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Lernpaket Elektronische Schaltungen selbst entwickeln und aufbauen

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Schmitt-Trigger (nicht-invertierender)

Ein Schmitt-Trigger ist eine Schaltung mit Operationsverstärker, der als Komparator mit Hysterese arbeitet. Hierbei macht man sich die Eigenschaften einer Kippschaltung zu nutze, bei der die Ausgangsspannung bei bestimmten Eingangsspannungen schaltet. Ein Schmitt-Trigger ist als Schalter zu verstehen, der im Gegensatz zu einen Transistor nicht nur eine Schaltschwelle hat. Während der Transistor um seine Schaltschwelle herum ständig zwischen "leitend" und nicht leitend" pendelt, vielleicht sogar unkontrollierbar schwingt, hat der Schmitt-Trigger zwei definierte Schaltschwellen. Je eine für die fallende und eine für die steigende Flanke. In diesem Fall handelt es sich um einen nicht-invertierenden Schmitt-Trigger.
OP als Komparator
Der Schmitt-Trigger kann mit einem Operationsverstärker aufgebaut werden. Dabei wird der Operationsverstärker mit einem Widerstand R2 mitgekoppelt. Die Schaltung arbeitet dann als Sinus-Rechteck-Wandler.
Eine solche Schaltung hat eine Trigger-Bedingung (Auslösung) bevor sie reagiert. Diese Schaltungsmaßnahmen gehen auf einen Mann namens Schmitt zurück. Daher die Bezeichnung Schmitt-Trigger.
Der Schmitt-Trigger funktioniert als Schwellwertschalter. Für die Spannungsschwellen sind die Widerstände R1 und R2 verantwortlich. Daher können die Schwellwerte exakt bestimmt und Störpegel ausgeblendet werden.
Durch geeignete Wahl der Widerstände kann man das Hysterese-Fenster beeinflussen.

Verlauf der Eingangs- und Ausgangsspannung

Verlauf der Eingangs- und Ausgangsspannung
Der dargestellte Schmitt Trigger wirkt nicht-invertierend. Er schaltet seine Ausgangsspannung bei Erreichen einer positiven Schaltschwelle UEIN am Eingang nach +Ua max und bei einer bestimmten negativen Schaltschwelle UAUS nach -Ua max.

Übertragungskennlinie (Hysterese)

Spannungshysterese
Die dargestellte Übertragungskennlinie bezieht sich auf die Schaltung oben. Die dargestellte Übertragungskennlinie nennt man Spannungshysterese oder Schalthysterese. In ihr wird definiert ab welcher Eingangsspannung die Ausgangsspannung auf die maximale Ausgangsspannung Ua max bzw. die minimale Ausgangsspannung Ua min springt.
Bei Erhöhung der Eingangsspannung werden die Linien auf der waagerechten Achse länger!

Spannungshysterese
Nicht zwangsläufig müssen die Spannungswerte im negativen und positiven Bereich liegen. Deshalb ist auch diese Übertragungskennlinie denkbar.

Schaltzeichen

Schaltzeichen des Schmitt-Triggers

Anwendungen

Werden digitale Signale über lange Kabelstrecken geschickt, so verändert das Tiefpassverhalten der Kabel das Signal so stark, dass digitale Verknüpfungsglieder diese nicht mehr verarbeiten können. Ein Schmitt-Trigger gewinnt nun aus dem mangelhaften digitalen Signal die ursprüngliche Form wieder zurück.
Im Prinzip hat jede digitale Verarbeitungsschaltung einen Schmitt-Trigger als Eingangsstufe.
In größeren digitalen Schaltungen werden Schmitt-Trigger auch als Wiederaufbereiter und Signalverstärker verwendet.

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