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전 포스팅에서 OP AMP의 비교기에 대해서 알아봤는데요, 오늘 알아볼 '슈미트 트리거'는 비교기를 응용한 회로입니다. 따라서 비교기 동작을 제대로 이해하고 있다면 슈미트 트리거를 이해하는데 도움이 될 겁니다.
※OP AMP 비교기 개념과 동작 원리
OP AMP 비교기(Comparator)의 개념과 동작 원리
0. 포스팅을 시작하며 안녕하세요 우물 안 커밋입니다 :) 오늘은 OP AMP의 용도 중 하나인 '비교기(Comparator)'에 대해서 기본 개념과 동작 원리에 대해서 정리해 보겠습니다. 1. 비교기(Comparator)란? 비
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그럼 비교기를 응용한 회로인 '슈미트 트리거'에 대해서 알아보겠습니다!
1. 슈미트 트리거(Schmitt trigger)란?
슈미트 트리거란, 히스테리시스(Hysteresis)를 갖는 비교기입니다. 위의 그림처럼 일반 비교기에서 비반전 입력단자에 피드백루프를 추가한 형태입니다.
히스테리시스란, 쉽게 말하면 ON LEVEL과 OFF LEVEL의 사이를 히스테리시스라고 부릅니다.
히스테리시스 개념을 이해하기 앞서, 일반 비교기를 사용했을 때 어떤 문제가 생기는지 그림을 통해서 설명드리겠습니다.
일반 비교기의 동작은 Vin이 Vref보다 클 경우, Vout은 HIGH, Vin이 Vref보다 작을 경우, Vout은 LOW입니다.
위의 그림처럼 Vin 입력 신호에 전원 노이즈 또는 외부 노이즈에 의해 잡음이 끼면 출력 신호가 HIGH/LOW를 반복하며 채터링이 발생하게 됩니다. 즉, 노이즈에 굉장히 취약한 구조입니다.
이러한 문제를 개선하기 위해서, 히스테리시스를 갖는 슈미트 트리거 비교기를 사용합니다.
위의 그림처럼, 슈미트 트리거는 히스테리시스를 갖기 때문에 Vin에 잡음이 발생하여도 Vout 출력이 채터링이 발생하지 않고 안정적으로 동작함을 알 수 있습니다. 즉, ON LEVEL과 OFF LEVEL를 저항값으로 조정하여 히스테리시스를 확보하여, 전원 노이즈 또는 외부 노이즈가 발생하여도 출력에 영향이 없도록 하는 방식입니다.
그렇다면, 어떻게 저항값을 조정하여 ON LEVEL과 OFF LEVEL을 정하고 히스테리시스를 확보할 수 있을까요?
2. 히스테리시스 계산법
먼저, 키르히호프의 법칙에 의해 전류식은 다음과 같습니다.
각각의 전류를 저항과 전압으로 표현하면 다음과 같습니다.
②,③,④식을, ①식에 대입하면 다음과 같습니다.
이제 위에 구한 Vth 식을 통해서 ON LEVEL과 OFF LEVEL을 계산해 보겠습니다.
위의 ON/OFF LEVEL 식을 통해서, 우리는 히스테리시스 영역을 저항값으로 조절해서 사용할 수 있습니다.
예를 들어 R3값이 작아진다면 히스테리시스 영역을 커질 것입니다.
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