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Operationsverstärker als Schmitt-Trigger
Der Schmitt-Trigger funktioniert als Schwellwert-Schalter, der bei einer bestimmten Eingangsspannung UE ein die Spannung am Ausgang einschaltet und bei einer bestimmten Eingangsspannung UE aus die Ausgangsspannung ausschaltet.
Die Differenz zwischen Eischaltspannung UE ein und Ausschaltspannung UE aus wird als Schaldifferenz Udiff oder Hysterese UH bezeichnet. Das Arbeitsverhalten eines Schmitt-Triggers lässt sich gut am Beispiel eines Sinus-Rechteckwandlers zeigen - hier nicht-invertierender Schmitt-Trigger:
Bemerkung: Da beide Kurven die Zeitachse t als gemeinsame Achse haben, lassen sich diese zusammenfassen zu einer sogenannten Übertragungskennlinie bzw. Hysterese-Kennlinie aus dieser übrigens das Schaltzeichen des Schmitt-Triggers hergeleitet wird.
Schaltung und Berechnung OPV als nicht-invertierender Schmitt-Trigger
Ansatz: Die Ausgangsspannung kann von der minimalen Ausgangsspanung Ua min auf die maximale Ausgangsspannung Ua max und umgekehrt springen.
1. Bestimmung der Ausschaltspannung Ue Aus : (Ausgeschaltet kann nur, wenn Ua = Ua max ist!)
Da der + Eingang des OPV am virtuellen Nullpunkt liegt, gilt UR2 = Ua max. Die Spannung Ue aus ist mit negativem Vorzeichen behalftetund fällt an R1 ab:
R1 = UR1 = - Ue aus
R2 UR2 Ua max
=> Ue Aus = - R1 • Ua max (1)
. R2
2. Bestimmung der Einschaltspannung Ue Ein : (Eingeschaltet kann nur, wenn Ua = Ua min ist!)
Ähnlich wie unter Punkt 1 jetzt aber unter der Annahme, dassUe Ein > 0V und Ua min < 0V ist, erhalten wir:
=> Ue Ein = - R1 • Ua min (2)
. R2
Die Hysteresespannung UH ist definiert als die Differenzder Einschalt- und Ausschaltspannung:
UH = Ue Ein - Ue Aus (3)
Zusammengefasst:
Gl. (1) und (2) in (3) ergibt:
UH = ( -R1 / R2 * Ua min) - (- R1 / R2 * Ua max)
UH = R1 ( Ua max - Ua min )
. R2