اليوم وصفنا تمت إضافة مكون جديد آخر إلى قائمتنا, مشغل شميت، وهو أمر غير معروف للكثيرين الذين سيتوقفون الآن عن أن يكونوا لغزا. وسوف نقوم بوصف كل ما تحتاج لمعرفته عنه، مثل ماهيته، والغرض منه، وكيفية عمل هذا الجهاز الإلكتروني، وحتى ذلك الحين يمكنك دمجه مع مشاريعك مع اردوينو، الخ.
لذلك، دعونا نرى ما يمكن أن يفعله هذا العنصر بالنسبة لنا...
المفاهيم المسبقة اللازمة
قبل البدء باستخدام Schmitt Trigger، من الضروري تحديد اثنين من المفاهيم سيكون ذلك مفيدًا لفهم ماهيته وكيف يعمل بشكل أفضل. أنا أشير إلى:
- المقارن: في الإلكترونيات، جهاز المقارنة هو جهاز يقارن بين جهدين أو تيارين ويخرج إشارة رقمية تشير إلى أيهما أكبر. يحتوي على طرفي إدخال تناظري ومخرج رقمي ثنائي. من المهم ملاحظة ذلك، نظرًا لأن مشغل شميت هو نوع من أجهزة المقارنة. بالإضافة إلى ذلك، يتكون هذا المقارن من مضخم تفاضلي عالي الكسب متخصص.
- التباطؤ: التباطؤ هو خاصية تعتمد فيها حالة النظام على تاريخه. على سبيل المثال، يمكن أن يكون للمغناطيس لحظات مغناطيسية مختلفة في المجال المغناطيسي اعتمادًا على كيفية تغير المجال في الماضي، مما يشكل منحنيات التباطؤ. يتم ملاحظة هذه الخاصية في المواد المغناطيسية الحديدية والكهروضوئية والظواهر الطبيعية مثل تشوه المطاط وسبائك ذاكرة الشكل. يرتبط التباطؤ بتغيرات لا رجعة فيها، مثل التحولات الطورية، وهو شائع في النظم الطبيعية. لماذا يجب أن تعرف هذا؟ حسنًا، لأن مشغل شميت عبارة عن دائرة مقارنة ذات تباطؤ.
ما هو مشغل شميت؟
Un شميت الزناد، المعروف أيضًا باسم مشغل Schmitt باللغة الإسبانية، عبارة عن دائرة مقارنة إلكترونية تقوم بتحويل إشارة الإدخال التناظرية إلى إشارة خرج رقمية. وهو يفعل ذلك عن طريق تطبيق ردود فعل إيجابية لتوليد نقطة تبديل هستيرية، مما يعني أن عتبة التبديل بين الحالات المنطقية "العالية" و"المنخفضة" تختلف بالنسبة لارتفاع وهبوط إشارة الإدخال. يمنع هذا السلوك الهستيري التقلبات غير المرغوب فيها ويوفر هامش تسامح لإشارات الإدخال المزعجة أو الصغيرة.
تم إنشاء التصميم لأول مرة أوتو هـ. شميت في عام 1934، ومن هنا اسمها. ومنذ ذلك الحين، تم استخدام هذا المكون الإلكتروني على نطاق واسع في العديد من التطبيقات كما سنرى لاحقًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تعلم أنه عادة ما يكون مغلفًا في دائرة متكاملة أو شريحة، وعادةً ما تكون DIP، وأنها تتكون عادةً من مضخم تشغيلي (op-amp) مع ردود الفعل الإيجابية عبر المقاومات، يتم توصيل مدخل واحد غير مقلوب (+) ومدخل واحد مقلوب (-) لمضخم التشغيل من خلال سلسلة المقاوم، كما يتم تضمين مقاوم إضافي أيضًا للحصول على ردود فعل إيجابية من الإخراج إلى الإدخال المقلوب .
كما أن السلوك الهستيري، يجب القول أنه عندما تتجاوز إشارة الإدخال حدًا أعلى معينًا، يتغير خرج مشغل Schmitt إلى "مرتفع"، وإذا انخفضت إشارة الإدخال إلى ما دون عتبة أقل مختلفة، يتغير الإخراج إلى "منخفض". الفرق بين العتبتين يسمى نافذة التباطؤ وهو ضروري للسلوك الهستيري. وهذا له مزايا لأنه يتجنب الاستجابات السريعة غير المرغوب فيها بسبب التقلبات الصغيرة أو الضوضاء في إشارة الإدخال. ولذلك، فإنه يوفر مناعة ضد الضوضاء.
يتم استخدام مشغل شميت ل تحسين مناعة الضوضاء في دائرة ذات عتبة دخول واحدة. في هذه الحالة، قد تؤدي الإشارة المزعجة القريبة من العتبة إلى حدوث تغييرات سريعة في الإخراج بسبب الضوضاء. يتجنب مشغل شميت، من خلال وجود عتبتين، التغييرات غير المرغوب فيها، حيث أن الإشارة الصاخبة بالقرب من العتبة لا تنتج سوى تغيير في الإخراج؛ لإحداث تغيير آخر، يجب أن تتجاوز الإشارة العتبة الأخرى.
Un مثال عملي وهو يتضمن صمامًا ثنائيًا ضوئيًا مضخمًا يعمل بالأشعة تحت الحمراء والذي يولد إشارة تتغير بين القيم المتطرفة. يتم تلطيف هذه الإشارة باستخدام مرشح الترددات المنخفضة، ويتم توصيل الإخراج المرشح بمشغل Schmitt. يضمن هذا الجهاز أن الخرج ينتقل من منخفض إلى مرتفع فقط بعد أن تثير إشارة الأشعة تحت الحمراء الصمام الثنائي الضوئي لفترة أطول من فترة معروفة. بمجرد أن يكون مشغل شميت مرتفعًا، فإنه يعود إلى المستوى المنخفض فقط بعد أن تتوقف إشارة الأشعة تحت الحمراء عن إثارة الثنائي الضوئي لفترة أطول من فترة معروفة مماثلة. وهذا يتجنب التغييرات الزائفة الناجمة عن الضوضاء البيئية. تعد مشغلات شميت شائعة في تبديل الدوائر، مثل مفاتيح الارتداد.
كيف يعمل مشغل شميت
تعتمد الدوائر ذات التباطؤ على ردود الفعل الإيجابية، مما يجعل من الممكن تحويل أي دائرة نشطة إلى مشغل Schmitt من خلال تطبيق ردود فعل إيجابية مع كسب حلقة أكبر من واحد. تتضمن ردود الفعل الإيجابية إضافة بعض جهد الخرج إلى جهد الإدخال. يمكن تنفيذ هذه الدوائر، والتي تشمل المخفف، والجامع، ومكبر الصوت الذي يعمل كمقارن، باستخدام ثلاث تقنيات محددة.
أول تقنيتين هما إصدارات المزدوج (السلسلة والمتوازية) لنظام ردود الفعل الإيجابية العامة. في هذه التكوينات، يقوم جهد الخرج بتعديل الفرق الفعال لجهد دخل المقارنة، إما عن طريق "تقليل العتبة" أو عن طريق "زيادة جهد دخل الدائرة". تتضمن هذه التكوينات خصائص العتبة والذاكرة في عنصر واحد. بدلاً من ذلك، تفصل التقنية الثالثة بين خصائص العتبة والذاكرة، مما يوفر مرونة أكبر في تنفيذ الدائرة.
المرافق والتطبيقات
يمكن استخدام Schmitt Triggers في العديد من التطبيقات العملية اعتمادًا على التكوين، على سبيل المثال:
- التناظرية للتحويل الرقمي- هذا المكون عبارة عن محول تناظري إلى رقمي ذو بت واحد. عندما تصل الإشارة إلى مستوى معين، فإنها تتغير من الحالة المنخفضة إلى الحالة المرتفعة.
- كشف المستوى- قادر على توفير الكشف عن المستوى. عند إجراء هذا التطبيق، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار جهد التباطؤ بحيث تتغير الدائرة بالجهد المطلوب.
- استقبال الخط- عند إحضار خط بيانات قد يكون قد التقط ضوضاء إلى بوابة منطقية، فمن الضروري التأكد من أن مستوى الإخراج المنطقي يتغير فقط عندما تتغير المعلومات وليس نتيجة لالتقاط ضوضاء زائفة. يسمح استخدام مشغل Schmitt للضوضاء من الذروة إلى الذروة بالوصول إلى مستوى التباطؤ قبل حدوث إطلاق زائف.
كحالات أكثر تحديدًا، يمكنك رؤيتها في الدوائر التي تريد التخلص من الارتداد فيها في الأزرار الميكانيكية، وفي مولدات الموجات المربعة، وفي كاشفات المستوى، وفي دوائر الحماية من ضوضاء خط البيانات، ومولدات النبض، والمحولات الشهيرة ADC.
استخدم كمذبذب
مشغل شميت هو هزاز متعدد ثنائي الاستقرار يمكن استخدامه لتنفيذ نوع آخر من الهزاز المتعدد، مذبذب الاسترخاء. يتم تحقيق ذلك عن طريق توصيل دائرة تكامل RC واحدة بين مخرجات ومدخلات مشغل Schmitt المقلوب. سيكون الخرج عبارة عن موجة مربعة مستمرة يعتمد ترددها على قيم R وC، بالإضافة إلى نقاط عتبة مشغل Schmitt. نظرًا لأن IC واحد يمكن أن يوفر العديد من مشغلات Schmitt (على سبيل المثال، يحتوي جهاز CMOS من سلسلة 4000 40106 على 6 منها)، يمكن استخدام قسم إضافي من IC بسرعة كمذبذب بسيط وموثوق مع مكونين خارجيين فقط.
في هذه الحالة، يتم استخدام مشغل شميت القائم على المقارنة في تكوينه المقلوب. بالإضافة إلى ذلك، تتم إضافة ردود فعل سلبية بطيئة مع شبكة RC المتكاملة. والنتيجة هي ذلك يتراوح الإخراج تلقائيًا من VSS إلى VDD حيث يتم شحن المكثف من إحدى عتبة مشغل شميت إلى الأخرى.
تثبيت
يجب أن تضع في اعتبارك أنه وفقًا لـ نموذج بينوت يمكن أن يتغير، لذا أوصي دائمًا بالاطلاع على ورقة بيانات الشركة المصنعة المطابقة للنموذج الذي اشتريته. ومع ذلك، على سبيل المثال، لدينا هنا شريحة 74LS14 TTL مع 6 مشغلات بالداخل. لذلك، لدينا طرف DIP واحد مخصص لطاقة Vcc، وآخر للطاقة الأرضية أو GND. هذه هي الطريقة التي يتم بها تشغيل جميع المشغلات، وبعد ذلك سيكون الأمر يتعلق باستخدام المدخلات والمخرجات التي تناسبك.
مكان الشراء
أخيرًا ، إذا كنت تريد شراء واحدة من هذه الزناد شميت، يمكنك العثور عليها في المتاجر المتخصصة أو على منصات البيع عبر الإنترنت مثل أمازون:
