Categoria: Microcontroladores / FPGA CPLD

Resposta publicada originalmente no Quora em 26/07/2019

Em eletrônica:

Um Schmitt trigger é um circuito comparador com histerese implementado pela aplicação de realimentação positiva à entrada não inversora de um comparador ou amplificador diferencial.

Ele é um circuito ativo que converte um sinal de entrada analógica em um sinal de saída digital.

O circuito é chamado de “gatilho” (trigger) porque a saída retém seu valor até que a entrada mude o suficiente para disparar uma mudança no sinal de saída.

O Schimitt trigger possui dois níveis de disparo que são o ‘limiar superior’ e o ‘limiar inferior’ conforme indicado na função de transferência exibida abaixo:

Os eixos horizontal e vertical correspondem respectivamente à tensão de entrada e de saída. T e −T são os limites de comutação, e M e −M são os níveis de tensão de saída.

O diagrama abaixo compara o comportamento de um circuito Schimitt triger com um buffer, ambos não inversores.

Configuração inversora e não inversora:

Na configuração não inversora, quando a entrada é maior que o limiar superior, a saída é alta. Quando a entrada está abaixo do limiar inferior, a saída é baixa e, quando a entrada está entre os limiares inferior e superior, o valor na saída do circuito é constante.

Na configuração inversora, quando a entrada é maior que o limiar superior, a saída é baixa. Quando a entrada está abaixo do limiar inferior, a saída é alta e, quando a entrada está entre os limiares inferior e superior, o valor na saída do circuito é constante.

Esse comportamento de limiar de disparo duplo que o sinal de saída muda quando o sinal de entrada atinge valores limiares distintos, é chamada de histerese. Podemos até dizer que o Schimitt trigger possui memória e pode atuar como um multivibrador biestável (latch ou flip-flop).

Existe uma estreita relação entre os dois tipos de circuitos: um Schimitt trigger pode ser convertido em um latch e vice versa.

Schimitt trigger serve para fazer o condicionamento de sinais em circuitos digitais reduzindo o ruído dos mesmos, particularmente reduzindo (não elimina completamente em alguns casos) o efeito de repique (bounce) de chaves eletromecânicas. Também são utilizados em configurações com feedback em loop negativo, implementando osciladores de relaxamanto que encontram aplicação em geradores de função e fontes de alimentação chaveadas.

Há várias maneiras de se implementar um circuito Schmitt trigger e uma delas seria pela utilização de um amplificador operacional.

Pode-se fazer um conversor analógico-digital utilizando um amplificador operacional cuja entrada analógica recebe o sinal e a saída do amplificador operacional fornece o sinal de saída digital.

Isso é possível por conta do alto ganho do amplificador operacional e quando o sinal passa de um certo limite, a saída satura ou corta imediatamente como em um processo de avalanche.

Abaixo seguem dois diagramas básicos (não são circuitos completos), um utilizando a entrada não inversora e outro utilizando a entrada inversora de um amplificador operacional:

Comparador não inversor:

Para o comparador não inversor os dois resistores R1 e R2 formam um somador de tensão paralela. Ele soma uma parte da tensão de saída à tensão de entrada, aumentando-a durante e após a comutação, que ocorre quando a tensão resultante está próxima de zero. Este feedback positivo paralelo cria a histerese necessária que é controlada pela proporção entre as resistências R1 e R2. A saída do somador de tensão paralela é em relação ao terra, então o circuito não precisa de um amplificador com entrada diferencial. Como os amplificadores operacionais convencionais têm uma entrada diferencial, a entrada inversora é aterrada para criando o ponto de referência zero volts.

Comparador inversor:

Para a versão utilizando o comparador inversor, a atenuação e a soma são separadas. Os dois resistores R1 e R2 atuam apenas como um divisor de tensão (atenuador “puro”). O loop de entrada atua como um somador de tensão simples que soma uma parte da tensão de saída em série à tensão aplicada no circuito de entrada. Este feedback positivo em série cria a histerese necessária que é controlada pela proporção entre as resistências de R1 e a resistência do conjunto R1 e R2. A tensão efetiva aplicada à entrada do amplificador operacional está flutuando, logo, o amplificador operacional deve ter uma entrada diferencial.

Maiores detalhes sobre essa configuração pode ser vista na Wikipedia e está bem detalhada no livro The Art of Electronics.

Na eletrônica digital:

A implementação desse tipo de circuito é representada pelos símbolos abaixo e normalmente estão dentro de circuitos integrados:

Símbolo que representa um Schmitt trigger. Ele possui o desenho de uma curva de histerese dentro do símbolo lógico de um buffer, cuja saída pode ser normal ou inversa (com a bolinha). Detalhes acerca do comportamento de um circuito integrado Schmitt trigger deve ser verificada na documentação do componente, que é fornecida pelo fabricante.

Para saber mais, temos as seguintes opções:

• Visite a Wikipedia
• HOROWITZ, Paul; HILL, Winfield. The Art Of Electronics. 2. ed. Cambridge -uk: Cambridge University Press, 1989. 1152 p. ISBN 13: 9-780521-370950.
• Consulte o datasheet: CD40106B CMOS Hex Schmitt Triggers