пунктиром). Для возникновения генерации необходим внешний запускающий импульс U зап (см. рис. 3.63), определенной полярно-
сти, амплитуды и длительности. Такой мультивибратор называют одновибратором или ждущим мультивибратором.
Мультивибраторы на логических элементах. Рассмотрим мультивибраторы, выполненные на ИМС ТТЛ-серии. Выходными каскадами базовых ТТЛ-элементов И – НЕ и ИЛИ – НЕ являются усилители-инверторы, что позволяет построить мультивибратор на ЛЭ 2И – НЕ (2ИЛИ – НЕ), аналогичный мультивибратору на транзисторах.
На рис. 3.65 приведена схема автоколебательного мультивибратора на ЛЭ 2И – НЕ.
Рис. 3.65
В исходном состоянии на один из входов ЛЭ 3 подается запускающий сигнал (логический нуль). Следовательно, на Вых. 1
будет Uвых.1 U (лог. 1), а на Вых. 2 Uвых.2
U 0 (лог. 0).
В точке А будет потенциал U A U 0
(лог. 0), а в В U B U
(лог. 1). Такое состояние продолжается до прихода на запускающий вход лог. 1 (рис. 3.66) в момент времени t1 .
91
Рис. 3.66
В этом случае на Вых. 1 появится потенциал низкого уровня U 0 , а потенциал в точке А начнет повышаться. Как только потен-
циал в точке А достигнет некоторого порогового значения U * , он будет воспринят ЛЭ 2 как лог. 1. Следовательно в точке В появится
потенциал низкого уровня U 0 , а на Вых. 1 – U (лог.1). Это приведет к тому, что в точке А потенциал начнет снижаться. Как только потенциал в точке А достигнет некоторого порогового значения
U 0* , он будет воспринят ЛЭ2 как U 0 (лог. 0). Потенциал в точке А начнет повышаться, т.е. процесс изменения потенциала в точке А носит периодический характер, определенный временем зарядаразряда конденсатора C .
Возможно выполнение мультивибратора на основе ИМС, структура которой повторяет схему на дискретных элементах.
Блокинг-генератор.Блокинг-генератор используется для получения последовательности кратковременных импульсов с большой скважностью, близких по форме к прямоугольным. Он является однокаскадным генератором (рис. 3.67), в котором сильная положительная обратная связь с коллектора на базу транзистора обеспечивается с помощью трансформатора.
92
Рис. 3.67
В силу трансформаторной связи при увеличении коллекторного тока (положительная обратная связь) или уменьшении коллекторного тока (отрицательная обратная связь, т.е. при изменении тока коллектора, будет наводиться напряжение на базе VT ).
При первом включении схемы VT открывается, его коллекторный ток увеличивается, создавая напряжение обратной связи на базе, в результате чего транзистор открывается еще больше. Когда достигается насыщение, увеличение коллекторного тока прекращается, что вызывает появление на базе напряжения противоположной полярности. Это напряжение закрывает транзистор. Транзистор удерживается в закрытом состоянии отрицательным зарядом на конденсаторе C до тех пор, пока этот конденсатор в достаточной степени не разрядится через R . После этого транзистор снова отпирается и описанный процесс повторяется.
Выходное напряжение блокинг-генератора представляет собой последовательность узких импульсов (рис. 3.68).
Рис. 3.68
93
Длительность импульса (VT открыт) определяется параметрами трансформатора, а временной интервал между импульсами (VT закрыт) – постоянной времени CR .
Вторичная обмотка трансформатора является коллекторной нагрузкой. Быстрое изменение тока через эту обмотку при закрывании транзистора приводит к появлению большой противоЭДС и большого выброса коллекторного напряжения. Этот выброс напряжения может превысить максимально допустимое коллекторное напряжение и вызвать разрушение транзистора. Для защиты транзистора параллельно первичной обмотке трансформатора включается диод VD . В нормальном режиме VD смещен в обратном направлении и закрыт. Открывается он только в том случае, когда на-
пряжение на коллекторе VT превышает напряжение питания En .
разного напряжения, управляемый последовательностью прямоугольных импульсов показан на рис. 3.69.
Рис. 3.69
Форма сигналов на входе и выходе генератора пилообразного напряжения изображена на рис. 3.70.
94
Рис. 3.70
На участке АВ входного сигнала на базе транзистора VT действует U вх 0 и VT закрыт (отсечка). Конденсатор C посте-
пенно заряжается через резистор R . Прежде чем конденсатор полностью зарядиться, на вход поступает положительный фронт ВС импульса, переключающий транзистор в проводящее состояние. В результате конденсатор C очень быстро разряжается через открытый транзистор. Конденсатор находится в разряженном состоянии во время действия импульса (вершина импульса CD). Отрицательный фронт DE импульса переключает транзистор в состояние отсечки, конденсатор C снова начинает заряжаться и процесс повторяется.
Пилообразный импульс составляется двумя фронтами: передний фронт – линейно изменяющиеся напряжение и (или) ток; задний фронт – параметры, изменяющиеся по экспоненциальному
закону.
Генераторы пилообразного напряжения или, как их еще называют, генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) могут изготавливаться на основе мультивибратора и применяются в блоках кадровой развертки телевизоров.
3.7 Триггеры
Триггером называется устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное под воздействием внешнего управляющего сигнала переходить скачком из одного состояния в другое.
95
Вцифровых и импульсных устройствах триггер используется
вкачестве спускового устройства; как запоминающее устройство, не меняющее состояние между переключающими сигналами; в роли формирователя прямоугольных выходных импульсов из входных напряжений другой формы; в качестве делителя частоты переключающих импульсов на два, так как каждая пара входных переключающих импульсов на выходе триггера формирует один импульс.
3.7.1 Триггеры на дискретных элементах
Процессы в триггере наиболее полно раскрываются при рассмотрении его схемы на дискретных компонентах (рис. 3.71).
Рис. 3.71
Схема триггера содержит два резистивных усилительных каскада на транзисторных ключах – инверторах; выход каждого из
них связан с выходом другого резистивными делителями R1RБ2 и
R2 RБ1 . В схеме триггера EБ является источником запирающего
внешнего положительного смещения.
При отпертых транзисторах в схеме появляется положительная ОС, которая в сочетании с усилительными свойствами каскадов обеспечивает лавинное протекание процессов, приводящее к быстрой смене состояний, что указывает на аналогию триггера с мультивибратором.
96
В триггере не может быть самопроизвольного опрокидывания как в мультивибраторе, из-за различия в характере связи между каскадами – в мультивибраторе связь между каскадами емкостная, а в триггере – резистивная.
Триггер переключается под действием внешних запускающих импульсов (рис. 3.72).
Рис. 3.72
Вследствие дифференцирования запускающих импульсов R1C1 - и R2C2 - цепями на резисторах R1 и R2 выделяются разнополярные остроконечные импульсы, но с помощью разделительных диодов VD1 и VD2 на базы транзисторов пропускаются импульсы
только одной полярности (см. рис. 3.71). При воздействии на базу насыщенного транзистора положительного остроконечного запускающего импульса, последний выходит из насыщения, развивается лавинообразный процесс и схема опрокидывается.
Следующее переключение схемы произойдет под действием импульса, поступающего на другой вход.
Рассмотрим устойчивые состояния схемы и ее переключения. Устойчивыми состояниями схемы триггера являются состояния когда первый транзистор заперт, а второй в тоже время открыт;
или, наоборот, первый транзистор открыт, а второй заперт. Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое
(опрокидывание, переключение) происходит в результате лавинообразного процесса при определенных условиях (запускающий импульс)
97
Рассмотрим случай переключения триггера при базовом запуске (рис. 3.71)
Предположим, что транзистор VT1 заперт. Отрицательный потенциал коллектора UK1 Eк через делитель R1Rб 2 воздействует на базу VT, обеспечивая насыщение транзистора. При этом отрицательный потенциал коллектора Uк 2 0 (рис. 3.72)
Чтобы вывести схему из устойчивого состояния, можно подать положительный запирающий импульс на базу открытого транзистора.
Пусть транзистор VT1 насыщен и на базу подано напряжение
U зап1 0 .
При этом VT1 выйдет из насыщения и потенциал его коллектора станет более отрицательным (отрицательный перепад
Uк1 0 ), передается через делитель R1Rб 2 на базу VT2 и вызовет отпирание VT2, т.е. потенциал его коллектора станет менее отрицательным (положительный перепад Uк 2 0 ), передается через делитель R2 Rб1 на базу VT1 и вызовет еще большее запирание
VT1.
Лавинообразный процесс увеличения тока iк2 через отпирающийся транзистор VT2 и уменьшения тока iк1 через запирающийся VT1 в результате завершится запирание VT1 и отпиранием VT2, т.е. переключением триггера в другое устойчивое состояние.
Переключение триггера форсируется ускоряющими конденсаторами С1 и С2 (рис. 3.71), т.к. во время лавинообразного переключения схемы напряжения на них практически не успевают изменяться – конденсаторы С1, С2 представляют собой короткозамкнутые участки цепи и базовый ток не ограничивается резисторами R1, R2, а зависит только от входного сопротивления транзистора.
Что касается отрицательного воздействия ускоряющих конденсаторов С1 и С2 в схеме триггера, при их зарядке – разрядке в процессе переключения состояний, на форму выходных импульсов, то оно не существенно по-сравнению с влиянием хронирующих конденсаторов в мультивибраторах.
3.7.2 Триггер Шмитта
98
Триггер Шмитта часто используют для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы, в частности синусоидального. Схема такого триггера приведена на рис.
3.73.
Рис. 3.73
Данная схема обладает двумя устойчивыми состояниями. Перепады напряжения с левого плеча на правое передаются, как
обычно, через делитель RRб 2 , а с правого на левое плечо – через
общий резистор Rэ в цепи обоих эмиттеров. Шунтировать этот резистор конденсатором нельзя; в противном случае напряжение на Rэ не сможет быстро изменяться. Конденсатор С является уско-
ряющим. Делитель R1R2 обеспечивает необходимый режим работы транзистора VT1.
Предположим, что входной запускающий сигнал U зап представляет собой синусоидальное колебание (рис. 3.74)
99
R1R2 .
Рис. 3.74
Как только под действием U зап потенциал базы транзистора VT1 станет равным потенциалу эмиттера (U Б1 U э ), транзистор
VT1 отпирается и схема лавинообразно откидывается, т.е. VT1 отпирается, а VT2 запирается (рис. 3.73). На выходе триггера формируется крутой положительный фронт импульса. В результате опро-
кидывания потенциал эмиттера принимает значение U э . В то время, как транзистор VT2 остается запертым, на выходе формируется
плоская вершина импульса. Когда под действием U зап
потенциал
базы
VT1 сравняется с новым значением потенциала
эмиттера
(U Б1
U э ), начнется новый лавинообразный процесс –
формиро-
вание заднего крутого отрицательного фронта выходного импульса, после чего схема вернется в первоначальное состояние.
При синусоидальном напряжении на входе моменты опроки-
дывания определяются значениями
U
и U (рис. 3.74). Если
U = U , то VT1 одинаковое время прибывает в отпертом и за-
пертом состояниях. При U
U
длительности импульса и
паузы различны.
Триггер Шмитта можно использовать как пороговое устройство: если входной сигнал достигает определенного порога, то триггер переключается. Величину порога можно менять, изменяя
потенциал базы транзистора VT1 с помощью резисторов
Быстродействие триггеров выражается в герцах и оценивается наибольшим числом переключений, которое может быть осуще-
(лог.1). Это приведет к тому, что в точке А потенциал начнет снижаться. Как только потенциал в точке А достигнет некоторого порогового значения
