Wstęp teoretyczny:

Dyskryminator progowy - wytwarza na swym wyjściu sygnał logiczny, będący rezultatem porównania wartości napięcia (lub prądu) sygnału wejściowego z napięciem (lub prądem) odniesienia. Napięcie wyjściowe przejmuję jedną z dwu możliwych wartości: maksymalną U_0max lub minimalną U_{0 min}, zależnie od znaku różnicy napięcia sygnału U_I i napięcia odniesienia UR (napięcia referencyjnego). Wartości U_0maxi Uo_min zależą od rodzaju użytego komparatora; przebieg pokazanej charakterystyki U₀ = f(U_I) odpowiada poziomom logicznym, np. TTL.

Dyskryminator progowy

Tranzystorowy przerzutnik Schmitta - układ, w którym oba stopnie są połączone gałęzią, w której występuje sumowanie sygnałów pochodzących z obu stopni i zwrotne doprowadzenie tych sygnałów do wejścia. Oba stopnie mają wspólny rezystor emiterowy RE . Dla każdego stopnia na tym rezystorze powstaje sprzężenie zwrotne ujemne, a jednocześnie - dla obu stopni - powstaje sprzężenie zwrotne dodatnie, gdyż część napięcia wyjściowego drugiego stopnia zostaje przez ten rezystor doprowadzona zwrotnie do stopnia pierwszego. Sprzężenie zwrotne ujemne stabilizuje punkt pracy, a ponadto - przy odpowiednim dobraniu wartości elementów układu (np. przy dużej wartości rezystora emiterowego) - może nie dopuszczać do wystąpienia przesterowania w układzie. Układ pracuje wówczas bez wchodzenia w obszar nasycenia, dzięki czemu uzyskuje się przebiegi o stromych zboczach z małym opóźnieniem czasowym (zwanym histerezą) względem impulsów wyzwalających. Sprzężenie z wyjścia stopnia pierwszego do wejścia stopnia drugiego w układzie Schmitta stanowi najczęściej rezystor, niekiedy dioda; jest to więc sprzężenie stałoprądowe.

Działanie: Gdy napięcie na wejściu (napięcie sterujące) jest równe zeru, tranzystor T1 nie przewodzi. W tym czasie tranzystor T2 przewodzi, gdyż otrzymuje on odpowiednią polaryzację z dzielnika RC1, R1, R2. Dzielnik polaryzujący tranzystor T2 (głównie RC1 ) jest tak dobrany, aby tranzystor T2 nie pracował w stanie nasycenia. Prąd płynący przez przewodzący tranzystor powoduje spadek napięcia na rezystorze emiterowym RE, a to z kolei powoduje głębsze zatkanie tranzystora T1. Zwiększenie napięcia wejściowego powyżej pewnego poziomu wywołuje przewodzenie tranzystora T1 i szybki przerzut układu do drugiego stanu. W tym stanie napięcie na kolektorze tranzystora T1 maleje, a więc maleje również napięcie na bazie tranzystora T2, który przestaje przewodzić. Układ pozostaje w swym drugim stanie dopóty, dopóki poziom sygnału wejściowego pozostanie ponad tzw. poziomem progowym. Napięcie wyjściowe w tym stanie osiąga swą wartość maksymalną. Gdy napięcie sterujące tranzystor T1 zmaleje, nastąpi wzrost napięcia na kolektorze tranzystora T1, a więc również wzrost napięcia na bazie tranzystora T2, tak że tranzystor T2 zacznie przewodzić i nastąpi przerzut do pierwszego stanu układu.

Z podanego opisu wynika jedno z typowych zastosowań przerzutnika Schmitta. Mianowicie, jeżeli ten przerzutnik pobudzi się napięciem sinusoidalnym, to na wyjściu pojawia się przebieg prostokątny. Jest to często stosowana metoda uzyskiwania przebiegów prostokątnych. Układ Schmitta wykorzystuje się również - dzięki jego właściwościom - jako tzw. dyskryminator amplitudy lub detektor poziomu. Istnieją liczne modyfikacje układowe przerzutnika Schmitta.

Układ przerzutnika Schmitta oraz przebiegi napięcia sterującego i wyjściowego

Klucz tranzystorowy - układ przełączający. Zasada jego działania opiera się na dwóch

stanach tranzystora – zatkania i nasycenia. Pod wpływem doprowadzonego sygnału (napięcia)

tranzystor ulega wysterowaniu i przechodzi ze stanu zatkania, poprzez stan aktywny, aż do

nasycenia. Po zaniku napięcia sterującego tranzystor wraca do stanu zatkania. Podczas zatkania tranzystora posiada on wysoką rezystancję przez co nie przepuszcza dalej żadnego sygnału, można go wtedy uznać jako przerwę w układzie. Natomiast, gdy tranzystor jest nasycony to posiada niską rezystancję i jest widziany przez układ jako zwarcie i przepuszcza sygnał dalej.

Idealny klucz tranzystorowy powinien przełączać niemalże natychmiast i posiadać bardzo

stromą charakterystykę przejściową (pionową a czas przełączenia powinien wynosić 0).

Klucz tranzystorowy

Spis przyrządów:

• Zestaw laboratoryjny KL23010

• Potencjometr

• Voltomierze

• Generator

Wykonanie ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie należało połączyć układ pomiarowy tranzystorowego przerzutnika Schmitta przy użyciu elementów znajdujących się w obszarze block a zestawu laboratoryjnego KL23010

Schemat ideowy układu pomiarowego tranzystorowego przerzutnika Schmitta

Następnie należało zmierzyć charakterystykę Uwy = f(Uwe). Określić wartości napięć przełączania przerzutnika oraz odpowiadające im wartości napięć wyjściowych (wartości te oznaczono na szaro):

Uwy [V]	F(Uwe) [V]	Uwy [V]	F(Uwe) [V]
12,31	2,11	1,278	1,15
12,31	1,99	1,278	1,21
12,31	1,8	1,278	1,43
12,31	1,7	1,278	1,54
12,31	1,59	1,278	1,6
12,31	1,5	1,278	1,71
12,31	1,4	1,278	1,79
12,31	1,31	1,278	1,89
1,278	1,21	12,31	1,89
1,278	0,95

Następnie należało zmierzyć napięcia w punktach testowych dla napięć wejściowych niższego i wyższego od progów przełączania:

	Poniżej progu	Powyżej progu
	Uwy	Uwe
TP2	10,43	1,34
TP3	1,89	1,76
TP4	1,27	1,96

Wnioski:

Aby można było wykonać pomiary należało poprawnie podłączyć układ pomiarowy tranzystorowego przerzutnika Schmitta. Z wykresu charakterystyki Uwy = f(Uwe) wynika, że przy wartości napięcia wyjściowego Uwy = 12,31 [V] napięcie wejściowe Uwe malało począwszy od 2,11 [V] do 1,21 [V], kiedy to nastąpił spadek napięcia Uwy do wartości 1,278 [V]. Następnie napięcie wejściowe wzrastało od 0,95 [V] aż do 1,89 [V] kiedy wartość napięcia wyjściowego znowu wyniosła 12,31 [V].

Po zmierzeniu napięć w punktach testowych okazało się, że w przypadku napięć mierzonych powyżej progu przełączania wartości Uwy były mniejsze niż wartości Uwe, natomiast w przypadku napięć mierzonych poniżej progu przełączania wartości Uwy były większe od wartości Uwe, przy czym w przypadku punktu testowego TP2 różnica pomiędzy wartościami była znaczna, ponieważ wyniosła powyżej 9 [V], w przypadku TP3 tylko 0,13 [V]. Wyjątek stanowią wartości napięć poniżej progu przełączania punktu testowego TP4, ponieważ napięcie Uwe jest większe od napięcia Uwy.