книги из ГПНТБ / Виглин, С. И. Генераторы импульсов автоматических устройств учеб. пособие

напряжение иэ, достаточное

для

запирания транзистора

Т2 и, на­

оборот, при протекании

тока

гэ 2

транзистора

Т2 на резисторе

RB

создается напряжение

иэ,

достаточное для запирания транзисто­

ра Т[. Обычно режим транзисторов Т\ и Т2 выбирается

одинако­

вым и напряжение иэ

практически постоянно. Поэтому

конден­

сатор Сэ , предназначенный,

как

известно, для

сглаживания пуль­

саций напряжения смещения, не ставится.

Так как свойства приведенных схем триггера на лампах

и

транзисторах, в основном,

одинаковы, то далее

изучается

подроб­

смещением

Е6

(рис.

18.3).

Состояния

триггера

Рассмотрим свойства триггера при постоянном управляющем

сигнале иу п р —-const. Триггер не имеет реактивных элементов,

спо­

собных

поддерживать

колебательный

процесс. Поэтому после включения ис­

точника

питания

устанавливается

од­

но

из

состояний

равновесия,

когда

в

схеме

протекают

постоянные

токи,

а

напряжения на всех элементах также

не

меняются.

Так как включены

два

транзистора, то

возможны

следующие

состояния:

1)

транзистор

Ti открыт,

транзис­

тор

Т2

заперт;

2)

транзистор

Т\ заперт,

транзис­

Рис. 18.5. Цепь связи между

тор

Т2

открыт;

первым и вторым

каскадами.

ты;

3)

оба транзистора

Тх

и Т2

откры­

4) оба транзистора

Г,

и 7\ заперты.

Состояние транзистора, как известно, зависит от знака напря­

жения на его базе. Найдем «ei

и "62-

Под действием

напряжений

« K I

и Ей в

цепи

связи

между

первым

и вторым

каскадами

(рис.

18.5)

через резисторы

и /?с „ 1 протекает

ток связи

iCB1.

Так

как

источник смещения Е§ и резистор Rbi

включены

последовательно,

то напряжение на базе

«62 =

Ее — iCB

у R,62.

(18.1)

В другой цепи связи (рис. 18.6)

общий ток

определяется не

только

напряжениями

иК 2 и Еб и

транзистором

Т\, но и источ­

ником

управляющего

напряжения

н у п р .

Для того чтобы найти ивь

представим

общий

T O K / R I , протекающий

через

резис­

тор /~?б1 в виде суммы

двух

составляю­

щих

•"св 2 +

1упр-

(18.2)

18.5), будем считать, что ток

г с в 2

созда­

ется

непосредственно на сопротивлении

#6i

под действием напряжений

H

K

I

и

Ев,

когда

отсутствует

управляющий

сигнал,

г. е. при

му П р = 0.

Величина

/ у п р

—

это

Рис. 18.6. Цепь

связи

дополнительный ток, создаваемый через Между

вторым и первым

резистор

#6i источником п у п р .

Посколь­

каскадами.

ку в базовой цепи транзистора

Ti

(рис.

18.6)

последовательно

включены источники напряжений

Ев

и

ИуПр,

а также резистор

#ei, то напряжение на базе

«61 — Е5-\-нупр

— i R 1 R 6 I

=

Еб +

ИуПр — / с в

2 #6i —

#вь (18.3)

Исключим из этого уравнения величину

"

у п р

.

Этот

ток зависит от

/упр

состояния транзистора Т\. Если

он

заперт, то

в

схеме (рис.

18.6)

напряжение и у п р делится между сопротивлениями

#ei и # с в

2 -

Тогда

^упр з

— # б !

«упр

( 1 8 . 4)

+

# с

Подставляя эту величину в формулу

(18.3),

найдем

напряжение

на базе запертого

транзистора

«б:3 1

*св 2 # 6 1

+

а з

М УПР'

(18.5)

где коэффициент передачи на базу управляющего сигнала

„ .

ROB

2

(18.6)

# 6 i

+

# ,св 2

Если

транзистор Т\ открыт, то

базовая

цепь шунтируется

малым

входным

сопротивлением # б# эб эь

Так

как

1 4 s

# с в 2»

то управляющее напряжение

делится

между

сопротивлениями

#61 и # 6 э

ь Тогда

'упр о "

*упр

l '

(18.7)

#61 -{- # 6 э

иво 1 = Ей — iC B 2 /?6i + а о к у п р ,

( 1 8 . 8 )

1 ~

+ Ей\;

* с в 2 ~ [ Ы - г - £ б ] .

Как видно

из формул

( 1 8 . 1 ) ,

( 1 8 . 5 )

и

( 1 8 . 8 ) ,

знак

напряжений

« 6 1 и "62

определяется

смещением

Е& и

соотношением

между

соответствующим напряжением iCB2R6\

или / с в ,

/ ? в 2 . Если соглас­

но

формуле

( 1 8 . 1 )

Еб < iCB

1 #62 ,

то « 6 2 < 0

И транзистор

Т2

открыт. Если же

Еб > ics

1 #62 ,

то

« 6 2

транзистор Т2 заперт. Аналогичный

вывод

следует из

выражений

и

для транзистора Т\, но с поправкой на

#

р.

> 0 ,

( 1 8 . 5 )

Он

если( 1 8 . 8 )

у П

открыт,

и заперт,

если

(Е6

-f- <х0 н у п р ) < ссв 2

/ ? 6 Ь

( ^ б

+

а з "упр )

> 'св 2

# 6 Ь

Рассмотрим теперь последовательно указанные выше возмож­

ные

состояния триггера.

устанавливается

в схеме при

достаточно

Четвертое состояние

большом

смещении Еб.

Однако оно не имеет

практической

цен­

ности и не используется. При большом

отрицательном

управляю­

щем сигнале

м у п р

можно

скомпенсировать

Еб и открыть транзис­

тор

Т\. Это дает

положительный

скачок

напряжения

ик\,

кото­

рый

передается через

RCBi

на базу транзистора

Т2 и дополнитель­

Вместе с напряжением ику уменьшается ток связи

iCB {

и

воз­

растает

согласно формуле

(18.1)

натряжемие

«62 -

Это,

как из­

вестно, приводит к уменьшению коллекторного

тока iK 2

и

возрас­

танию

(по абсолютной величине)

напряжения

ик2.

Скачок

ДиК 2,

в свою

очередь, приводит

к росту

тока связи

г с з 2

и уменьшению

щение

Д й б 1 ,

появившееся

вследствие действия обратной

связи,

вызывает новое положительное

приращение

коллекторного

тока

Д iK\ ,

причем

Д iK\ > Л

при

достаточном

усилении в двухкас-

поясняется

следующей

цепочкой

приращений:-

Д г к 1

f - >

Д и к 1 f

Д

г с в

1 \ -+ Д

«62 f

д i«21

- > Д ик21

- »

t

1

- » A i c

a г

f ^

Д и б 1

| - > Д iKl' f i .

Если

общий

коэффициент

усиления

обоих

каскадов

К=К1К.,>

1,

то в схеме имеются условия для существования

лавинообразного

процесса. В результате действия положительной

обратной

связи

из-за малейшей флуктуации

ток

в

одном

из транзисторов растет,

а в другом уменьшается. Очевидно, возникающий

лавинообразный

процесс

закончится, когда

запрется

один

из транзисторов.

Так, в

указанном

выше случае полностью

отпирается транзистор

Ту и за­

пирается транзистор Т2.

Если

флуктуация имеет

обратный

знак,

то запрется транзистор

Ту и

полностью откроется

транзистор Т2.

Определим условия, которые должны быть

выполнены

для

того, чтобы схема надежно находилась в одном

из

устойчивых

состояний.

Для первого

состояния должны

выполняться

неравенства

« б 1 < 0 ;

и 6 2

> 0 .

(18.10)

Если транзистор

Ту открыт,

то

напряжение

ик\

и ток

связи

/ с в ,

имеют минимальное значение. В то же

время,

когда

транзистор

Т2 заперт, напряжение ик2

и ток

связи

/ с в 2

максимальны.

Вос-

'св 1 =

=

' C B J мин!

'св 2=

=

' с в 2

макс)

увидим, что неравенства

(18.10)

выполняются, если

в 2 макс /? 6 i;

(18.11)

Еб >

' C B

I

мни #02 -

(18.12)

Из этих неравенств ясно, что триггер находится в первом устой­

чивом состоянии, во-первых, благодаря

различным

токам

связи

'св] мни и гС в2 макс

и, во-вторых, при правильном

выборе напряжения

смещения

Еб.

Так

как

ток

' с в ,

минимален,

то

напряжение

' с в 1 м и н # б 2

мало

и не способно

скомпенсировать

смещение

Ей-

За счет

последнего

заперт транзистор Т2 . В это же время ток ' с в 2

максимален,

и

напряжение

' с в 2 м а к С # б 1

компенсирует

действие

смещения

Е6

и управляющего

сигнала

и у п р .

За

счет

большой

величины

i

C B ,

макс/?б1

на базе

транзистора Ту создается

отрица­

тельное

напряжение

"ei < 0, которое

удерживает

его в

открытом

состоянии.

Во втором устойчивом состоянии должны выполняться следую­

щие неравенства:

к б 1 > 0 ;

и б 2 < 0 .

(18.13)

В этом состоянии ток связи

4 в 1

имеет

максимальное

значение

вместе с напряжением ик\, а ток связи

/ с в 2 минимален, как и на­

пряжение

ик 2 .

Подставляя щ формулы

(18.1)

и

(18.5)

значения

'св

1=

:

' с в , макс •

'св 2

' с в 2

МИН!

найдем, что для обеспечения

второго

устойчивого

состояния

долж­

ны выполняться

условия

( £ 6

+

а 3 и у п р ) >

; с в 2 М Ш 1 / ? 6 г ,

(18.14)

Еб <

' C B

J

макс # 6 2 .

(18.15)

Транзистор

Т\ заперт за счет действия смещения

Еб

(с поправ­

кой на управляющее напряжение иупр),

а транзистор Т2

открыт

благодаря

тому,

что напряжение

' с в , М а к с # б 1

компенсирует

дей­

ствие Еб

в цепи

базы.

При чрезмерно малом смещении Еб, когда условия запирания

(18.12)

или

(18.14)

не выполняются, устойчивые

состояния

иные.

В этом

случае оба транзистора

открыты, « о ограничение

лавино­

Каждая па.ра неравенств (18.11)

и (118.12)

или (18,14) и

(18.15), определяющих состояние

транзисторов

Т\ и Т2, может

А £ С в ~ 'сп макс ^св мин-

В этом выражении

индексы «1» и «2» опущены, так как оно спра­

ведливо для обеих

цепей связи. Очевидно,

ще всего выбираются различными сопротивления связи

( R C B I ^

RCB

вначале воздействие управляющего сигнала на сим­

т = Изучимl ) -

метричный

триггер,

считая

транзисторы

безынерционными.

Это

справедливо, если управляющее напряжение изменяется достаточ­

но медленно, чтобы пренебречь инерционными свойствами транзи­

сторов.

В симметричной схеме обе цепи связи одинаковы. Поэтому, ес­

ли справедливы неравенства

(18.12) и (18.15)

для второго

тран­

зистора

Т2, то и условия

(18.11) и (18.14)

для транзистора Т{ вы­

полняются

при «у П р=0.

Это означает, что симметричный

триггер

при #уп р =

0может

находиться в любом из устойчивых состояний.

Какое из них установится

после включения, зависит

от знака на­

чальной флуктуации тока или напряжения.

Предположим, что установилось второе состояние, когда тран­

зистор

Т\ заперт, а транзистор Т2 открыт. Напряжения

иа

базах

транзисторов Тх и Т2 определяются из соотношений (18.1)

и (18.5):

« б з

1 =

Ев— ^свомин R6l\

(18.16)

Иво2

=

Еб — iCBi макс/?б2-

(18.17)

Так

как при

запертом

транзисторе

Т{

ток связи

максималь­

и ток базы

/е.2 протекают через сопротивление

R

K

\ ,

то

А й м а к е

ное напряжение на коллекторе транзистора Т\ будет

1"к1

макс| =--ЕА

— ( i C B l м а к с +

hi) RKI-

(18.18)

При ИуПр < 0 напряжение

«бъ будучи положительным, уменьшает­

ся и в момент t\ достигает

нулевого значения. Транзистор Тх отпи-

Рис.

18.7. Форма

напряжений в симметричном

триггере при

воздействии непрерывного

управляющего напряжения.

рается. Так как в этот момент и транзистор Т2 открыт, то возни­

кает лавинообразный

процесс,

в

результате которого

транзистор

Ti отпирается полностью,

а транзистор

Т2 запирается. Схема пе­

реходит в первое устойчивое состояние.

Величину порогового напряжения U„u

при котором

происходит

переход триггера из второго в первое устойчивое состояние, най­

дем из уравнения

(18.5). Подставляя

« 61

= 0 ;

^упр =

: =

^ Л ц !

получим

'сп 2 =

=

'св2 миН)

Unl

=

-{E6-iCB2>iUHR61)-L-

3

(18.19)

Так как в момент ^ скачком возрастает

ток связи iCB2, то

после

окончания лавинообразного процесса согласно выражению

(18.8)

на базе транзистора T i устанавливается

напряжение

Кб 11 — Е(, — i C B 2 макс/?б1 +

а 0 Unl < О,

триггер,

как и

мультивибратор,

рассчитывается таким образом,

что при

и у п р =

0 режим

открытого транзистора

соответствует

границе

насыщения. При

этом

условии критическое

напряжение

|Ибп| =

| " 6 i кР| +

« 0 | ( / п 1 |

превышает и6\к р , то после

отпирания

транзистор Т\ переходит в

ние управляющего сигнала в промежутке t\—t2 ток коллектора

iK\

и напряжение

ик\

остаются

постоянными. Значит, сохраняет

ми­

нимальное значение ток связи iCB и

из-за

чего транзистор

Г2

на­

дежно заперт.

В момент t2, когда в процессе изменения управляющего сигна­

ла окажется и у п р — 0, транзистор Тх

выходит из состояния

насыще­

ния. При н у п р >

0

постепенно возрастает напряжение

и6\ И умень­

шается коллекторный ток гк ] , что вызывает постепенное (не

л а

винообразное)

'возрастание

напряжения

|иВ|| и

тока

связи

J C B J .

Это приводит к спаданию напряжения

и52-

Дальнейший ход процесса зависит от того, что наступит рань­

ше: запирание

Т\ вследствие

возрастания

u6i

или отпирание

7?

из-за уменьшения « 6 2 . Так как коэффициент усиления

первого

кас­

када

/ G > 1 , то

обычно раньше наступает

отпирание

транзистора

Т2 (момент tz иа рис. 18.7).

" 6 i =

" 6 o i ;

" у п р = =

Un2;

12 С. И. Внглин.

1??

найдем

ипЪ

= -£-Ьиа1,

(18.20)

где

ао

[|«61 кр| — |«бо l | ] > 0

Д «61 =

« 6 о 1 —

«6 1 кр =

— положительное

приращение

напряжения

« 6 i

в

про­

межутке

t2—h (рис. 1<8.7).

Так

как

величина

Д « б 1 является

входным

сигналом

усилителя, работающего в линейном

режиме,

то

Д

«61 = -

^ - .

где

Д «62 — изменение

напряжения на базе транзистора 7г

в

промежутке

1%—1%. Как видно из рис. 18.7, оно равно

напряжению

# б з 2

на

базе запертого

транзистора Т2.

Воспользовавшись соот­

ношением

(18.1) П р и

'св

1 =

*св] мин»

ПОЛУЧИМ

Д «61 =

=

-±-[Еа-

;С В 1 Ш

М

•

(18.21)

Тогда

^п2

=

ТГ t^" 6 —

^Bi M H H # 6 2 J .

(18.22)

После перехода триггера в момент h во второе устойчивое со­

стояние изменение

управляющего сигнала

и у п р влияет

только

на

напряжение

uei

запертого

транзистора

7Y

Остальные

напряже­

4, когда снова управляющее

напряжение

и у п р достигает

первого

порога срабатывания Ь'п1.

Перейдем к изучению процессов в несимметричном

триггере

для случая, когда

# с в 2 ^

# с в р

При этом

условии ток связи

4 в 2

уменьшается настолько, что в

отсутствие

управляющего сигнала

( « у п р =

0) неравенство

(18.11)

соотношение

(18.8)

# 6 i =

«61 к р ;

u y n p =

£/упр кр;

^св 2 ~

' с в 2 м а к о

получим

^ у п р

кр =

[ ^ б ~~1св2

макс Нб\ — « 6 1 кр] ~ — •

(18.23)

Процессы

в

несимметричном

триггере протекают

качественно

пряжения

« K i

и иК 2.

При %( | р—0

"WP

триггер

находится

в состоянии,

п

когда

транзистор

Ti

заперт, а

"

транзистор Т2 открыт. Как только

управляющее

напряжение

и у п р

достигает

порога

UnU

транзистор

Уш

Тг отпирается,

происходит

скач­

кообразно

переход

триггера

из

второго

в

первое

устойчивое

со­

стояние.

Схема

рассчитывается

так,

чтобы

в

результате

резкого

возрастания тока связи lCB 2

тран­

и,Х2

зистор

Т\ перешел

в

состояние

насыщения.

Очевидно,

это

воз-,

можно,

если

1^Лл1

^> l ^ y n p

кр|.

Затем

в промежутке

t\—t2

из-

Рис. 18.8. Форма напряжений

за

насыщения в транзисторе

Т\

в

несимметричном

триггере.

изменяется

только

напряжение

ий1

под действием управляющего

сигнала. В момент 1% когда

' упр

U'упр кр,

транзистор

Ti выходит

из насыщения,

что

приводит

к изменению

" K I

и

« 6 2 . В момент U при

и у п р

= £ / п 2

отпирается

транзистор Т2,

12*

179