2.2. Принцип работы триггера Шмитта

Работа триггера заключается в следующем. При подаче питания на схему и отсутствии входного напряжения Ux = 0 коллекторное напряжение транзистора VT₁ стремится к напряжению источника питания +Е. Благодаря делителю R₁, R₂, высокое коллекторное напряжение U_к1 создает базовый ток i_б2, достаточный для насыщения транзистора VT₂. Его коллекторный ток I_к2 ≈ Е/(R_к2+R_Е), проходя по резистору R_Е, создает на нем падение напряжения (обычно 1 …5 В) U_RE = I_к2R_E, дополнительно запирающее транзистор VT₁ (так как это напряжение плюсом прикладывается к общим эмиттерам, а минусом – через «землю» источника сигнала Ux и R_вх прикладывается к базе VT₁). Пока U_x<U_RE транзисторы схемы будут сохранять исходные состояния.

Когда входное напряжение U_x превысит U_RE на величину U_б = 0,1 В, для германиевого транзистора или 0,3 В, для кремниевого транзистора, входной транзистор VT₁ начнет открываться, по его коллекторному резистору R_к1 начнет протекать ток, а коллекторное напряжение транзистора VT₁ будет снижаться, вызывая уменьшение тока базы транзистора VT₂.

Выходной транзистор VT₂ выйдет из насыщения и снизит ток, протекающий через R_E. Это уменьшит напряжение U_RE, противодействующее Ux, и приведет к ускоренному отпиранию VT₁. Этот процесс, вследствие возникновению большого усиления в обоих транзисторах, вышедших в активный режим, и сильной ПОС через R_E, пойдет лавинообразно, пока VT₁ не насытится, а VT₂ в результате прекращения тока базы через R₁ и наличия запирающего напряжения U*_RE =I_к1R_E не закроется.

Новое состояние будет устойчиво, пока U_x > U*_RE. Обычно R_к1>R_к2, поэтому I_к1<I_к2 и, следовательно, U*_RE < U_RE В связи с этим новое состояние сохранится даже тогда, когда входное напряжение Ux уменьшится относительно того значения U_x1≈U_RE + U*_бэ, называемого порогом срабатывания, при котором произошло опрокидывание триггера Шмитта.

Когда входной сигнал уменьшится настолько, что транзистор VT₁ не будет удерживаться в насыщении (при U_X2 ≈ U*_RE +U**_бэ, где напряжение насыщения, германиевого транзистора U**_бэ ≈ 0,3 В, а для кремниевого 0,7 В), начнется лавинообразный обратный процесс восстановления, т.е. отпускание схемы. Значение U_x2 называеться порогом отпускания. Разность между порогом срабатывания и порогом отпускания определяет ширину гистерезиса схемы. (см. рис.2.1, б).

Следовательно порог срабатывания U_x1 определяется падением напряжения на R_E, создаваемым током открытого транзистора VT₂, а порог отпускания – падением напряжения U*_RE на R_E, создаваемым током открытого транзистора VT₁.

Увеличивая отношение R_E/(R_E +R_к2), можно увеличить порог срабатывания и гистерезис схемы, а увеличивая коэффициент деления коллекторно – базовой связи R₂, R₁ – приблизить порог отпускания к порогу срабатывания.

Для ускорения опрокидывания схемы параллельно R₁ часто ставят форсирующий (дифференциирующий) конденсатор.

Точная подборка порога срабатывания ТШ достигается путем подборки сопротивления R_E или корректировка R_3. Имеется большое разнообразие схем ТШ. Для повышения входного сопротивления ТШ в качестве ТШ испоьзуется полевой транзистор.

Заменив R_E на стабилитрон или стабистор, можно получить ТШ с повышенной термостабильностью порогов и уменьшенным гистерезисом.

В расчетно – графическом задании предлагается выполнить расчет элементов классического ТШ, выполняемый при известных значениях напряжения питания Е, порога срабатывания U_сраб = U_х1, порога отпускания U_отп = U_x2, коэффициента передачи тока маломощных транзисторов β_1, β₂ и токах насыщения I_нас1, I_нас2. I_нас = (3…10) мА. При этом соблюдается соотношение I_нас1< I_нас2.