Схемотехника · урок 14 из 18
Компаратор и триггер Шмитта
Как превратить медленный или шумный сигнал в чёткое «да/нет» и почему нужен гистерезис.
Компаратор — ОУ без обратной связи (или специальная микросхема вроде LM393): выход «в потолок», если «+» выше «−», и «в пол», если ниже. Это мост из аналогового мира в цифровой: «стало темно», «вода выше датчика», «батарея села».
Беда — шум
Если сигнал медленно ползёт через порог и на нём есть шум, выход будет многократно дёргаться туда-сюда на каждом пересечении. Лекарство — положительная обратная связь: резистор с выхода на «+» сдвигает порог в зависимости от состояния выхода. Получается два порога — на включение и на выключение. Это триггер Шмитта, а разница порогов — гистерезис.
Гистерезис выбирают больше размаха шума. Так же устроен домашний термостат: включает котёл при 20 °C, а выключает при 22 °C — иначе щёлкал бы реле каждую секунду.
Готовые триггеры Шмитта есть и среди логики: микросхема 74HC14 — шесть инверторов с гистерезисом, лучший способ «почистить» сигнал с кнопки или датчика.
Опыт на макетной плате
Нужно: LM393, фоторезистор, резисторы 10 кОм и 100 кОм, светодиод с 1 кОм, 5–9 В.
- Делитель «фоторезистор + 10 кОм» — на вход «+», делитель-потенциометр — на «−» как порог.
- Выход LM393 — открытый коллектор: светодиод с резистором от плюса к выходу.
- Медленно закрывайте фоторезистор ладонью — светодиод мерцает на пороге. Добавьте 100 кОм с выхода на «+» — переключение станет чётким.
Проверьте себя
1. Что делает компаратор?
2. Какой обратной связью получают гистерезис?
3. Шум ±0,3 В. Каким сделать гистерезис?
4. Пример гистерезиса в быту?
По книге: П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники» (М.: БИНОМ, 2014), гл. 4, с. 245–248. Текст урока — пересказ, схемы перерисованы.