Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Тема 18. Триггеры






 

Триггеры представляют собой импульсные электронные устройства, которые могут находиться в одном из двух устойчивых состояний равновесия неопределенно долго до подачи очередного переключающего сигнала и способны скачком переключаться из одного состояния равновесия в другое под действием внешнего сигнала. Триггеры обычно имеют два выхода: основной (прямой) Ơ и инверсный Ỡ. В статических состояниях значения напряжений на выходах Ơ и Ỡ значительно отличаются и в логических устройствах соответствуют уровням логической единицы и логического нуля.

На рис.18.1. приведены два варианта выполнения схемы транзисторного триггера. Резисторы R1 и R2 передают скачки напряжения с коллектора одного транзистора на базу другого. Для обеспечения более устойчивого опрокидывания схемы эти резисторы шунтируются конденсаторами С1 и С2, ёмкость которых превосходит ёмкость эмиттерного перехода, и составляет обычно 200...500 пФ. Источник смещения Eб используется для надежного запирания одного из транзисторов.

 
 

Рис.18.1.Схемы триггеров с отдельным источником смещения (а) и с автоматическим смещением (б).

 

Наиболее часто схема выполняется симметричной, для чего выбирают RК1=RК2=RК, R1=R2=R, Rб1=Rб2=Rб, С12=С, а транзисторы VT1 и VT2 с идентичными параметрами.

Рассмотрим процессы, протекающие в симметричной схеме триггера. При подключении источника питания через оба триода могут протекать равные токи IК1 и IК1, однако такое состояние схемы не является устойчивым, и достаточно небольшого изменения одного из этих токов, чтобы вся схема вышла из равновесия, и тогда вследствие развивающегося в ней лавинообразного процесса за весьма короткое время один из транзисторов откроется по обоим переходам и перейдет в насыщенное состояние, а другой транзистор окажется в запертом состоянии. Новое опрокидывание произойдет лишь с приходом запускающего импульса.

Потенциал коллектора запертого транзистора близок к -Ек. Поскольку сопротивление находящегося в насыщенном состоянии транзистора значительно меньше сопротивления резистора RК, то потенциал коллектора открытого транзистора

UК отп = - EК + IКН RК ≈ 0 (18.1)

Определим условия, при обеспечении которых один из транзисторов триггера надежно заперт, в то время как другой транзистор находится в насыщенном состоянии. Потенциал базы запертого транзистора Uб определяется величиной напряжения источника смещения Еб и неуправляемого тока коллекторного перехода Iко, который, проходя по цепи база - коллектор запертого транзистора, создает падение напряжения на резисторе Rб, приложенное отрицательным полюсом к базе транзистора. Поэтому для надежного запирания транзистора необходимо, чтобы при максимальном токе IкоМАХ выполнялось условие

Еб ≥ IкоМАХ Rб

при котором база относительно эмиттера имеет положительный потенциал.

Для надежного насыщения нужно обеспечить ток базы

Iб ≥ Iбн = Iкн / β (18.2)

где Iбн - ток базы транзистора, соответствующий току насыщения коллектора Iкн, а β –коэффициент усиления транзистора по току в схеме общем эмиттером.

Ток базы отпертого транзистора Iб имеет две составляющие. Одна из них Iб‘ создается источником Eб и проходит через резистор Rб и открытый переход база-эмиттер, так что

Iб‘ = Eб / Rб, (18.3)

или, с учетом знака равенстве в предпоследнем соотношении,

Iб‘ = (IкоМАХ / Rб) Rб = IкоМАХ.

Вторая составляющая Iб” проходит от + ЕК через тот же переход в обратном направлении и резистор R1=R2=R к коллектору запертого транзистора, имеющего относительно корпуса потенциал – (ЕК - Iко Rк) поэтому абсолютная величина этого тока

Iб” = (ЕК - IкоМАХ Rк) / R (18.4)

Подставив значения Iкн = ЕК / Rк и Iб = Iб’ - Iб”, получим условие насыщения:

(18.5)

откуда

(18.6)

Чтобы не вводить в схему триггера специальный источник смещения Eб, используют цепочку автоматического смещения RЭСЭ (рис.18.1.б). Ёмкость СЭ выбирают обычно в пределах 1000...5000 пФ, а величина сопротивления резистора RЭ рассчитывается по соотношению

(18.7)

При этом сопротивление резистора R для обеспечения насыщенного состояния транзистора должно быть

(18.8)

В рассматриваемой схеме триггера потенциал эмиттера UЭ через насыщенный транзистор передаётся его коллектору. И вследствие этого потенциал коллектора изменяется в процессе работы триггера приблизительно от – Eк (транзистор закрыт) до - UЭ (транзистор открыт). Амплитуда формируемого импульса

Uвых = Eк - UЭ

Для обеспечения требуемой амплитуды выходных импульсов напряжение источника питания должно составлять величину

Eк = (1, 1..1, 2) Uвых + UЭ. (18.9)

На работу триггера существенно влияет нагрузка Rн. Чтобы свести к минимуму влияние нагрузки, стараются уменьшить величину сопротивления резистора связи.

 

Для переключения триггера из одного состояния в другое на базы (или коллекторы) транзисторов подают запускающие импульсы. Различают два режима запуска триггеров - раздельный и счетный.

Режим раздельного запуска может осуществляться двумя способами: при первом - триггер переключается импульсами чередующейся полярности, поступающими, например, на базу одного из транзисторов, а при втором - импульсами одной полярности, поступающими поочередно то на один, то на другой транзистор.

При счетном запуске запускающие импульсы одной полярности поступают сразу на оба транзистора. В приведенной на рис.18.2 схеме триггера положительные импульсы через диоды VD1 и VD2 поступают одновременно на базы обоих транзисторов.

Если в исходном состоянии транзистор VT1 был закрыт, то под действием запускающего импульса положительной полярности закрывается си транзистор VТ2. Тайм образом, пока действует входной сигнал, оба транзистора находятся в закрытом состоянии. По окончании действия запускающего импульса триггер должен обязательно изменить свое состояние, т.е. транзистор VT2 должен закрыться, а транзистор VT1 – открыться.

. Если бы отсутствовали ускоряющие конденсаторы, процесс переключения триггера после окончания входного импульса мог бы развиваться в любом направлении, т.е. возможным был бы сбой триггера.

 
 

Рис.18.2. Схема триггера с раздельным и счетным запусками (а) и временные диаграммы его работы при различиях режимах запуска (б)

 

Наличие ускоряющих конденсаторов приводит к тому, что после окончания входного импульса (если он достаточно короткий) симметрия схемы нарушается, так как конденсатор С1 оказывается заряженным почти до напряжения источника питания, а конденсатор С2 почти полностью разряжен. За время действия входного импульса эти напряжения изменяются незначительно. Поэтому в первый момент после окончания запускающего импульса, когда оба транзистора еще находятся в закрытом состоянии, напряжение на конденсаторе C1 направлено встречно напряжению питания и ток через этот конденсатор в базу транзистора VT2 не поступает. В то же время напряжение на конденсаторе С2 хоть и направлено также встречно напряжению питания, но значительно меньше его. Поэтому в базу транзистора VT1 начинает течь ток от источника питания. Это и приводит к открыванию транзистора VT1, что в свою очередь, вызывает разрядный ток от конденсатора C1, поддерживающий закрытое состояние транзистора VT2. В результате чего триггер переходит в противоположное исходному состояние. С приходом следующего импульса триггер перебрасывается в обратном направлении.

Таким образом, конденсаторы C1 и С2 выполняют роль элементов внутренней памяти триггера, запоминая его предыдущее состояние. Вот почему длительность запускающего импульса должна быть небольшой, так как в ином случае за время его действия начальные напряжения на конденсаторах C1 и С2 могут значительно измениться, и окажется возможным сбой триггера.

Из диаграммы выходного напряжения триггера при счетном запуске видно, что частота переключения триггера вдвое меньше частоты следования входных импульсов. Таким образом, триггер со счетным запуском можно использовать в качестве бинарного делителя частоты следования импульсов.

В отличие от раздельного запуска, режим счетного запуска критичен к длительности и амплитуде запускающих импульсов.

 

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.