Circuito De Disparo De Schmitt - Que Es La Histáresis, Aplicación Y Conceptos.

Un disparador Schmitt es una forma de circuito comparador que tiene histéresis o diferentes niveles de conmutación de entrada para cambiar la salida entre los dos estados. El comparador tiene un amplificador diferencial en su núcleo y la acción del comparador significa que la entrada analógica se cambia efectivamente a una salida digital que depende de los voltajes en la entrada.

Al utilizar la histéresis, se reduce significativamente el efecto del ruido en la entrada que podría provocar varias conmutaciones en la salida cuando la tensión de entrada se acerca a la tensión de conmutación.

La esencia del disparador Schmitt es un amplificador diferencial: a menudo se utilizan amplificadores operacionales en esta función, pero es mucho mejor utilizar un chip comparador específico en esta función.

Qué es la histéresis

La histéresis se da en muchos casos a lo largo de la ciencia, pero en el caso del disparador de Schmitt la histéresis significa que el circuito se dispara a diferentes voltajes para cambiar la salida de un estado a otro.

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Para explicar esto con más detalle, tomemos el ejemplo en el que la tensión de referencia es, digamos, de 5 voltios. Cuando la tensión sube, dependiendo del circuito es, por ejemplo, 5,5 voltios. Entonces, para conmutar en la otra dirección, la tensión de entrada debe caer, por ejemplo, a 4,5 voltios.

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De esta manera, hay una diferencia de 1 voltio entre la conmutación en cualquier dirección, y esto proporciona una importante inmunidad al ruido.

El problema de no utilizar histéresis con un comparador es que si la señal de entrada sube lentamente, el ruido en la forma de onda provocará múltiples conmutaciones de estado de la salida del comparador.

Al utilizar la histéresis, este problema se supera, a menos que los niveles de ruido sean muy altos. El circuito de disparo Schmitt es ideal para muchas aplicaciones para superar este problema. Afortunadamente, en la mayoría de los casos, un comparador directo puede convertirse en un disparador Schmitt mediante la adición de un único componente electrónico

Las conmutaciones múltiples de la salida debido al ruido pueden dar lugar a muchos problemas con los siguientes circuitos digitales, y en muchos casos, los ingenieros de diseño de circuitos electrónicos han pasado muchas horas depurando circuitos con este tipo de problemas, ya que a veces pueden ser difíciles de localizar.

Conceptos básicos del disparador Schmitt

El circuito de disparo de Schmitt se ha utilizado ampliamente durante muchos años. Fue inventado por un científico estadounidense llamado Otto Schmitt. El disparador Schmitt conmuta a diferentes voltajes dependiendo de si se mueve de bajo a alto o de alto a bajo, empleando lo que se denomina histéresis.

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En cuanto al hecho de que el disparador Schmitt tiene histéresis, el símbolo del circuito para uno de estos circuitos incorpora el símbolo de histéresis en él. En consecuencia, todos los disparadores de Schmitt utilizan este símbolo.

Circuito de disparo de Schmitt

Un circuito comparador estándar puede convertirse normalmente en un disparador de Schmitt en la fase de diseño electrónico introduciendo retroalimentación positiva mediante la adición de un componente electrónico adicional. En el circuito que se muestra a continuación, esto se consigue añadiendo una resistencia R3.

El efecto de la nueva resistencia R3 es dar al circuito diferentes umbrales de conmutación dependiendo del estado de la salida del comparador o amplificador operacional. Cuando la salida del comparador es alta, esta tensión se devuelve a la entrada no inversora del amplificador operacional del comparador.

Como resultado, el umbral de conmutación se vuelve más alto. Cuando la salida se conmuta en sentido contrario, el umbral de conmutación se reduce. Esto da al circuito lo que se denomina histéresis.

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El hecho de que la retroalimentación positiva aplicada dentro del circuito asegura que hay efectivamente una mayor ganancia y por lo tanto la conmutación es más rápida. Esto es particularmente útil cuando la forma de onda de entrada puede ser lenta. Sin embargo, se puede aplicar un condensador de aceleración dentro del circuito de disparo Schmitt para aumentar la velocidad de conmutación aún más.

Colocando un condensador a través de la resistencia de realimentación positiva R3, se puede aumentar la ganancia durante el cambio, haciendo que la conmutación sea aún más rápida. Este condensador, conocido como condensador de aceleración, puede estar entre 10 y 100 pF dependiendo del circuito.

Es bastante fácil calcular las resistencias necesarias en el circuito de disparo Schmitt. El voltaje central sobre el que debe conmutar el circuito viene determinado por la cadena divisora de potencial formada por las resistencias R1 y R2.

Esta debe ser elegida en primer lugar. A continuación se puede calcular la resistencia de retroalimentación R3. Esto proporcionará un nivel de histéresis que es igual a la oscilación de salida del circuito reducida por la división de potencial formada como resultado de R3 y la combinación paralela de las resistencias R1 y R2.

Aplicaciones del disparador Schmitt

Un disparador de Schmitt se utiliza en una gran cantidad de aplicaciones en las que es necesario detectar un nivel. Aunque sólo se utilice una pequeña cantidad de histéresis, reduce las múltiples transiciones que pueden ocurrir alrededor del punto de conmutación.

Por ello, las aplicaciones del disparador Schmitt incluyen muchas áreas diferentes del diseño de circuitos electrónicos.

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• Conversión de digital a analógico: El disparador Schmitt es un convertidor analógico-digital de un bit. Cuando la señal alcanza un nivel determinado, pasa de un estado a otro. Esto puede utilizarse para controlar otros circuitos digitales.
• Detección de nivel: El circuito de disparo de Schmitt es capaz de proporcionar detección de nivel. Cuando se realiza esta aplicación, es necesario tener en cuenta la tensión de histéresis durante el diseño del circuito electrónico para que el circuito conmute en la tensión requerida.
• Recepción de línea: Cuando se ejecuta una línea de datos que puede haber captado ruido en una puerta lógica, es necesario garantizar que el nivel de salida lógica sólo cambie a medida que cambian los datos y no como resultado del ruido espurio que pueda haberse captado. El uso de un disparador Schmitt permite ampliamente que el ruido de pico a pico alcance el nivel de la histéresis antes de que pueda producirse un disparo espurio.

Precauciones para el disparo de Schmitt

Cuando se utiliza un amplificador de operación como comparador, hay que tener cuidado. El propio chip del amplificador de operación está optimizado para el funcionamiento en bucle cerrado con retroalimentación negativa. Por ello, los fabricantes de amplificadores operacionales no garantizan su uso en circuitos sin realimentación o con realimentación positiva, como en el caso del disparo Schmitt.

Uno de los problemas es que cuando se utiliza un op-amp en lugar de un comparador, la velocidad de conmutación no será tan alta, y también es poco probable que golpee los rieles con tanta fuerza.

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Normalmente los comparadores se diseñan para condiciones de circuito abierto o incluso se utilizan con retroalimentación positiva en el caso del disparador Schmitt. También tienen una configuración de circuito de estilo colector abierto, que está pensada para conmutar con fuerza a los raíles de tensión como se requiere en los circuitos lógicos.

Por esta y muchas otras razones, los comparadores proporcionarán unas características de conmutación mucho mejores que las de un amplificador operacional.

Otros problemas que pueden surgir en algunas ocasiones son que cuando un amplificador operacional es conducido fuertemente a los rieles, consumirá más energía de la que normalmente consumiría.

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Un problema adicional que puede surgir es en forma de enganche, donde el amplificador óptico se enganchará al carril de tensión y permanecerá allí sin conmutar independientemente de los niveles de entrada.

El disparador Schmitt se utiliza en una gran cantidad de circuitos electrónicos diferentes en los que las señales analógicas deben ser detectadas y convertidas a un formato digital. El circuito ha existido durante muchos años y proporciona una función muy útil en muchos de los diseños de circuitos electrónicos actuales.