت الزناد باستخدام الترانزستورات

إنّ “Schmitt Trigger” هو في الأساس دائرة ثابتة يتم التحكم فيها عن طريق إشارة الإدخال، وبالتالي يمكن استخدامه كدائرة للكشف عن المستوى، وعلى الرغم من أنّ الدائرة تبدو وكأنّها دائرة نموذجية متعددة الهزاز إلّا أنّها في الواقع مختلفة لأنّ هذه الدائرة تفتقد الاقتران من جامع “Q2” إلى مدخلات “Q1” كما ترتبط بواعث “Q1″ و”Q2” ببعضها البعض ويتم تأريضها من خلال “RE”، كما تعمل الطاقة المتجددة كمسار للتغذية الراجعة.

كيفية عمل دائرة مشغل شميت العاكس

عندما يكون “VIN” صفراَ يتم قطع “Q1” ويكون “Q2” في حالة التشبع، ونتيجةً لذلك يكون جهد الناتج “VO” منخفضاً، وإذا كان من المفترض أن يكون “VCE (SAT) 0″، فإنّ الجهد عبر “RE” يتم إعطاؤه بواسطة:

 (VCC * RE) / (RE + RC2)

وهذا الجهد هو أيضاً جهد الباعث لـ “Q1″، لذلك من أجل إجراء “Q1” يجب أن يكون جهد الإدخال “VIN” أكبر من مجموع جهد المرسل و”0.7 فولت” أي أنّ:

 VIN = [(VCC * RE) / (RE + RC2)] + 0.7

وعندما يكون “VIN” أكبر من هذا الجهد يبدأ “Q1” بالتوصيل ويتم قطع “Q2” بسبب العمل التجديدي حيث نتيجة لذلك يصبح الناتج “VO” مرتفعاً، كما يتغير الجهد عبر الطاقة المتجددة إلى قيمة جديدة ويعطى بواسطة:

 (VCC * RE) / (RE + RC1)

وسيعمل الترانزستور “Q1” طالما أنّ جهد الإدخال “VIN” أكبر من أو يساوي ما يلي:

 VIN = [(VCC * RE) / (RE + RC1)] + 0.7

وإذا انخفض “VIN” عن هذه القيمة، فإنّ “Q1” يخرج من التشبع وبقية الدائرة تعمل بسبب العمل التجديدي لـ “Q1″ الذي سيقطع و”Q2” إلى التشبع، كما تعتمد حالات الإنتاج “HIGH” و”LOW” على مستويات جهد الإدخال المعطاة بواسطة المعادلات:

 [(VCC * RE) / (RE + RC1)] + 0.7

 [(VCC * RE) / (RE + RC2)] + 0.7

وتظهر خصائص النقل لمشغل “Schmitt” تباطؤاً وتحكمها نقطة الرحلة السفلية أي جهد الحد الأدنى ونقطة الرحلة العليا أي جهد الحد الأعلى التي قدمها “VLT” و”VUT”.

 VLT = [(VCC * RE) / (RE + RC1)] + 0.7

 VUT = [(VCC * RE) / (RE + RC2)] + 0.7

ومن خلال تغيير قيم “RC1″ و”RC2” يمكن التحكم في مقدار التباطؤ، بينما يمكن استخدام قيمة “RE” لزيادة جهد الحد الأعلى.

دوائر الزناد شميت القائمة على الأمبير

نظراً لأنّ دائرة الزناد “Schmitt” هي في الأساس مضخم تشغيلي مع تغذية راجعة إيجابية فمن الممكن تنفيذ هذا الإعداد باستخدام مضخمات التشغيلية “Op Amps”، حيث اعتماداً على مكان تطبيق الإدخال يمكن تقسيم الدوائر القائمة على “Op-Amp” إلى مشغلات “Schmitt” العكسي وغير العكسي.

عكس دائرة الزناد شميت

في “Inverting Schmitt Trigger” يتم تطبيق الإدخال على الطرف العكسي لـ “Op-Amp”، وفي هذا الوضع يكون الناتج الناتج ذو قطبية معاكسة، كما يتم تطبيق هذا الناتج على المحطة غير العاكسة لضمان تغذية راجعة إيجابية.

عندما يكون “VIN” أكبر قليلاً من “VREF” يصبح الناتج “-VSAT” وإذا كان “VIN” أقل قليلاً من “-VREF” أي أكثر سلبية من “-VREF” يصبح الناتج “VSAT، ومن ثم فإنّ جهد الناتج “VO” يكون إمّا عند “VSAT” أو “-VSAT” ويمكن التحكم في جهد الإدخال الذي تحدث فيه هذه التغييرات في الحالة باستخدام “R1” و”R2″، كما يمكن صياغة قيم “VREF” و”-VREF” على النحو التالي:

 VREF = (VO * R2) / (R1 + R2)

لكن “VO = VSAT”، وبالتالي فإنّ:

 VREF = (VSAT * R2) / (R1 + R2)

 -VREF = (VO * R2) / (R1 + R2)

لكن “VO = -VSAT”، وبالتالي فإنّ:

 -VREF = (-VSAT * R2) / (R1 + R2)

ويُطلق على الفولتية المرجعية “VREF” و”-VREF” اسم الجهد العتبة العلوي “VUT” والجهد المنخفض عتبة الجهد “VLT”.