Schmitt Trigger Dijelajahi: Desain, Fungsi, dan Aplikasi Praktis
Schmitt Trigger, dikenal awalnya sebagai thermionic trigger, telah ada selama bertahun-tahun. Sejauh ini, ia telah berkontribusi pada kemajuan teknologi yang mengubah kehidupan seperti pelacakan switching di antara dua status tegangan. Ia adalah komparator atau penguat diferensial yang memiliki histeresis tambahan untuk menawarkan kekebalan terhadap kebisingan. Namun bahkan tanpa histeresis, ia dapat dengan sendirinya bertindak sebagai komparator yang membuat pulsa digital yang bersih.
Kali ini, kami akan merancang rangkaian Schmitt trigger lalu menjelaskan cara kerjanya. Selain itu, kami akan menyoroti beberapa area tempat Anda dapat menerapkan rangkaian Schmitt trigger.
1. Apa Itu Schmitt Trigger?
Secara singkat, ia adalah komparator regeneratif. Ia menggunakan umpan balik positif untuk menerapkan tegangan histeresis atau mengubah input sinusoidal menjadi output gelombang persegi. Biasanya, tegangan keluaran Schmitt trigger bertindak sebagai tegangan referensi untuk bentuk gelombang input. Ia berfungsi untuk mengubah kebisingan dari bentuk sinyal input analognya menjadi sinyal digital.
Schmitt trigger juga dapat menjadi rangkaian bi-stabil. Rangkaian bi-stabil memiliki geseran tegangan keluaran yang stabil tinggi dan rendah saat input mencapai tingkat ambang yang diinginkan.
2. Jenis Schmitt Trigger
Tidak diragukan lagi, ada beberapa rangkaian Integrasi Logika dengan Schmitt trigger sebagai salah satu komponennya. Namun dalam kasus kami, kami akan memfokuskan minat kami pada Schmitt trigger DIY yang akan kita miliki.
Jenis-jenisnya meliputi:
- Schmitt trigger berbasis Operational Amplifier, dan
- Schmitt trigger berbasis transistor.
Penjelasan lebih lanjut tentang jenis-jenis di atas ada di bawah rangkaian Schmitt trigger umum.
3. Cara Kerja Schmitt Trigger?
Schmitt trigger menggunakan konsep umpan balik positif untuk mencapai fungsinya. Dengan kata lain, ia akan mengambil sampel keluaran lalu mengumpannya kembali ke sumber input. Dengan cara ini, keluaran akan mendapatkan penguatan.
(penjelasan umpan balik positif).
Penguatan ini membantu dalam membuat output komparator menetap pada statusnya sesuai keinginan. Juga, ia memastikan statusnya konstan pada tingkat yang ditentukan.
4. Rangkaian Schmitt Trigger Umum
Schmitt Trigger Menggunakan Transistor
Kami akan menggunakan dua transistor (komponen penting), dan komponen eksternal dasar lainnya untuk rangkaian Schmitt trigger ini guna menyiapkan diagram blok.
Operasi Rangkaian
Pertama, T1 tidak akan mengkonduksi saat VIN (tegangan input) adalah 0V. Di sisi lain, Vref (tegangan referensi) memiliki 1,98 V, yang akan memungkinkan T2 untuk mengkonduksi.
Selanjutnya, saat kita melanjutkan ke node B, kita dapat memperlakukan rangkaian sebagai pembagi tegangan lalu menggunakan rumus di bawah ini untuk menghitung tegangan dengan nilai komponen;
VIN = 0V, Vref = 5V
Va = (Ra + Rb/Ra + Rb + R1) x Vref
Vb = (Rb/Rb + R1 + Ra) x Vref
Seperti yang telah kita catat, tegangan konduksi 1,98 dari T2 rendah. Juga, tegangan basis di terminal transistor adalah 1,28V, yang lebih tinggi dari tegangan terminal emitter transistor pada 0,7V.
Dengan demikian, meningkatnya tegangan input rangkaian dapat melampaui nilai T1 dan membuatnya mengkonduksi. Selanjutnya, itu akan menyebabkan penurunan tegangan basis T2. Periode konduksi yang lebih pendek dari transistor T2 kemudian meningkatkan tegangan keluaran.
Schmitt trigger menggunakan transistor
Selanjutnya, tegangan input rangkaian di tegangan basis terminal T1 akan mulai menolak. Dalam prosesnya, tegangan terminal basis akan melebihi 0,7V dari terminal emitter transistor, lalu menyebabkan deaktivasi transistor.
Seluruh proses ini tergantung pada arus emitter yang menolak ke titik tempat transistor menemukan mode forward-active. Nanti, baik tegangan basis di terminal T2 maupun tegangan kolektor akan naik.
Namun, kadang-kadang akan ada arus kecil yang mengalir melalui T2, dan arus tersebut mampu mematikan T1 dan menurunkan tegangan emitter. Dalam keadaan seperti itu, Anda akan menurunkan tegangan input rangkaian ke sekitar 1,3V untuk menonaktifkan T1.
Akhirnya, Anda akan memiliki dua tegangan ambang pada 1,3V dan 1,9V.
Rangkaian Schmitt Trigger berbasis Operational Amplifier
Rangkaian Schmitt trigger berbasis Op-Amp memiliki dua divisi utama; input non-inverting dan inverting Schmitt triggers.
Rangkaian Schmitt Trigger Inverting
Untuk input Schmitt trigger inverting, Anda akan menerapkan terminal inverting dari operational amplifier (Op-Amp). Selain itu, output yang dihasilkan dari mode inverting adalah berpolaritas berlawanan, dan Anda perlu menerapkannya ke terminal non-inverting untuk mendapatkan umpan balik positif.
Rangkaian Schmitt trigger inverting
Penjelasan dan rumus rangkaian Schmitt trigger inverting di atas;
VREF lebih kecil dari VIN menghasilkan output komparator -VSAT. Sebaliknya, jika -VREF sedikit lebih besar dari VIN (lebih negatif), outputnya akan VSAT. Oleh karena itu, Vo (tegangan output komparator) akan -VSAT atau VSAT. Namun Anda harus mengontrol tegangan input rangkaian dengan R2 atau R1 untuk mengatur perubahan status rangkaian.
Nilai formulasi -VREF dan VREF;
- VREF = (VO * R2) / (R1 + R2)
2. VO = VSAT, oleh karena itu,
3. VREF = (VSAT * R2) / (R1 + R2)
4. -VREF = (VO * R2) / (R1 + R2)
5. VO = -VSAT oleh karena itu,
6. -VREF = (-VSAT * R2) / (R1 + R2)
Kadang-kadang, Anda akan menemukan VREF disebut sebagai Upper Threshold Voltage (VUT), sedangkan -VREF adalah Lower Threshold Voltage (VLT).
Rangkaian Schmitt Trigger Non-Inverting
Dalam mode kedua rangkaian Schmitt trigger berbasis Op-Amp, Anda menerapkan tegangan input rangkaian ke terminal input non-inverting dari operational amplifier. Setelah itu, resistor emitter R1 akan mengizinkan tegangan keluaran kembali ke rangkaian terminal non-inverting.
Non-inverting Schmitt triggers circuit
Misalkan tegangan awalnya berada pada VSAT. Tegangan keluaran akan berada pada tingkat saturasi yang sama selama VLT lebih tinggi dari VIN. Jika nanti tegangan input rangkaian melebihi tingkat tegangan ambang bawah, maka status output akan berubah menjadi -VSAT. Anda juga dapat mengubah tegangan bias secara seri untuk mendapatkan nilai tegangan referensi yang diinginkan.
Akhirnya, output akan konstan pada status -VSAT hingga tegangan input rangkaian naik di atas tegangan ambang atas.
5. Aplikasi Schmitt Triggers
Anda akan menemukan rangkaian Schmitt trigger dalam beberapa aplikasi seperti;
- Pertama, dalam rangkaian switch debounce.
- Kemudian, Anda dapat menggunakan Schmitt trigger untuk mengimplementasikan osilator relaksasi terutama dalam desain dengan respons -ve tertutup.
- Juga, Anda dapat menggunakannya dalam generator fungsi dan sumber daya listrik.
- Selain itu, rangkaian trigger mengubah gelombang sinus menjadi gelombang persegi.
- Terakhir, Anda dapat menyisipkannya dalam rangkaian digital sebagai kondisi sinyal untuk membantu menghilangkan rangkaian sinyal.
Ringkasan
Untuk merangkum, artikel hari ini memberikan wawasan mendetail tentang Schmitt Triggers, operasinya, struktur rangkaian dasar, dan juga beberapa aplikasinya.
Meski efisiensi trigger tinggi, sebaiknya memiliki beberapa langkah pencegahan seperti. Memaksa Op-Amp ke batasnya. Akan ada konsumsi daya yang lebih besar, jadi Anda perlu sumber daya yang tinggi. Meski ada keterbatasan, Anda akan menghilangkan sinyal berisik dan mengurangi jumlah transisi output yang berulang.
Sulit menyiapkan rangkaian Anda atau macet pada proyek? Hubungi kami untuk detail lebih lanjut.
