64. Бистабильные ячейки.Транзисторный триггер, принцип действия

Бистабильная ячейка, триггер [ bistablecircuit, flip-flop, trigger ] - электронная схема, находящаяся в одном из двух устойчивых состояний ( логическая 1 или логический 0), пока через один из своих входов не получит импульс, при помощи которого она переключается в другое состояние.

Число бистабильных ячеек не ограничивается и может быть сколь угодно большим. Если нагрузочные сопротивления частично или полностью заменить соответствующими сигнальными лампами или цифровыми индикаторами, то можно визуально контролировать работу схемы и снимать информацию о счете импульсов.

В принципе бистабильные ячейки могут быть построены на любом инверторе ( ячейке типа НЕ) независимо от схемотехники логических элементов. Однако для конкретности приведем схему и рассмотрим работу триггера, образованного на элементах НСТЛ как наиболее простых и очевидных для описания.

Устойчивые состояния бистабильной ячейки характеризуются тем, что один из ключей заперт, а другой открыт и насыщен. Иначе говоря, такой ячейке свойственна электрическая асимметрия. Электрическая симметрия здесь попросту невозможна.

В качестве бистабильной ячейки двухбазовый диод может быть использован, например, так как показано на рис. 6 - 11, в. При этом линия нагрузки R пересекает все три участка эмиттерной вольт-амперной характеристики. Схема переключается подачей чередующихся по знаку импульсов на эмиттер и может быть использована как триггер со счетным входом.

Если изобразить бистабильную ячейку в виде самостоятельной схемы ( рис. 6 - 1, б), то видно, что этой схеме присуща симметрия и перекрестные обратные связи.

Цель управления бистабильной ячейкой состоит в том, чтобы с помощью внешних сигналов задавать то или иное из двух устойчивых состояний или изменять данное устойчивое состояние на противоположное. Различают два способа ( режима) управления: режим с раздельными входами и режим общего ( счетного) входа.

Основой элемента памяти является бистабильная ячейка хранения. В табл. 4.6 приведена классификация вариантов бистабильных ячеек хранения, получивших применение в ИС памяти на биполярных и МДП-тран-зисторных интегральных структурах.

На двухэмиттерных транзисторах Шоттки собираются также бистабильные ячейки памяти ( рис. 4.33), на которых строятся регистры ЦПЭ. Они занимают малую площадь ЦПЭ и имеют высокое быстродействие.

Если каждый входной канал имеет свою бистабильную ячейку, то следующие за импульсом помехи не пройдут при условии, что ячейки срабатывают только от импульсов одного знака.

В основе элемента памяти статического типа лежит бистабильная ячейка, которая может находиться в одном из двух возможных устойчивых состояний. Первое соответствует хранению лог.

Простейший триггер ( рис. 2) - бистабильная ячейка - является двухкаскадным усилителем с непосредственной связью между каскадами, в котором осуществлена положительная обратная связь благодаря соединению выхода усилителя с его входом. Несмотря на полную симметрию, при одинаковых транзисторах и сопротивлениях RK состояние схемы, когда оба транзистора открыты, является неустойчивым. Малейшее повышение коллекторного тока одного из транзисторов, например УТ1, вызывает уменьшение его коллекторного напряжения. Уменьшение напряжения передается на базу другого транзистора, уменьшает его коллекторный ток и повышает его коллекторное напряжение. В результате напряжение на базе УТ1 увеличивается и коллекторный тог VT1 станет еще большим. Этот регенеративный процесс протекает очень быстро, лавинообразно и приводит к тому, что транзистор УТ1 становится полностью открытым и входит в режим насыщения. Другой транзистор при этом запирается, так как напряжение коллектора - эмиттер транзистора УТ1, являющееся напряжением база-эмиттер транзистора VT2, очень мало ( 0 - 0 3 В) и недостаточно для VTI его отпирания.

Основой статических СТ-ЭП с инжекционным питанием является бистабильная ячейка хранения на двух инжекционных ключах с перекрестными связями. Главное преимущество инжекционной ячейки хранения заключается в малой площади, занимаемой ею на кристалле.