Tecnología / Guía técnica
Histéresis de Schmitt: umbrales, historial y estado retenido
Un único umbral de conmutación puede producir cambios de estado repetidos cuando una entrada oscila a su alrededor. Una relación de tipo Schmitt utiliza umbrales diferentes para transiciones opuestas y conserva el estado entre ellos. La característica central es la memoria del estado anterior, en lugar de afirmar que el ruido ha desaparecido de la entrada.
La misma entrada puede corresponder a dos estados retenidos.
Dos umbrales definen una relación dependiente del estado; su separación difiere de la demora en el tiempo y del error en sensores físicos.
01 / Dos umbrales.
Las transiciones opuestas utilizan diferentes límites.
Texas Instruments describe la histéresis de Schmitt como una transición ascendente con un umbral más alto y una transición descendente con un umbral más bajo.
Texas Instruments describe la histéresis de Schmitt como una transición ascendente con un umbral más alto y una transición descendente con un umbral más bajo. Su diferencia es la anchura de la histéresis. Este concepto general es distinto de cualquier límite numérico o implementación dentro de un controlador específico.
Utilice una entrada abstracta x y los estados A y B. Sea H mayor que L. En la relación del ejemplo, A cambia a B cuando x es al menos H, mientras que B cambia a A cuando x es como máximo L. Estas son etiquetas matemáticas, no órdenes para la turbina.
02 / Memoria de estado
Dentro del intervalo, el historial proporciona la respuesta.
Para una entrada estrictamente entre L y H, el ejemplo mantiene su estado actual.
Para una entrada estrictamente entre L y H, el ejemplo mantiene su estado actual. Si entra en el intervalo de A, permanece como A; si entra desde el estado B, permanece en el estado B. Como resultado, x por sí solo no es suficiente para determinar el estado representado.
Por tanto, el modelo debe incluir un estado inicial. Empezar dentro del intervalo sin un estado conocido no implica ninguna de las dos respuestas. Los umbrales analógicos reales también pueden tener rangos y variaciones especificados; el ejemplo ideal de dos números no es una especificación de tolerancia de un componente.
03 / Secuencia simplificada
Una historia inventada ilustra el estado retenido.
Supongamos que L = 2 y H = 4 unidades arbitrarias, comenzando en A.
Supongamos que L = 2 y H = 4 unidades arbitrarias, comenzando en A. Para los valores de entrada sucesivos 1, 3, 4, 3 y 2, los estados son A, A, B, B y A. La igualdad da lugar a la transición según esta convención elegida explícitamente.
El valor de entrada 3 aparece dos veces, pero corresponde a estados diferentes porque los historiales difieren. La anchura de la histéresis es de 2 unidades. No es una banda muerta real de orientación, un umbral de tensión ni un valor de protección recomendado, y la secuencia no representa ninguna operación física.
04 / Significado del ruido
Mantener el estado es diferente de eliminar la perturbación.
Las pequeñas excursiones dentro del intervalo no causan una transición en el ejemplo.
Las pequeñas variaciones dentro del intervalo no causan una transición en el ejemplo. Sin embargo, una variación que alcance el límite aplicable aún puede provocar un cambio de estado. Por tanto, una relación de dos umbrales cambia la forma en que la entrada se convierte en un estado, en lugar de eliminar el ruido de la magnitud original.
El resultado depende de la amplitud de la perturbación y del estado actual. No puede resumirse diciendo que se limpia toda señal ruidosa. Un intervalo amplio también representa una mayor ambigüedad dependiente del historial; la histéresis tiene consecuencias más allá de reducir las conmutaciones repetidas cerca de un nivel.
05 / Otros conceptos
Una zona muerta y una regla de permanencia son mecanismos diferentes.
Una zona muerta sin memoria asigna una salida especificada a una región de entrada sin conservar el estado anterior.
Una zona muerta sin memoria asigna una salida especificada a una región de entrada sin conservar el estado anterior. El ejemplo de Schmitt conserva A o B dentro de su intervalo. Que los valores de los límites parezcan iguales no hace equivalentes ambas relaciones.
La validación temporal añade otra dimensión: una entrada puede cumplir una condición de amplitud y, aun así, incumplir una regla de duración. En cambio, este modelo ideal de histéresis no incluye ninguna duración mínima. La histéresis física de los sensores, en la que la respuesta medida depende de la dirección de aproximación, también es una fuente distinta de comportamiento.
06 / Alcance
La lógica de estado no es un diseño de protección verificado.
Una regla matemática de transición no determina la gestión de fallos, el tratamiento de entradas ausentes, el permiso de reinicio ni una respuesta operativa segura.
Una regla matemática de transición no determina la gestión de fallos, el tratamiento de entradas ausentes, el permiso de reinicio ni una respuesta operativa segura. Esas cuestiones requieren relaciones adicionales. La selección de H y L sin ese contexto no se deduciría del ejemplo conceptual.
No se confirma ninguna función Schmitt, anchura de histéresis ni umbral de MARSTON. Esta página no proporciona ajustes de protección ni modificaciones de control. El guía de eliminación de rebotes examina la validación temporal como un concepto de señal independiente.
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Trasfondo general: Texas Instruments: Entendiendo los disparadores de Schmitt – definición de histéresis. Estas referencias explican conceptos del sector; son independientes de los documentos aplicables del producto y del proyecto MARSTON.
Conceptos y condiciones principales.
Lea cada cantidad con su referencia, unidades y condiciones especificadas. Una relación general no establece un valor específico para un modelo.
| Concepto / magnitud | Significado / relación | Condiciones / límites |
|---|---|---|
| H superior | Umbral para la transición de A a B en el ejemplo | H excede L; la convención de igualdad está establecida. |
| Umbral inferior L | Límite para la transición de B a A en el ejemplo | Se aplica al estado actual opuesto |
| Anchura H−L | Unidades de la señal de entrada en lugar de segundos | No define por sí mismo un retraso en el tiempo. |
| Estado retenido | A o B dentro del intervalo | Requiere un historial conocido o un estado inicial. |
| Validación temporal | Duración o regla de observación. | Lógica adicional, no histéresis implícita |
Preguntas de ingeniería.
¿Cuál es la característica principal de la histéresis de Schmitt?
Umbrales opuestos y estado retenido entre ellos.
¿Puede la misma entrada tener diferentes estados?
Sí. Dentro del intervalo, el estado anterior es relevante.
¿Es la anchura de histéresis un retraso temporal?
No. Tiene las unidades de la magnitud de entrada.
¿La histéresis elimina todo el ruido?
No. Cambia la correspondencia de estado sin eliminar la perturbación.
¿Es idéntico a una zona muerta?
No. Una zona muerta sin memoria no conserva el estado anterior.
¿Son estos umbrales de ejemplo, en realidad, los ajustes de protección?
No. Solo describen una relación abstracta.
Consulta técnica
Comenta la cuestión técnica.
Un único umbral de conmutación puede producir cambios de estado repetidos cuando una entrada oscila cerca de él. Comparta el modelo y la información de funcionamiento o diseño aplicable para una discusión de ingeniería.