Tricky Circuit

Триггер Шмитта и два порога

Решение с памятью

Триггер Шмитта переключается при двух порогах. Гистерезис означает, что между ними выход помнит предыдущий уровень. Здесь при 3 V он становится высоким, при 2 V — низким.

Открыть интерактивный опыт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТОЛ

Меняй настройки схемы, предсказывай показания и проверяй решение задания. Это учебные модели; допущения объяснены в каждом уроке.

Войди, чтобы сохранять прогресс. Прогресс гостя хранится на этом устройстве.

Открыть лабораторию в полном окне

Почему это работает

Идеальный неинвертирующий триггер, выходы 0 V/5 V и включённые границы 2 V и 3 V. Начинает с низкого выхода; выключение или сброс очищает память. Шум, задержка и физические резисторы обратной связи не моделируются.

Vin — входное напряжение, Vout — выходное. Vin ≥ 3 V задаёт Vout = 5 V; Vin ≤ 2 V задаёт Vout = 0 V. Между 2 V и 3 V сохраняется предыдущий выход. Следующий порог переключения — 2 V при высоком выходе и 3 V при низком. Разрыв 1 V — полоса гистерезиса: это память состояния, а не задержка по времени.

Сложность

  1. Собери · Собери

    Включи питание и подними вход до 3.5 V. Переключи выход на высокий уровень 5 V.

    Нужна подсказка?

    Vin = 3.5 V → Vout = 5 V

  2. Исследуй · Исследуй границу

    Сначала подними вход до 3.5 V, затем опусти до 2.5 V без сброса и выключения питания. Сохрани запомненный высокий выход.

    Нужна подсказка?

    Vin: 3.5 V → 2.5 V; Vout = 5 V

  3. Реши сам · Реши задачу

    Опусти вход до 1.5 V. Перейди нижний порог и сбрось выход в 0 V.

    Нужна подсказка?

    Vin = 1.5 V → Vout = 0 V

Дополнительные материалы и карточки схем

Решение с памятью

Представь регулятор отопления с одной температурой включения и другой выключения. Разделение решений мешает мелким колебаниям около одной границы постоянно переключать прибор. В напряжении работает та же идея: между двумя порогами становится важна история.

Vin ≥ 3 V → Vout = 5 V; Vin ≤ 2 V → Vout = 0 V; 2 V < Vin < 3 V → Vout(t) = Vout(t−1)

Активный порог зависит от текущего выхода. Высокий выход ждёт нижнего порога, низкий — верхнего. Малые изменения внутри полосы не отменяют решение.

Полезная закономерность

При одном входе 2.5 V выход может быть 0 V или 5 V. Оба варианта верны: путь снизу от 2 V и путь сверху от 3 V сохраняют разные состояния.

За пределами модели

Положительная обратная связь возвращает часть выхода, усиливая решение. В реальных триггерах так можно создать разные пороги; модель задаёт их напрямую, не рассчитывая сеть резисторов.

Ошибка, которой стоит избежать

Гистерезис не ждёт заданное время и не устраняет любые помехи. Изменение, пересёкшее противоположный порог, всё равно переключает выход.

Вход 3.5 V сделал выход высоким, затем вход снизился до 2.5 V. Выход…

  1. падает до 0 V
  2. остаётся 5 V
  3. становится 2.5 V
Читать дальше

Вход внутри полосы памяти и не достиг нижнего порога 2 V, поэтому сохраняется высокий уровень.

Собери

После сброса включи питание и задай вход 3.5 V. Выход станет 5 V; следующий порог переключения — 2 V.

Vout = 5 V

Исследуй границу

Включи питание и задай вход 1.5 V. Выход станет 0 V; следующий порог переключения — 3 V.

Vout = 0 V

Измени одну величину

Сравни два пути к 2.5 V: 1.5 V → 2.5 V и 3.5 V → 2.5 V. Между путями сбрось схему. Запиши оба выхода, чтобы увидеть память истории.

ti.com