4.5 Триггер Шмитта

Триггер Шмитта является двухкаскадным усилителем постоянного тока, охваченного положительной обратной связью (через общую эмиттерную цепь R_Э). Название триггера – это дань традиции, поскольку настоящий триггер Шмитта был выполнен на двухкаскадном ламповом триодном усилителе с общим резистором противосвязи в цепи катода. Управление осуществлялось через разделительный конденсатор импульсами разной полярности. Транзисторный вариант триггера Шмитта – несимметричный триггер – реализует ту же схемотехническую идею, с той лишь разницей, что в цепях управления появились значительные токи (базовые) и управление триггером осуществляется потенциальными сигналами. В таком исполнении «триггер Шмитта» является просто двухкаскадным усилителем постоянного тока, имеющим передаточную характеристику со значительным гистерезисом. Поэтому триггер Шмитта не обладает памятью, не может использоваться для обработки и хранения информации, как симметричный триггер. Несимметричные триггеры выпускаются как готовые изделия в сериях интегральных микросхем ТТЛ, ТТЛШ, КМОП. На рисунке 4.10 показана принципиальная схема 155ТЛ1, содержащая в одном корпусе два самостоятельных инвертора 4И-НЕ, обладающих гистерезисной передаточной характеристикой. Каждое устройство содержит несимметричный триггер Шмитта, выполненный на транзисторах VT2, VT3, входную цепь управления на многоэмиттерном транзисторе VT1и выходной формирователь. Транзистор VT4 играет роль эмиттерного повторителя, VT5 – фазорасщепляющий каскад и VT6 – сложный эмиттерный повторитель.

Выявим причину появления гистерезиса в триггерах Шмитта. Для чего ознакомимся с принципом его работы по схеме приведенной на рисунке 4.11, а. При низком входном напряжении (U_ВХ = 0) на эмиттере VT_МЭТ напряжение на его базе не более 0,7 В и транзистор VT1 заперт. Транзистор VT2 открыт, через R_Э протекает эмиттерный ток I_Э2 = I_б2 + I_К2, и падение напряжения на нем равняется примерно 1,7 В.

При постепенном повышении входного напряжения до уровня 1,7 В на базе транзистора VT1 напряжение станет равным примерно 2,4 В (U_ВХ + U_БЭМЭТ), этот транзистор откроется и войдет в насыщение. Напряжение U_КЭ1 насыщенного транзистора не более 0,4 В, и VT2 закроется. Напряжение на эмиттере уменьшиться в два раза и станет равным 0,9 В, поскольку R_К1 = 2R_К2 и коллекторный ток I_К1 примерно в два раза меньше I_К2. Процесс переключения происходит релаксационно, за счет положительной обратной связи, возникающей между транзисторами в момент переключения, когда оба транзистора находятся в активном режиме. Новое состояние (VT1 открыт и насыщен, VT2 заперт) будет сохраняться до тех пор, пока напряжение на входе будет превышать значение U_Н (рисунок 4.11, б).

Рисунок 4.10 – Микросхема К155ТЛ1 – принципиальная

схема одного триггера

При снижении входного напряжения до уровня U_Н = 0,8 – 0,9 В транзистор VT1 вновь закроется, а VT2 «скачкообразно» перейдет в насыщенный режим. Напряжение гистерезиса составит величину 0,9 В, что существенно улучшает помехозащищенность схемы. Триггеры Шмитта широко используются для формирования прямоугольных импульсов, имеющих пологие фронты. Широко распространенные серии MCX, как правило, содержат в одном корпусе несколько логических элементов: четыре ЛЭ типа 2И или 2И-НЕ, три ЛЭ типа 3И или 3И-НЕ, два – 4И или 4И-НЕ и один восьмивходовой ЛЭ И-НЕ.

Рисунок 4.11 – Принципиальная схема:

а − триггер Шмитта; б – эпюры напряжений

Выпускаются различные разновидности триггеров Шмитта, например, К555ТЛ1 – это шесть инверторов в одном корпусе (ТШ-НЕ ×6).

Рисунок 4.12 – Передаточная характеристика:

а – ИС К155ТЛ1; б – условное обозначение