Schmitt-Trigger und zwei Schwellen
Eine Entscheidung mit Gedächtnis
Ein Schmitt-Trigger schaltet bei zwei Schwellen. Hysterese bedeutet, dass der Ausgang dazwischen seinen vorherigen Zustand behält. Hier wird er bei 3 V hoch und bei 2 V niedrig.
EXPERIMENTIERTISCH
Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.
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Warum es funktioniert
Idealer nichtinvertierender Trigger mit festen Ausgängen 0 V/5 V und einschließlich den Grenzen 2 V und 3 V. Er startet niedrig; Ausschalten oder Zurücksetzen löscht das Gedächtnis. Rauschverlauf, Verzögerung und reale Rückkopplungswiderstände fehlen.
Vin ist Eingangsspannung und Vout Ausgangsspannung. Vin ≥ 3 V setzt Vout = 5 V, Vin ≤ 2 V setzt Vout = 0 V. Zwischen 2 V und 3 V bleibt der vorherige Ausgang. Die nächste Umschaltschwelle ist bei hohem Ausgang 2 V, bei niedrigem 3 V. Der Abstand von 1 V ist das Hystereseband: Zustandsspeicher, keine Zeitverzögerung.
Schwierigkeit
Aufbauen · Aufbauen
Schalte ein und erhöhe den Eingang auf 3.5 V. Schalte den Ausgang auf hoch, 5 V.
Brauchst du einen Tipp?
Vin = 3.5 V → Vout = 5 V
Erforschen · Die Grenze untersuchen
Erhöhe den Eingang zuerst auf 3.5 V und senke ihn dann auf 2.5 V, ohne zurückzusetzen oder auszuschalten. Behalte den gespeicherten hohen Ausgang.
Brauchst du einen Tipp?
Vin: 3.5 V → 2.5 V; Vout = 5 V
Selbst lösen · Aufgabe lösen
Senke den Eingang auf 1.5 V. Unterschreite die untere Schwelle und setze den Ausgang auf 0 V.
Brauchst du einen Tipp?
Vin = 1.5 V → Vout = 0 V
Zusatzwissen und Schaltungsrezepte
Eine Entscheidung mit Gedächtnis
Denk an eine Heizung mit einer Temperatur zum Einschalten und einer anderen zum Ausschalten. Die getrennten Entscheidungen verhindern, dass jede kleine Änderung an einer Grenze den Schalter umkehrt. Dasselbe funktioniert mit Spannung: Zwischen zwei Schwellen zählt der bisherige Verlauf.
Vin ≥ 3 V → Vout = 5 V; Vin ≤ 2 V → Vout = 0 V; 2 V < Vin < 3 V → Vout(t) = Vout(t−1)
Die aktive Schwelle hängt vom aktuellen Ausgang ab. Ein hoher Ausgang wartet auf die niedrige Schwelle, ein niedriger auf die hohe. Kleine Umkehrungen im Band machen die Entscheidung nicht rückgängig.
Ein nützliches Muster
Beim selben Eingang 2.5 V kann der Ausgang 0 V oder 5 V betragen. Beides ist richtig: Von unter 2 V und von über 3 V kommend werden verschiedene Zustände gespeichert.
Außerhalb des Modells
Positive Rückkopplung führt einen Teil des Ausgangs zurück und verstärkt die Entscheidung. Echte Schmitt-Schaltungen können so getrennte Schwellen bilden; das Modell legt sie ohne Widerstandsnetzberechnung fest.
Eine typische Falle vermeiden
Hysterese wartet keine feste Zeit und weist nicht jede Störung zurück. Eine Änderung über die gegenüberliegende Schwelle schaltet den Ausgang trotzdem um.
Eingang 3.5 V hat den Ausgang hoch gesetzt; dann fällt der Eingang auf 2.5 V. Der Ausgang…
- fällt auf 0 V
- bleibt bei 5 V
- wird 2.5 V
Weiterlesen
Der Eingang liegt im Gedächtnisband und erreicht die untere 2-V-Schwelle nicht; der hohe Zustand bleibt.
Aufbauen
Schalte nach dem Zurücksetzen ein und stelle Eingang 3.5 V ein. Der Ausgang wird 5 V; die nächste Umschaltschwelle ist 2 V.
Vout = 5 V
Die Grenze untersuchen
Schalte ein und stelle Eingang 1.5 V ein. Der Ausgang wird 0 V; die nächste Umschaltschwelle ist 3 V.
Vout = 0 V
Eine Größe ändern
Vergleiche zwei Wege zu 2.5 V: 1.5 V → 2.5 V und 3.5 V → 2.5 V. Setze dazwischen zurück. Notiere beide Ausgänge und entdecke den gespeicherten Verlauf.