книги из ГПНТБ / Кузьмич, В. И. Основы импульсной техники учебник

1. Этап рассасывания (интервал 0—1\ на рис. 6.5) заключа­ ется в рассасывании избыточного заряда в базе насыщенного

транзистора. При этом токи и напряжения в триггере не изме­ няются.

223

2. Этап подготовки (интервал t\—t2).

Этапом подготовки называют процесс от момента выхода транзистора из режима насыщения до момента отпирания за­ пертого транзистора. Транзистор Т1 выйдет из режима насы­ щения в момент t\ и напряжение на его коллекторе начнет уменьшаться (рис. 6.5,дат). Это уменьшение напряжения пере­ дается на базу запертого транзистора Т2 через конденсатор С/.

транзистора оказываются открытыми и находятся в активном режиме. Регенеративный процесс происходит при выполнении условия самовозбуждения:

К - К , Ко > 1 ,

где Кі и Ко — коэффициенты усиления каждого каскада. Коэффициент усиления каскада можно определить по формуле

К , = К

я к "К Кх

где гп — входное сопротивление транзистора. Следовательно,

К - А'і К,

(Як + r„j-

н условием самовозбуждения является неравенство

Необходимо обратить внимание на то, что ускоряющие кон­ денсаторы, шунтируя во время регенеративного процесса ре­ зисторы, улучшают условие савомозбуждения. Если бы емкос­ ти отсутствовали, то напряжение с коллектора одного транзис­ тора на базу другого подавалось бы через резистор R, что уменьшало бы коэффициент усиления в цепи обратной связи и, следовательно, ухудшало условия самовозбуждения и уменьшало бы скорость регенеративного процесса.

Регенеративный процесс заканчивается в момент t$, когда транзистор Т1 запирается и токи гб1 и гк1 падают практиче­ ски до нуля (рис. 6.5, б и е).

224

4. Этап установления устойчивого состояния равновесия

(интервал tz—М- Процесс установления равновесия заключа­ ется в заряде конденсатора С1, подключенного к коллектору запирающегося транзистора, и в разряде конденсатора С2, подключенного к коллектору отпирающегося транзистора. За­

напряжения (рис. 6.5, ж, интервал tz—h). Длительность спада определяется временем tz заряда ускоряющего конденсатора t~ — t3 ~ 3 CRK. Конденсатор С2 разряжается через тран­

зистор Т2 по цепи

R61 -» + Еб -> транзистор Т2,

а также через резистор R2.

Процесс разряда разделяется на два этапа. На первом эта­ пе (интервал tz—/4) транзистор Т2 отпирается, напряжение на его коллекторе растет (рис. 6.5,«). Это нарастание напряже­ ния через разряжающийся конденсатор С2 передается на базу 7/, и напряжение на базе нарастает (рис. 6.5, в). На втором этапе,' после перехода транзистора 72 в режим насыщения (момент tu, временные диаграммы 6.5, з и и), конденсатор С2

через открытый транзистор 72 соединены параллельно, опре-

цессов заряда и разряда убыстряющих емкостей триггер пе­ рейдет в состояние устойчивого равновесия и процесс опроки­ дывания закончится.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Поясните, как изменяются временные диаграммы напря­ жений и токов триггера (рис. 6.5):

а) при уменьшении величины ускоряющих емкостен С/ и С2;

б) при увеличении напряжения источника смещения Е6\ в) при увеличении сопротивлений резисторов /?/ и R2.

§6.5. БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ТРИГГЕРА

ИСПОСОБЫ ЕГО УВЕЛИЧЕНИЯ

Быстродействие триггера определяется максимальной час­ тотой повторения импульсовЕытс, при которой триггер устой-

чиво работает. Быстродействие зависит от длительности пере­ ходных процессов, которые определяют минимальный период повторения запускающих импульсов Гмин (этот минимальный период называют разрешающим временем). Максимальная частота связана с разрешающим временем соотношением

где /уст — время установления состояния равновесия.

Для повышения быстродействия необходимо уменьшать длительность каждого из этапов. Рассмотрим некоторые прак­ тические способы повышения быстродействия.

Способы уменьшения времени установления /уст

Время установления является наиболее длительным этапом опрокидывания. Оно определяется большим из времен заряда t3 или разряда tp ускоряющих конденсаторов. В § 6.4 было по­ казано, что

В практических схемах триггеров, как правило,

RR*

R Rб > ÄK ,

поэтому время установления определяется временем разряда ускоряющего конденсатора. Для убыстрения процесса разря­ да резисторы R& шунтируются диодами (при 6.6). В состоя­ нии устойчивого равновения эти диоды заперты и не влияют на работу триггера. Однако при разряде конденсатора, когда напряжение на базе запирающегося транзистора станет боль­ ше Е 61 (рис. 6.5,в), диод откроется и в дальнейшем разряд конденсатора будет происходить в основном через этот диод. Так как сопротивление диода мало, то разряд будет происхо­ дить весьма быстро. При этом, однако, несколько увеличится длительность фронта на коллекторе отпирающегося транзис­ тора ^ф (рис. 6.5,и), так как ускоряющий конденсатор С2

оказывается подключенным через диод параллельно транзис­ тору Т2,

226

Если время разряда конденсатора сделано достаточно ма­ лым, то длительность процесса установления будет опреде­ ляться большим фронтом (t+ или /ф). Уменьшение емкости

убыстряющих конденсаторов уменьшает длительность фрон­ та на коллекторе запирающегося транзистора t~. Однако при

этом будет возрастать длительность фронта на коллекторе от­ пирающегося транзистора t+ (пояснение влияния убыстряю­

щего конденсатора на длительность фронта см. в гл. 1). Оче­ видно, оптимальной будет такая величина емкости, при кото­ рой длительности фронтов t~ и оказываются приблизи­

тельно одинаковыми. При прочих равных условиях величина

времени установления при этом будет минимальной и, следо­ вательно, быстродействие максимальным. Можно показать, что величина оптимальной емкости определяется формулой

в схеме с общей базой. При таком выборе емкости быстродей­ ствие молено оценить по формуле

227

Существенное сокращение длительности фронта t ~ может

быть получено в триггере с фиксирующими диодами (рис. 6.7). Фиксирующее напряжение Еф < Ек, поэтому происходит ог­ раничение отрицательного перепада и длительность фронта

уменьшается. Чем меньше величина Еф, тем меньше длитель­ ность фронта. Однако нужно иметь в виду, что амплитуда им­ пульса Uт ~ Еф и уменьшение длительности фронта связано

примерно в 3 раза.

Эффективным способом уменьшения длительности і ф яв­

ляется применение эмиттерных повторителей (рис. 6.8). В та­ ком триггере заряд ускоряющей емкости проходит не через Rк,

лее высокой нагрузочной способностью, так как нагрузка под­ ключается к выходу эмиттерного повторителя.

Для уменьшения времени установления иногда применяет­ ся простая высокочастотная коррекция (чаще всего последо­ вательно с RK включается катушка индуктивности).

228

Необходимо отметить, что, применяя различные способы уменьшения длительности t~ для повышения быстродействия,

этому величина оптимальной емкости в таких триггерах боль­ ше, чем в основной схеме (рис. 6.1).

Способы уменьшения времени рассасывания t^, подготовки /п и регенерации /рсг

тельно входного сигнала. Как следует из временных диаграмм рис. 6.5, ж и и, запаздывание фронта на коллекторе запираю­

Е,

Для уменьшения времени подготовки напряжение па базе запертого транзистора должно быть по возможности малым. Однако его величина должна быть достаточной для надежно­ го запирания транзистора.

Эффективным способом уменьшения времени рассасывания является применение ненасыщенного триггера (рис. 6.9), со­ стоящего из ключей с нелинейной отрицательной обратной сьязыо (см. гл. 1). В таких ключах отсутствует насыщение, по­ этому время рассасывания t v в ненасыщенном триггере равно нулю.

В заключение отметим, что применение высокочастотных транзисторов приводит к уменьшению всех этапов опрокиды­ вания и повышает быстродействие. При этом, однако, возрас­ тает влияние коллекторной емкости Ск и быстродействие ока. зывается меньше, чем это следует из формулы (6.10).

ВОПРОСЫ для САМОКОНТРОЛЯ

1. Определите длительность процесса разряда ускоряюще­ го конденсатора в триггере, изображенном на рис. 6.6.

2. Выведите формулу для расчета t~ в триггере с фиксиру­ ющими диодами (рис. 6.7).

3. Поясните работу ненасыщенного триггера (рис. 6.9).

230

I 6.6. СЧЕТНЫЙ ЗАПУСК ТРИГГЕРА

При счетном запуске триггер запускается импульсами од­ ной полярности, снимаемыми с выхода одного генератора. Та­ кой запуск используется в триггерных счетчиках импульсов (см. гл. 14), откуда и происходит название запуска.

Рассмотрим основные варианты триггеров со счетным за­ пуском.

Триггер с общим базовым запуском

При этом запуске импульсы одной полярности подаются од­ новременно на базы обоих транзисторов (рис. 6.10).

Диоды Д1 и Д2 являются коммутирующими — они отклю­ чают генератор запускающих импульсов от триггера после

241

■окончания входного импульса. Диод ДЯ является фиксирую­ щим, Ср Rp — разделительная цепь. Предположим, что до по­ дачи запускающего импульса триггер находился в следующем устойчивом состоянии: 77 — открыт, Т2 — заперт. При этом ускоряющий конденсатор С7, подключенный к коллектору 77, практически разряжен и можно считать Ь’сю ~ 0. Конденсатор С2 подключен к коллектору закрытого транзистора Т2 и заря­ жен до напряжения ТУсго, близкого по величине к Е к. Оба

импульса диоды Д1 и Д2 отпираются и импульс поступает на базы обоих транзисторов. Транзистор Т2 остается запертым, а транзистор 77 выходит из режима насыщения и запирается. После запирания транзистора Т1 емкость СІ оказывается под­ ключенной к коллектору запирающегося транзистора и заря­ жается от источника - Ек через RKl. генератор запускающих импульсов и диод Д2. После окончания запускающего импуль­ са диоды Д1 и Д2 запираются и под влиянием источников Ек и Ей через базы транзисторов пойдут токи:

где Uri — напряжение, до которого зарядился конденсатор СІ во время действия запускающего импульса.

Так как Uc\ < Т /с20, го /Л, > /б|, и, следовательно, процесс отпирания транзистора Т2 протекает энергичнее, чем транзис­ тора 77, нарастающий потенциал на коллекторе Т2 увеличива­ ет напряжение на базе 77, что приводит к запиранию 77. Та­ ким образом, в результате воздействия запускающего импуль­ са происходит опрокидывание триггера: транзистор 77 запира­ ется, а транзистор Т2 — отпирается.

Как видно из описания работы схемы, асимметрию тригге­ ра, обеспечивающую процесс опрокидывания, создают заря­ женные до разных напряжений ускоряющие конденсаторы. Они как бы «запоминают» состояние триггера до запуска и, следовательно, выполняют функцию запоминающих элемен­ тов. Чем больше напряжение, на которое заряжается ускоря­ ющий конденсатор за время действия импульса UCi. тем мень­ ше разница в токах гб2 и ібг При этом снижается быстродей­ ствие триггера, а при (Ja ~ С'с2о триггер может вообще не опрокинуться.

232