Лекция №13а схемотехника цифровых элементов

9.1 Схемотехника триггерных схем

Функциональными узлами ЭВМ называют устройства:

6. выполняющие логические функции;

7. запоминающие информацию;

8. преобразующие;

9. формирующие;

10. усиливающие сигналы.

Простейшими цифровыми автоматами с памятью являются триггеры. Триггеры – это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе изменяется скачкообразно.

Принципиальная схема триггера на биполярных транзисторах

Рис. 9.1 Принципиальная схема триггера на биполярных транзисторах

Рассмотрим принцип работы триггера.

При подаче Е_К происходит лавинообразный процесс протекания тока по Т₁ и Т₂ , и вследствие некоторого разброса параметров Т₁, Т₂ ток в коллекторной цепи одного из них будет нарастать быстрее. Допустим, это Т₁, при этом потенциал U_К1 0, что приводит к закрытию Т₂.

При подаче управляющего сигнала U_вх (положительной полярности) Т₁ закроется, аТ₂ (благодаря высокому потенциалу U_К1) откроется – это второе устойчивое состояние триггера.

Чтобы поменять устойчивое состояние триггера необходимо на вход подать отрицательный импульс для открытия Т₁ и закрытия Т₂. Это усложняет процесс управления.

Рассмотрим принцип работы триггера со счетным входом.

При этом между базой одного и коллектора другого транзистора подключается RC цепь, а запуск осуществляется подачей управляющего сигнала на обе базы транзисторов через раздельные диоды.

Принцип работы триггера со счетным выходом заключается в следующем:

при подаче U_пит, вследствие некоторого разброса параметров Т₁ и Т₂ один транзистор открыт (допустим Т₁), а другой закрыт (Т₂).

Рис. 9.2 Принцип работы триггера со счетным выходом

Поступление U_вх на базы Т₁, Т₂ производит через диоды Д₁, Д₂ переключение одного транзистора. Поступая на базу закрытого транзистора Т₂ не меняет это состояние Т₂, а поступая на базу Т₁ закрывает Т₁. Вследствие этого отрицательный потенциал U_К1 открывает Т₂ (к этому времени действие входного сигнала прекратился), таким образом, триггер переходит ко II-му устойчивому состоянию.

Поступление нового положительного сигнала на счетный вход триггера переводит триггер в первое устойчивое состояние.

При этом напряжение на коллекторах Т₁ и Т₂ изменяется по формуле:

U_K=E_K-I_KR_K

Для открытого транзистора Т₁ напряжение на колекторе U_K 0-_, т.к. I_KR_K E_K., а при закрытом танзисторе Т₂ ток коллектора I_K 0. Следовательно, подставляя в вышеприведенную формулу I_K 0 получим U_K = E_K.

Для четкой работы необходимо, чтобы длительность входного импульса (max t_u) подчинялась формуле:

;

где R_k сопротивление в цепи коллектора, I_k-ток коллектора, С_б – емкость в цепи базы,

I_б – разность базовых токов открытых транзисторов.

Величина емкости (оптимальное значение) определяется:

C_б=3/R_н.

По способу применения и по закону функционирования триггеры можно разделить на следующие группы:

• RS-триггеры;

• D-триггеры задержки;

• универсальные JK-триггеры;

• Т-триггеры.

Название триггеров определяется первыми буквами английских слов:

S – set – установить;

R – reset – выключить;

T – toggel – релаксатор;

J – jerk – резко включить;

K – kill – резко выключить;

D – delay – задержка.

Выход триггера Q – прямой, - обратный.

В цифровой технике приняты следующие обозначения видов триггеров:

S – раздельный вход установки в единичное состояние (1) (напряжение высокого уровня на прямом выходе);

R – раздельный вход установки нуля , "Q"0;

D – информационный вход;

C – вход синхронизации;

T – счетный вход.

Наибольшее распространение в цифровой технике получили RS-триггер с двумя установочными входами, тактируемый D-триггер и счетный Т-триггер, а также универсальный JK-триггер. RS-триггеры бывают синхронные и асинхронные.

Рассмотрим функциональные возможности каждого из них.