Giáo trình Thực tập Kỹ thuật số - Bài 12: Trigơ Smit (Schmitt Trigger)

 163
Bài 12: trigơ smit 
(Schmitt Trigger) 
A. Phần tóm tắt lý thuyết 
Trigơ Smit làm nhiệm vụ biến đổi một tín hiệu biến thiên chậm chạp hoặc tín 
hiệu xung với s−ờn thoai thoải thành tín hiệu xung vuông. 
ở đây Vi là điện áp đầu vào, V0 là điện áp đầu ra. Có hai điện áp ng−ỡng ở đầu 
vào làm cho điện áp ở đầu ra thay đổi đột ngột, đó là điện áp ng−ỡng d−ới (hay 
thấp) ViL và điện áp ng−ỡng trên (hay cao) ViH. 
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của V0 vào Vi cũng dễ dàng giải thích. Theo 
chiều mũi tên ta thấy, lúc đầu trạng thái lối ra là “thấp”. Khi Vi = ViL thì đầu ra 
vẫn giữ nguyên trạng thái này. Khi Vi = ViH đầu ra chuyển lên trạng thái “cao” . 
Chừng nào Vi > ViH thì đầu ra vẫn giữ nguyên trạng thái cao. Nếu bây giờ Vi bắt 
đầu giảm, nh−ng phải giảm đến tận giá trị Vi = ViL (thấp hơn giá trị ViH) thì đầu 
ra mới thay đổi trạng thái từ cao xuống thấp. Miền iLiHi VVV −=Λ gọi là miền trễ 
(hysteresis). Cần l−u ý rằng đầu ra thay đổi đột ngột về trạng thái ứng với điện áp 
ng−ỡng nào (ViL hay ViH) là tuỳ thuộc vào giá trị điện áp ra và quá trình biến đổi 
của nó. Giản đồ thời gian và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc V0 vào Vi ở trên cũng 
nói lên nhận xét này. 
Miền trễ hay miền chết rất có ích trong việc cần phải sửa dạng sóng. Một tín 
hiệu dầy đặc nhiễu ở đầu vào cho ta một tín hiệu vuông vắn ở đầu ra. 
Trigơ Smit t−ơng tự (Analog Schmitt Trigger) 
ở đây ng−ời ta sử dụng loại khuếch đại thuật toán (KĐTT) có tốc độ nhanh ví 
dụ 111, 211, 311 hay cực nhanh 160, 260, 360. Hình sau là sơ đồ mạch dùng 
 164
KĐTT 311 và đồ thị biểu diễn hàm chuyển vào - ra ứng với giá trị ghi trong 
mạch. 
Với mạch này Vi > 1,2V thì V0 đạt đến giá trị bão hoà -13V 
 Vi < -1,2V thì V0 đạt đến giá trị bão hoà +13V 
Đây là mạch khuếch đại có phản hồi d−ơng và tín hiệu tác dụng vào đầu đảo. 
ở đây ta lại thấy xuất hiện hiện t−ợng trễ nh− phần mở đầu đã nói. 
Nếu đầu vào Vi là tín hiệu hình sin thì đầu ra V0 là tín hiệu vuông góc. Điện 
áp đầu ra V0 sẽ thay đổi đột ngột khi điện áp đầu vào Vi đạt giá trị ng−ỡng ± 1,2v. 
Trigơ Smit số (Digital Schmitt Trigger). 
Trigơ Smit số có thể xây dựng từ hai cửa đảo hoặc từ một cửa đệm theo hai 
sơ đồ cho trên hình sau 
Ta thử tính toán cho trigơ Smit xây dựng từ cửa đệm thuộc họ CMOS. ở đây 
G là đầu vào (Gate) của cửa đệm CMOS. 
Đầu ra chỉ có thể nhận đ−ợc hai giá trị ứng với hai trạng thái : cao (VCC ) và 
thấp (0). 
Điện trở R1 và R2 tạo nên bộ chia thế. Điện áp VG tại đầu vào cửa đệm đ−ợc 
tính theo nguyên lý chồng chất từ hai điện áp Vi và V0. 
G
Vin Vout
VoutVin
R1
R2
R2
R1
 165
21
1
0
21
2
RR
R
V
RR
R
VV iG +++= 
Sử dụng điều kiện biên khi Vi = ViL , V0 = VCC 
 Vi = ViH , V0 = 0 
Lúc này VG tiến tới giá trị ng−ỡng của cửa đệm CMOS, nghĩa là VG = VT 
(Threshold = ng−ỡng). 
21
1
21
2
RR
R
V
RR
R
VV CCiLT +++= → 2
1
2
21
R
R
V
R
RR
VV CCTiL −+= 
và 0
21
2 ++= RR
R
VV iHT → 
2
21
R
RR
VV TiH
+= 
Miền trễ 
2
1
R
R
VVVV CCiLiHi =−=∆ 
Giả sử R2 = 10R1 thì ∆Vi = 0,1VCC 
Các phép tính cho trigơ Smit xây dựng từ của đệm họ TTL cũng có kết quả 
t−ơng tự. Tuy nhiên điện áp đầu ra V0 ở trạng thái cao khoảng 3,4V và ở trạng 
thái thấp khoảng 0,2V , đó là các giá trị tiêu biểu. 
Kết quả tính trên đây chỉ là gần đúng, việc xác định đúng các giá trị ng−ỡng 
chỉ có thể kiểm tra bằng thực nghiệm. Vì rằng lối vào của CMOS là mạch hở, do 
đó có thể dùng điện trở bất kỳ trong thực nghiệm . Với của logic họ TTL thì trở lối 
vào nhỏ hơn 500Ω nguồn tín hiệu phải có trở nội nhỏ. Bảng gợi ý d−ới đây giúp ta 
cách chọn linh kiện cho trigơ Smit nếu muốn xây dựng từ của đảo hay cửa đệm. 
Họ CMOS 
 Dùng hai cửa đảo : 4041 hay 4069 
 Dùng một cửa đệm : 4050 (tốt nhất trong họ CMOS). 
 Dùng điện trở : R1 = 10K, R2 = 100K. 
Họ TTL 
 Dùng hai cửa đảo : 7404 (tốt nhất trong họ TTL). 
 Dùng một cửa đệm : 7407 hay 7417 
 Dùng điện trở : R1 = 330Ω , R2 = 3,3K 
Nh−ợc điểm cơ bản của trigơ Smit xây dựng theo cách trên đây là tính “bất ổn 
định” vì nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp ng−ỡng bị thay đổi theo. Điều 
này thấy rõ rệt nhất khi ta dùng cửa đảo hay cửa đệm họ TTL. Hãng TEXAS 
 166
(Texas instrument) đã chế tạo trigơ Smit họ TTL d−ớc dạng mạch tích hợp 
nguyên khối (Monolithic Integrated Circuit) và hãng MOTOROLA (Motorola 
Semiconductors)đã chế tạo trigơ Smit họ CMOS một cách hoàn chỉnh. 
Họ CMOS: 
 MC 14093B (nand schmitt trigger) 
 MC 14583B (DUAL schmitt trigger) 
 MC 14584B (HEX schmitt trigger) 
Họ TTL : 
 7413 (nand schmitt trigger) 
 7414 (HEX schmitt trigger) 
 74132 (NAND schmitt trigger) 
Cần l−u ý trong các sổ tay chân vi mạch, nếu là trigơ Smit thì có thêm ký hiệu 
trễ trong ký hiệu logic. Ví dụ cửa không và 2 đầu vào (7400) và trigơ Smit 
NAND hai đầu vào 74132 
 167
B. Phần thực nghiệm 
1. Nghiên cứu trigơ smitt t−ơng tự 
(Analog Schmitt Triger) 
ƒ Trigơ smitt t−ơng tự đ−ợc xây dựng từ bộ so sánh LM339. Hay ta có thể sử 
dụng các bộ so sánh khác ví dụ nh−: LP111, LP211, LP311. Tín hiệu từ 
máy phát chuẩn có dạng hình sin, tần số 10 KHz, biên độ Vpp = 10V. Sau đó 
cho qua trigơ Smitt t−ợng tự. Quan sát dạng tín hiệu ở lối ra của trigơ 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
B
15V
-15V
15V
LM339
10kHz
V2
-5/5V
A
R3
1k
R1
10k
R2
1k
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− các hình trên bằng cách sử dụng: 
 01 Bộ so sánh Lm339 [Linear ICs/Comparators/ Comparator 5/LM339] 
 01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen] 
 03 Điện trở[General/Resistors/Risistor] (r) 
Chú ý: 
 [ ] Đ−ờng dẫn để lấy linh kiện trong th− viện 
 ( ) Ký hiệu phím tắt 
B−ớc 2: 
- Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode 
- Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình sin, tần số 10KHz, biên độ Vpp 
= 10V. 
- Chạy ch−ơng trình. Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ 
Transient Analysis 
 168
- Chúng ta có thể dùng công cụ “Probe” để quan sát tín hiệu tại bất cứ 
điểm nào bằng cánh chọn Probe từ thanh công cụ (hoặc kích chuột phải 
sau đó chọn Probe) sau đó kích vào điểm muốn quan sát. Muốn hiện thị 
tín hiệu của nhiều điểm đồng thời thì khi kích vào các điểm cần quan 
sát ta phải giữ phím Shift. 
B−ớc 3: 
- Hãy xác định điện áp ng−ỡng d−ới ViL, điện áp ng−ỡng trên ViH 
- Thay đổi các giá trị R1, R2 khác nhau để so sánh miền trễ ∆V = ViH - ViL 
2. Nghiên cứu trigơ Smitt số 
(Digital Schmitt Triger) 
ƒ Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch trigơ smitt đ−ợc xây dựng từ hai 
cửa đảo. Tín hiệu đ−a vào đ−ợc lấy từ máy phát có dạng hình tam giác. Ta 
đ−ợc tín có dạng hình vuông. 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
Vi Vo10kHz
V2
0/5V D
C R4
1k
R3
10k
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− các hình trên bằng cách sử dụng: 
 02 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 
 01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen] 
 02 Điện trở[General/Resistors/Risistor] (r) 
B−ớc 2: 
- Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode 
- Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình tam giác, tần số 10KHz, biên 
độ Vpp = 5V. 
- Kích đúp chuột vào biểu t−ợng máy phát. Chọn dạng sóng phát là 
“Pulse Data”. Sau đó đặt các giá trị theo bảng sau: 
 169
- Chạy ch−ơng trình. Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ 
Transient Analysis 
- Chúng ta có thể dùng công cụ “Probe” để quan sát tín hiệu tại bất cứ 
điểm nào bằng cánh chọn Probe từ thanh công cụ (hoặc kích chuột phải 
sau đó chọn Probe) sau đó kích vào điểm muốn quan sát. Muốn hiện thị 
tín hiệu của nhiều điểm đồng thời thì khi kích vào các điểm cần quan 
sát ta phải giữ phím Shift. 
B−ớc 3: 
- Hãy xác định điện áp ng−ỡng d−ới ViL, điện áp ng−ỡng trên ViH 
- Thay đổi các giá trị R1, R2 khác nhau để so sánh miền trễ ∆V = ViH - ViL 
3. Nghiên cứu hoạt động của 74LS132 
ƒ IC 74LS132 gồm 4 cửa NAND 2 lối vào. ở bài thực tập này ta cho tín hiệu 
hình sin vào và quan sát tín hiệu lối ra. 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
B A
10kHz
V6
0/5V 74LS132
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− các hình trên bằng cách sử dụng: 
 02 IC 74LS132 [Digital by Number/741xx/74132] 
 01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen] 
B−ớc 2: 
 170
- Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode 
- Đặt chế độ máy phát: 
Kích đúp chuột vào biểu t−ợng máy phát. Chọn dạng sóng phát là “Sin 
Wawe Data”. Sau đó đặt các giá trị theo bảng sau: 
- Chạy ch−ơng trình. Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ 
Transient Analysis 
- Chúng ta có thể dùng công cụ “Probe” để quan sát tín hiệu tại bất cứ 
điểm nào bằng cánh chọn Probe từ thanh công cụ (hoặc kích chuột phải 
sau đó chọn Probe) sau đó kích vào điểm muốn quan sát. Muốn hiện thị 
tín hiệu của nhiều điểm đồng thời thì khi kích vào các điểm cần quan 
sát ta phải giữ phím Shift. 
B−ớc 3: 
- Hãy xác định điện áp ng−ỡng d−ới ViL, điện áp ng−ỡng trên ViH 
- Kích đúp vào trigơ smitt 74LS132, sau đó có thể chọn các loại IC khác 
nhau ví dụ nh−: 4011, 4093, 74LS00, 74F132 Chạy ch−ơng trình và so 
sánh các kết quả thu đ−ợc. 
4. Kiểm tra kiến thức 
ƒ Cho sơ đồ thí nghiệm sau: 
ƒ Thực hiện vẽ mạch theo sơ đồ trên. Tiến hành thí nghiệm quan sát dạng 
tín hiệu tại hai điểm A và B 
B
A
4093
C1
1uF
+V
V1
5V
R1
1k
 171
C. Phụ lục 
Giới thiệu DataSheet các hãng sản xuất IC trên thế giới của một số IC thông 
dụng sử dụng trong bài thực hành. 
1. Bộ so sánh sử dụng cho trigơ Smit t−ơng tự 
Tên IC: LF111, LF211, LF311, LM339 
1
2 3
4
5
6
LP311
 172
2. NAND hai đầu vào sử dụng trigơ Smit 
Tên IC: 4011, 4093, 74LS132...