Динамические свойства
При использовании транзистора в качестве ключа представляют интерес динамические свойства такой схемы. Различают несколько временных интервалов, характеризующих работу транзистора в импульсном режиме. Они приведены на рис 8.4.
Можно заметить, что время рассасывания ts существенно превышает остальные временные интервалы. В течение этого времени происходит запирание предварительно насыщенного транзистора (UCE = UCEнас). Если у открытого транзистора обеспечить UCE большее, чем UCEнас, то время рассасывания существенно уменьшается. Поэтому, если требуется получить быстродействующую схему ключа, используют различные способы предотвращения глубокого насыщения транзистора. Цифровые схемы, работающие по этому принципу, называют ненасыщенной логикой. Как это достигается схемотехническими средствами, будет показано при рассмотрении конкретных схем.
Обычно частотные свойства цифровых схем характеризуют усредненным параметром, так называемой задержкой распространения сигнала:
где tpdL- интервал времени между точками 50%-ного значения на фронте нарастания импульса входного напряжения и 50%-ного ; значения на фронте спада выходного напряжения, a tpdH аналогичный временной интервал для нарастающего выходного напряжения. Рис. 8.5 наглядно иллюстрирует •это соотношение.
Рис 8.5 К определению времени прохождения импульса
Из схемы на рис. 8.1 видно, что Н-уровень лежит значительно ниже напряжения i питания и сильно зависит от сопротивления нагрузки. Для устранения этого недостатка схемы можно, как изображено на рис. 8.6, включить эмиттерный повторитель.
Рис 8.6 Инвертирующий оконечный каскад для цифровых схем
Когда транзистор T1 заперт, выходной ток течет через транзистор эмиттерного г повторителя T2. При этом величина нагрузки для коллекторного резистора Rc остается достаточно малой. Когда транзистор T1 открыт, потенциал его коллектора падает и выходное напряжение эмиттерного повторителя также уменьшается. При емкостном характере нагрузки ток разряда конденсатора должен протекать через выходные цепи схемы Так как транзистор T2 в этом случае оказывается запертым, следует предусмотреть диод D, который замкнет цепь тока разряда конденсатора через открытый транзистор Т1 При этом, однако, повышается выходное напряжение ключа в состоянии приблизительно до 0,8 В
8.2. Бистабильные релаксационные схемы
Релаксационными схемами называются цифровые схемы, охваченные положительной обратной связью. Они отличаются от линейных схем (автогенераторов) с положительной обратной связью тем, что их выходное напряжение не изменяется плавно, а переходит скачкообразно от одного из двух постоянных значений напряжения к другому. Процесс опрокидывания схемы может инициироваться различными способами. В бистабильных релаксационных схемах выходное напряжение изменяется только тогда, когда при помощи определенного входного сигнала инициируется ее опрокидывание. В симметричном триггере для этого, например, достаточно короткого импульса, а в триггере Шмитта требуется определенный уровень постоянного напряжения.
8.2.1. СИММЕТРИЧНЫЙ ТРИГГЕР (RS-ТРИГГЕР)
Для реализации бистабильной релаксационной схемы можно включить последовательно два инвертора (рис. 8.7) и охватить их положительной обратной связью.
Рис 8.7 Схема из двух инверторов с положительной обратной связью
Очевидно, что оба инвертора в этой схеме равноправны, поэтому, как правило, применяется симметричное начертание этой схемы (рис. 8.8).
Рис 8.8. Симметричный триггер
Принцип действия схемы состоит в следующем. Положительное напряжение на входе установки S открывает транзистор T1. Потенциал его коллектора при этом падает. Ток базы транзистора T2 уменьшается, и его коллекторный потенциал возрастает, что вызывает появление базового тока транзистора T1 протекающего через резистор R1. Устойчивое состояние достигается тогда, когда потенциал коллектора T1, понизится до величины напряжения насыщения. Транзистор T2 окажется запертым, а транзистор T1 будет поддерживаться в открытом состоянии током, текущим через резистор R1. По окончании процесса опрокидывания схемы напряжение на входе S может снова стать равным нулю, причем состояние схемы уже не изменится. Схему триггера можно опрокинуть в обратную сторону, если подать положительный импульс на вход сброса R. Когда оба входных напряжения равны нулю, схема остается в последнем установленном состоянии. Это свойство определяет применение триггера в качестве накопителя информации.
Если оба входных напряжения одновременно становятся большими, то открываются сразу оба транзистора. Однако базовые токи транзисторов при этом определяются только источниками входного напряжения, а не состоянием соседнего транзистора, так как потенциалы коллекторов обоих транзисторов близки к нулю. Такое состояние схемы не является устойчивым. Если оба входных напряжения станут равными нулю, то коллекторные потенциалы обоих транзисторов вначале синфазно возрастут, однако вследствие неабсолютной симметрии схемы потенциал коллектора одного из транзисторов будет увеличиваться несколько быстрее, чем другого. Положительная обратная связь усилит это различие, так что в конце концов будет достигнуто устойчивое состояние, в котором один из транзисторов открыт, а другой заперт. Тем не менее нельзя заранее определенно сказать, какое из двух устойчивых состояний триггера установится после такого входного воздействия, поэтому состояние сходных сигналов R = S = Н считается логически недопустимым. Если избегать такого состояния входных сигналов, сигналы на выходах триггера всегда будут противоположны по отношению друг к другу. Представленная ниже таблица переключении позволяет определить состояние триггера после всех возможных комбинаций входных сигналов.
