czym jest „histereza wejściowa”?
Odpowiedzi:
Załóżmy, że wykrywasz przejście od niskiej do wysokiej przy 2,5 V. Histereza 100 mV oznaczałaby, że przejście od niskiej do wysokiej jest wykrywane przy 2,55 V, a przejście od wysokiej do niskiej jest wykrywane przy 2,45 V, a 100 różnica mV.
Histereza służy do zapobiegania kilku szybko następującym po sobie zmianom, jeśli na przykład sygnał wejściowy zawiera pewne szumy. Hałas może oznaczać, że przekroczysz próg 2,5 V więcej niż jeden raz, czego nie chcesz.
Histereza 100 mV oznacza, że poziomy hałasu mniejsze niż 100 mV nie wpłyną na przekroczenie progu. To, który próg ma zastosowanie, zależy od tego, czy przejdziesz od niskiego do wysokiego (wtedy jest to wyższy próg), czy od wysokiego do niskiego (wtedy jest to niższy):
edytuj
Innym sposobem zilustrowania histerezy jest użycie funkcji przesyłania z typową pętlą:
Uwaga: histereza może być również wykorzystana do innych celów niż zwiększenie odporności na hałas. Falownik poniżej ma wejście histerezy (co czyni go wyzwalaczem Schmitta , oznaczonym symbolem wewnątrz falownika). Ten prosty obwód to wszystko, czego potrzebujesz, aby stworzyć oscylator .
Oto jak to działa. Po włączeniu napięcie kondensatora wynosi zero, więc moc wyjściowa jest wysoka (to falownik!). Wysokie napięcie wyjściowe zaczyna ładować kondensator przez R. Gdy napięcie na kondensatorze osiągnie wyższy próg, falownik widzi to jako wysokie napięcie, a moc wyjściowa spadnie. Kondensator rozładuje się teraz do niskiej mocy wyjściowej przez R, aż do osiągnięcia dolnego progu. Falownik ponownie zobaczy to jako niskie napięcie i sprawi, że moc wyjściowa będzie wysoka, więc kondensator zacznie się ładować ponownie i wszystko się powtarza.
Częstotliwość jest określona przez wartość kondensatora i rezystora podaną w równaniach. Różnica między częstotliwością dla normalnego HCMOS ( HC) a zgodnym z TTL (HCT), ponieważ poziomy progowe są różne dla obu części.
Pozostałe dwie odpowiedzi podają przykład znaczenia histerezy w konkretnym przypadku, w którym występuje wyzwalacz dyskretny, ale histereza ma bardziej ogólne znaczenie w dziedzinie ciągłej, a mianowicie:
Mówi się, że system wykazuje histerezę, gdy pomiary wykonane w jednym „kierunku” niekoniecznie są równe pomiarom „tej samej rzeczy” wykonanym w drugim „kierunku”.
Na przykład wyobraź sobie, że masz potencjometr z oznaczeniami od 0 do 9. Można by powiedzieć, że potencjometr wykazuje histerezę, jeśli po przestawieniu na „5” w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara rzeczywista rezystancja wyniosła 5,1 kΩ, a po zmianie na „5” w w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara rzeczywista rezystancja wyniosła 4,9 kΩ. W przeciwieństwie do dyskretnego przykładu, ten sam efekt może występować, gdy pokrętło jest ustawione w pozycji „4”. Lub efekt może być odwrotny w przypadku „4”!
To przypadek 1-dimensonowy. Można sobie wyobrazić dwuwymiarową histerezę, na przykład w przypadku czujnika składającego się z arkusza materiału, który może wyczuwać rozciąganie lub odkształcenie w dwóch prawie ortogonalnych kierunkach.
Histereza w obwodzie powstaje, gdy wejście powyżej pewnego poziomu wyzwala wyjście, ale wyjście nie jest resetowane, dopóki wejście nie osiągnie niższego poziomu. Przy wprowadzaniu między tymi wartościami, wyjście pozostaje takie samo (wysokie lub niskie). Różnica między dwiema wartościami wejściowymi to histereza. Zwykle występuje w obwodach z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Przykładem obwodu z histerezą jest wyzwalacz Schmitta.
Jest to stycznie powiązane, ale jest to mechanizm, za pomocą którego układy scalone mogą zapewnić histerezę wejściową; niektóre wejścia układów mają obwody „kołka ustalającego”. Generują słabe pozytywne sprzężenie zwrotne z bolca, co pomaga w zachowaniu stanu. Jednak zakres histerezy zmienia się w zależności od impedancji wejściowej. Dostarczenie pinowi opiekującemu się sygnału bez impedancji nie miałoby histerezy, natomiast przekazanie mu sygnału o impedancji wyższej niż rezystor sprzężenia zwrotnego oznaczałoby, że w ogóle nie byłby w stanie zmienić stanu.
Zaadaptowano z arkusza danych Atmel CPLD
Jeśli kiedykolwiek miałeś jedną z tych lamp nocnych, które podłączasz do ściennego gniazdka z czujnikiem światła, gdy robi się ciemno, włącza światło, ale jego własne światło wyłącza światło, wtedy jest ciemno i włącza się światło włączone. Ale jest tak szybki, że tylko migocze, może powodować ból głowy u niektórych osób.
Pomyśl teraz o cyfrowym termostacie do swojego domu. Wyobraź sobie, że był źle ustawiony dokładnie w linii z otworem wentylacyjnym klimatyzatora. Masz ustawiony na jakąś temperaturę, na przykład 72 stopnie. Wyobraź sobie, że gdy odczytuje 73, włącza A / C, ale gdy tylko A / C włączy się, ochładza go z powrotem do zakresu 72 i wyłącza. Nie tak szybki jak lampka nocna z czujnikiem światła, ale nie jest to świetny projekt. Zamiast tego zobaczysz dobrze umieszczony lub przynajmniej lepiej umieszczony termostat, który po przełączeniu z 72 na 73 uruchamia klimatyzację, ale nie wyłącza, dopóki nie spadnie do 72, a następnie poniżej 72 do 71. Dobrze umiejscowiona masa ciepłego powietrza musi przepychać dom, aż masa chłodnego powietrza dotrze do termostatu do punktu, w którym wyłączy klimatyzację. Cykl zamiast szybkiego włączania i wyłączania włączania, wyłączania, włączania może trwać pół godziny lub dłużej. Znacznie bardziej wydajny. W tym przypadku histereza wynosi cały stopień, temperatura włączenia znajduje się na granicy między 72 a 73 stopniami, a temperatura wyłączenia znajduje się na granicy między 72 a 71 stopni.
Istnieje szereg problemów, które albo z założenia wymagają histerezy, włączenie jest na jednym poziomie, a wyłączenie na innym poziomie. W szczególności, aby uniknąć pewnego rodzaju oscylacji wokół jednego punktu przełączania.
Czasami pojawia się histereza, gdy niekoniecznie chcesz, jak kierowanie w starszym pojeździe, od zużycia mechanicznego może być konieczne obrócenie koła o cal lub dwa na lewo od środka, aby koła zaczęły skręcać w lewo, a następnie przemieść martwy punkt o cal lub dwa na prawo od środka, aby koła skręciły w prawo. możesz poruszać kołem między tymi dwoma punktami i nic się nie dzieje.
Jeden punkt jeszcze nie wspomniany o histerezie: każdy obwód z histerezą ma pewną możliwość wykazania metastabilności na zboczu rosnącym lub opadającym (obwody mogą być zaprojektowane tak, aby wyeliminować prawdopodobieństwo metastabilności w jednym kierunku, kosztem zwiększenia go w drugim) . Na przykład, jeśli wejście jest zaprojektowane tak, aby przełączało się na wysokie dokładnie przy 2,10 wolta i niskie przy dokładnie 2,00 wolt, można całkiem dobrze wyobrazić sobie, że jeśli napięcie wejściowe osiągnie 2,15 woltów, będzie uważane za wysokie, dopóki nie spadnie poniżej 2,00 wolta. Jeśli jednak sygnał wejściowy osiągnie dokładnie 2,10 wolta, a następnie zmniejszy się do 2,05, możliwe jest, że zarejestrowana wartość może nigdy nie wzrosnąć czas, gdy wartość wejściowa wzrośnie powyżej 2,10 lub poniżej 2,00 wolta.
Istnieje wiele sposobów zminimalizowania ryzyka przejścia bramki wejściowej w stan metastabilny, ale nie można całkowicie uniknąć tej możliwości. Można by uzyskać trójstanowy sygnał wyjściowy ze stanami „czysty wysoki”, „czysty niski” i „niepewny”, i zagwarantować, że jeśli zapewnione zostanie „czyste wysokie”, „czyste niskie” nie może być zapewnione, chyba że sygnał wejściowy spadnie poniżej 2,0 woltów, i podobnie, jeśli zastosowano „czyste niskie”, „czyste wysokie” nie może być zapewnione, dopóki sygnał wejściowy nie wzrośnie powyżej 2,10 wolta. Niestety nie byłoby sposobu, aby zapobiec oscylacjom między „czystym wysokim” a „niepewnym” lub między „czystym niskim” a „niepewnym”. Można spróbować zatrzasnąć sygnały „czystego wysokiego” i „czystego niskiego”, ale „