Kintamosios srovės grandinės analizėje inžinieriai dažnai perjungia varžą ir priėmimą, priklausomai nuo grandinės struktūros. Nors varža plačiai naudojama serijinėms grandinėms, priėmimas tampa naudingesnis lygiagrečioje analizėje. Priėmime susceptiškumas yra reaktyvusis komponentas, tiesiogiai veikiantis fazės ir srovės srautą. Norint supaprastinti skaičiavimus ir priimti teisingus projektavimo sprendimus kintamosios srovės sistemose, būtina suprasti skirtumą tarp priėmimo ir imceptacijos.
Kaip 555 laikmatis veikia kaip Schmitt trigeris
555 laikmatis gali veikti kaip Schmitt trigeris, paverčiant triukšmingą arba lėtai besikeičiantį įvesties signalą į švarią skaitmeninę išvestį. Tai pasiekiama naudojant įmontuotą histerezę, kuri apibrėžia du perjungimo slenksčius ir apsaugo nuo greito triukšmo sukelto perjungimo.
Viduje 555 laikmatis naudoja du komparatorius ir SR skląstį. Komparatoriai stebi įvesties įtampą pagal fiksuotus atskaitos lygius maždaug 1/3 ir 2/3 maitinimo įtampos (VCC). Kai įėjimas pakyla virš 2/3 VCC, išėjimas persijungia LOW. Kai jis nukrenta žemiau 1/3 VCC, išėjimas persijungia HIGH.
Šis skirtumas tarp viršutinės ir apatinės slenksčių sukuria histerezės langą, leidžiantį grandinei atmesti triukšmą ir sukurti stabilius perėjimus net tada, kai įvesties signalas yra nestabilus arba lėtai kinta.
Kaiščio konfigūracija ir jungtys
| PIN numeris | PIN pavadinimas | Ryšys | Funkcija Schmitt paleidiklio veikime |
|---|---|---|---|
| 2 ir 6 kaiščiai | Trigeris ir slenkstis | Prijungta kaip įvestis | Priima analoginį įvesties signalą ir palygina jį su vidiniais atskaitos lygiais (≈ 1/3 VCC ir 2/3 VCC), kad būtų galima valdyti perjungimą |
| Kaištis 3 | Rezultatas | Prijungtas prie apkrovos/išvesties įrenginio | Teikia skaitmeninę HIGH arba LOW išvestį pagal įvesties įtampos lygius |
| Kaištis 1 | GND | Prijungtas prie žemės | Tarnauja kaip grandinės atskaitos taškas |
| Kaištis 8 | VCC | Prijungtas prie maitinimo įtampos | Tiekia maitinimą 555 laikmačio IC |
| 4 kaištis | Atstatyti | Tiesiogiai susietas su rizikos kapitalo bendrove | Išlaiko įjungtą vidinį flip-flop ir apsaugo nuo nepageidaujamų nustatymų |
| Kaištis 5 | Valdymo įtampa | Neprivaloma (gali prijungti kondensatorių prie žemės) | Leidžia reguliuoti vidinius slenksčio lygius; paprastai stabilizuojamas mažu kondensatoriumi (pvz., 0,01 μF) |
Eksperimentinis patikrinimas (neprivaloma)
1 veiksmas: sukurkite grandinę
• Surinkite grandinę ant duonos lentos
• Prijunkite potenciometrą kaip įvesties valdiklį
• Prijunkite šviesos diodus, kad rodytumėte išvestį: žalias šviesos diodas → išėjimas HIGH, raudonas šviesos diodas → išėjimas LOW
Tikėtasi: vienu metu turi būti įjungtas tik vienas šviesos diodas
2 veiksmas: išmatuokite viršutinę ribą (VTH)
• Lėtai didinkite įvesties įtampą naudodami potenciometrą
• Stebėkite, kur šviesos diodas keičia būseną
• Užsirašykite ir užrašykite įtampą
Tikėtasi: perjungimas vyksta šalia 2/3 VCC
3 veiksmas: išmatuokite apatinę ribą (VTL)
• Lėtai mažinkite įvesties įtampą
• Stebėkite, kada išvestis vėl persijungia
• Įrašykite šią įtampą
Tikėtasi: perjungimas vyksta šalia 1/3 VCC
4 veiksmas: išbandykite skirtingą maitinimo įtampą
• Pakeiskite maitinimo įtampą (pvz., 6 V, 9 V, 12 V)
• Pakartokite matavimus
Tikėtasi: slenksčiai proporcingai VCC
Rezultatai ir patvirtinimas
Numatomas elgesys
Išvesties jungikliai šalia:
VTL ≈ 1/3 VCC
VTH ≈ 2/3 VCC
• Perjungimas yra aštrus ir stabilus
• Priklausomai nuo įvesties krypties, atsiranda skirtingi perjungimo taškai
Pastaba: Faktinės vertės gali šiek tiek skirtis dėl 555 laikmačio vidinių rezistoriaus nuokrypių.
Tikėtinų verčių pavyzdys
| Maitinimo įtampa | Numatomas VTL | Numatomas VTH |
|---|---|---|
| 6 V | 2 V | 4 V |
| 9 V | 3 V | 6 V |
| 12 V | 4 V | 8 V |
Duomenų įrašymo lentelė
| Bandomoji versija | Maitinimo įtampa (V) | Išmatuotas VTL (V) | Išmatuotas VTH (V) |
|---|---|---|---|
| 1 | 9 V | ||
| 2 | 6 V | ||
| 3 | 12 V (pasirinktinai) |
Patvirtinimo gairės
• Išmatuokite VTH didindami įvestį
• Išmatuokite VTL mažindami įvestį
• Palyginkite išmatuotas vertes su numatomais santykiais
Dažnos klaidos ir trikčių šalinimas
| Problema / klaida | Tikėtina priežastis | Pataisymas |
|---|---|---|
| Neteisingos 555 kontaktų jungtys | Neteisingai prijungti kaiščiai | Patikrinkite kaiščio išdėstymą ir laidus |
| Neteisingai sujungtas potenciometras | Valytuvas netinkamai prijungtas | Naudokite vidurinį kaištį kaip įvestį |
| Atvirkštinis LED poliškumas | Šviesos diodas sumontuotas atgal | Patikrinkite anodą (+) ir katodą (–) |
| Netinkama nuoroda į žemę | Trūksta bendro pagrindo | Įsitikinkite, kad visos dalys turi tą patį pagrindą |
| Laisvos jungtys arba triukšmas | Prastas laidų kontaktas | Saugios jungtys ir triukšmo mažinimas |
Kodėl verta naudoti 555 kaip Schmitt gaiduką
555 laikmatis dažnai naudojamas kaip Schmitt trigeris, nes jis užtikrina įmontuotą histerezę su fiksuotais ir stabiliais slenksčio lygiais. Tam nereikia išorinio grįžtamojo ryšio dizaino, todėl tai paprastas ir patikimas pasirinkimas triukšmo filtravimui, jungiklių atšokimui ir pagrindiniam signalo kondicionavimui.
Palyginti su diskrečiomis komparatoriaus pagrindu veikiančiomis Schmitt trigerio grandinėmis, 555 sumažina konstrukcijos sudėtingumą ir komponentų skaičių, o tai naudinga nebrangiose ir tvirtose konstrukcijose.
Schmitto gaiduko taikymas
• Triukšmo filtravimas – nepaisoma nedidelių įtampos svyravimų šalia slenksčių
• Jungiklio atšokimas – stabilizuoja mechaninius jungiklio signalus
• Signalo kondicionavimas – triukšmingus analoginius signalus paverčia švariais skaitmeniniais išėjimais
• Osciliatoriaus grandinės – generuoja kvadratines bangas naudojant RC komponentus
555 vs Op-Amp Schmitt gaidukas
| Aspektas | 555 Laikmatis Schmitt Trigger | Op-Amp Schmitt gaidukas |
|---|---|---|
| Pagrindinis dizainas | Naudoja vidinį daliklį, komparatorius ir šlepetes | Naudoja op-amp su teigiamais atsiliepimais |
| Grandinės sudėtingumas | Paprasta ir kompaktiška | Lankstesnis, bet reikalaujantis projektavimo pastangų |
| Ribiniai lygiai | Fiksuota ~1/3 ir ~2/3 VCC | Reguliuojamas per rezistorių tinklą |
| Komponentų skaičius | Mažiau komponentų | Reikia daugiau komponentų |
| Dizaino lankstumas | Geriausiai tinka standartiniam perjungimui | Geriausiai tinka pasirinktiniams slenksčiams |
| Lengva naudoti | Paprasta ir greitai įgyvendinama | Reikia skaičiuoti ir sureguliuoti |
| Geriausias naudojimo atvejis | Pagrindinės, patikimos perjungimo grandinės | Tikslios arba reguliuojamos konstrukcijos |
| Scenarijus | ||
| Paprastas triukšmo filtravimas | Reikalingi reguliuojami slenksčiai |
Išvada
"Schmitt" paleidiklis su 555 laikmačio IC yra paprastas ir patikimas būdas pasiekti stabilų perjungimą. Dėl fiksuoto slenksčio santykio, greito atsako ir minimalaus komponentų skaičiaus jis veiksmingas tiek eksperimentams, tiek praktinėms grandinėms. Išbandžius esant skirtingoms maitinimo įtampoms, grandinė pasižymi nuosekliu, nuspėjamu slenksčio elgesiu.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Ar 555 Schmitt gaidukas gali veikti esant 3.3 V?
Taip, bet naudokite CMOS versiją (pvz., TLC555). Standartinėms versijoms paprastai reikalinga didesnė įtampa.
Kiek tikslios yra ribos?
Jie yra pagrįsti santykiu ir paprastai yra stabilūs, tačiau gali šiek tiek skirtis dėl vidinių nuokrypių.
Ar galima koreguoti ribas?
Taip, šiek tiek, pritaikydami įtampą 5 kaiščiui (valdymo įtampa).
Kada turėtumėte naudoti komparatorių, o ne 555 Schmitt gaiduką?
Pirmenybė teikiama komparatoriui, kai reikalingi reguliuojami slenksčio lygiai, didesnis tikslumas arba greitesnis atsako laikas. Tai leidžia lankstesnį dizainą, palyginti su fiksuotais 555 laikmačio vidiniais slenksčiais.
