Schmitt-Trigger. Elektronik I - ZAHW Dr. Thomas Degen

Transkript

1 Schmitt-Trigger Elektronik I - ZAHW Dr. Thomas Degen

2 Lernziele Sie können erklären, was ein Schmitt-Trigger ist und wofür er eingesetzt wird. Sie erkennen den Unterschied zwischen einer Gegenkopplung und einer Mitkopplung. Sie haben sich überlegt, wie Sie eine reale Schaltung mit einem Operationsverstärker auf Fehler untersuchen. 2

3 Rückblick Spannungsfolger Berechnung: = A u d u d = u 1 = A A + 1 u 1 u d u 1 R in = R out = 0 3

4 Rückblick Spannungsfolger Berechnung: u d + = A u d u d = u 1 = A A + 1 u 1 u 1 Auch Impedanzwandler genannt Ist ein Stromverstärker (i 2 > i 1 ) oder Leistungsverstärker ( i 2 > u 1 i 1 ) 4

5 Verbesserte Schaltung Spannungsfolger gedreht Berechnung: u d + = A u d u d = u 1 = A 1 A u 1 = A A 1 u 1 u 1 Diese Schaltung scheint gleich, wenn nicht sogar besser zu funktionieren. Sie haben die Schaltung aufgebaut, aber nichts funktioniert. Kontrolle: Was messen Sie und warum? 5

6 Gegenkopplung Spannungsfolger Berechnung: u n = A u d u d = u 1 ( u n ) u n = A A + 1 u 1 u d + u n u 1 i n Die Gegenkopplung kompensiert jede Änderung u n am Ausgang, das System bleibt auch bei Störungen stabil 6

7 Gegenkopplung Spannungsfolger + u d u 1 u 1 7

8 Mitkopplung Spannungsfolger gedreht Berechnung: u d 0 u d + u 1 i n u n A u d Eine Störung am Ausgang wird durch die Mitkopplung zusätzlich verstärkt! Das System kennt nur zwei stabile Zustände: = ± U cc Es ist ein bistabiles System Die zwei Gleichungen vom Spannungsfolger gelten nicht mehr! 8

9 Mitkopplung Spannungsfolger gedreht u d + u 1 u d u 1 9

10 + Bistabile Schaltung R 1 + Komparator (invertierend) Berechnung Schwellspannung: u 1 U s u d U S = 2 R 1 + U S = R 1 R 1 + Der Ausgang kennt nur zwei Werte: + und - Fallunterscheidung: u 1 > U S u d < 0 = u 1 < U S u d > 0 = + 10

11 + Bistabile Schaltung R 1 Komparator (invertierend) u 1 U s U S u 1 Schwellspannung U S = R 1 R

12 Bistabile Schaltung Komparator (invertierend) U S u 1 u 1 (t) (t) U S t Schwellspannung U S = R 1 R 1 + u 1 (t) 12

13 Bistabile Schaltung Komparator (invertierend) U S u 1 u 1 (t) (t) U S t Schwellspannung U S = R 1 R 1 + u 1 (t) 13

14 Mitkopplung Schmitt-Trigger Berechnung: u 1 R 1 U S = R 1 + U S = ± R 1 + U s Der Ausgang kennt zwei Werte: + und - somit gibt es auch zwei Werte für die Schwellspannung U S Fallunterscheidung! 14

15 Mitkopplung Schmitt-Trigger U SH = + R 1 + U SL = R 1 + u d u 1 R 1 U s = + = + > u 1 > U SH u d < 0 u d < 0 U SH > u 1 > U SL u d > 0 u d < 0 U SL > u 1 > u d > 0 u d > 0 17

16 Mitkopplung Schmitt-Trigger u 1 R 1 U s U H U SL U SH u 1 Hysterese-spannung U H = 2 R

17 Mitkopplung Schmitt-Trigger U SL U H U SH u 1 u 1 (t) (t) U SH U SL U H t Hysteresespannung U H = 2 R 1 + u 1 (t) 19

18 Mitkopplung Schmitt-Trigger U SL U H U SH u 1 u 1 (t) (t) U SH U SL U H U s (t) t Hysteresespannung U H = 2 R 1 + u 1 (t) 20

19 Mitkopplung Schmitt-Trigger I in = 0 R out = 0 U SH = + R 1 + u d + u 1 R 1 U s U SL = R 1 + U H = U SH U SL = 2 R

20 Mitkopplung Nicht invertierender Schmitt-Trigger R in = R 1 + R out = 0 U SH = + R 1 U SL = R 1 U H = U SH U SL = 2 R 1 U SL U H U SH u 1 22

21 Zusammenfassung Sie können erklären, was ein Schmitt-Trigger ist und wofür er eingesetzt wird. Sie erkennen den Unterschied zwischen einer Gegenkopplung und einer Mitkopplung. Sie haben sich überlegt, wie Sie eine reale Schaltung mit einem Operationsverstärker auf Fehler untersuchen. Bitte korrigieren Sie die Folie verbesserte Schaltung 23

22 Schlussbemerkungen Zum Nachlesen: (Entwicklung, Symbol) Weiterführende Informationen: Fragen und Feedback jederzeit gerne: 24