книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

Подставляя эти значения в формулы (15), получим

(А^27і)0ПТ ( r t — l ) » - 1 (^2П.)оПТ 1 \ "

График зависимости относительной величины % от п изображен иа

торов. Нужная же величина емкости С 2 должна выбираться с уче­

том сопротивления утечки конденсатора и обратного тока диода Д 2 (он частично компенсируется обратным током транзистора). Ме­ тодика расчета емкостей делителя изложена в книге 19].

ГЛ А В А Ч Е Т Ы Р Н А Д Ц А Т А Я

ТР И Г Г Е РЫ

§14.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ТРИГГЕРОВ И ТРЕБОВАНИЯ

КНИМ

1.Назначение. В различных областях использования электроники разнообразное применение находят переклю­

чающие (спусковые) устройства (рис. 1), на двух выходах

которых в любые заданные моменты времени tl t t2, ... (рис.2), определяемые моментами воздействия на устройство уп­ равляющих сигналов «у, возникают крутые перепады на­ пряжений "иыхі и «выхз между двумя стационарными уров­ нями. Такие устройства называются триггерами.

возникающую на выходе повторителя, можно добиться выравнива­ ния приращений напряжений на конденсаторе. Таким путем уда­ ется получить около 100 ступеней напряжения и2 (/) (см. рис. 10).

360

Триггер можно рассматривать в качестве устройства за*

напряжения; в этих состояниях триггер должен находить­ ся произвольно долго — до воздействия на него управляю­

определенным требованиям (в отношении высоты, длитель­

'мая вероятность сбоя в переключении триггера часто край­ не низка (например, менее одного сбоя на 101 0 —1012 пере­

ключений). Величина, обратная разрешающему времени, называется быстродействием триггера: FQ = 1/Т0взр. Бы?

стродействие триггера определяет наибольшее возможное число бесперебойных переключений триггера в 1 с при не­ изменном интервале Трязр между запускающими импуль­ сами. Быстродействие триггера измеряется в герцах (мега-

361

герцах). Эффективность работы Многих эЛектроНнЫх" устройств зависит от быстродействия триггеров. Быстро­ действие триггеров достигает —100 МГц.

4 . Принципы построения триггеров. Как указывалось, в гл. 10, быстродействующие триггеры можно построить на основе применения нелинейных приборов, обладающих падающим участком вольтамперной характеристики. Устройства такого типа рассматриваются в гл. 15. Приме­ няются также триггеры, основанные на использовании не­

ческих схем [12]. Наибольшее распространение в импульс­ ной технике получили триггеры, построенные на двух уси­ лителях с междукаскадной положительной обратной связью (на основе схем М. А. Бонч-Бруевича [129] и В. Икклза— Ф. Джордана [156]). Как мы видели, в таких системах раз­ вивается регенеративный процесс, приводящий к опрокиды­ ванию системы; при этом образуются крутые перепады на­ пряжения. Триггеры такого типа рассматриваются в дан­ ной главе, причем основное внимание уделено транзистор­ ным триггерам, применяемым на практике наиболее широко.

Разработке теории триггера посвящены работы В. В. Виткевича, С. А. Дробова, А. В. Нетушила, Н. В. Семакова, Л. А. Мееровича и Л. Г. Зеличенко, Б. Н. Кононова и мно­

нейных элементов триггера, влиянием паразитных и рабо­ чих емкостей триггера и конечной длительностью фронта запускающего импульса. На разных фазах развития про-

-цесса переключения триггера действуют различные из ука­ занных факторов, определяющих основной характер этого процесса. В соответствии с этим и с учетом задач практи­ ческого использования триггера полный цикл работы триг­

гера (Тр) можно подразделить на три основные стадии:

т. е. к состоянию, при котором начинает действовать внут­ ренний механизм срабатывания триггера (например, по­ ложительная обратная связь).. В стадии переключения три-

.362

ггер переходит из одного качественного состояния в другое, но еще не являющееся состоянием покоя; в течение этой стадии развивается регенеративный процесс (в принципе даже при прекращении действия запускающего импульса), приводящий к перебросу триггера. Стадия восстановления— та заключительная часть цикла работы триггера, в течение которой триггер, уже находящийся в новом качественном состоянии, достигает состояния покоя.

Разрешающее время Тразѵ < Тр (хотя в ламповых триг­ герах Tpagp s Тр), но всегда Тразр > Г3 . Последнее обус­ ловлено как конечной длительностью стадии переключения

эксплуатации, т. е. при действии дестабилизирующих фак­ торов и помеховых импульсов (см. § 8.1, пп. 5—6).

б) При каждом воздействии запускающего импульса триггер должен бесперебойно срабатывать; желательно, чтобы чувствительность триггера к импульсам запуска не очень сильно зависела от рабочей температуры и других дестабилизирующих факторов (см. §8 . 1, п. 5).

собностью, т. е. он должен быть приспособлен для работы на заданную нагрузку, приключаемую к выходу триггера (см. § 8.4, пп. 14—15); нередко нагрузка триггера является динамической (ее входное сопротивление зависит от состоя* ния триггера).

§14.2. СИММЕТРИЧНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ТРИГГЕР

А.СХЕМА И ПРИНЦИП РАБОТЫ

1.Принципиальная схема триггера с коллекторно-базо- выми связями и счетным запуском изображена на рис. 3. От схемы симметричного мультивибратора данная схема отличается наличием источника запирающего напряжения EQ > 0 в базовых цепях и резисторов Ri и R% в цепях свя-

363

зи между усилительными каскадами. Благодаря этому триг­ гер приобретает два устойчивых состояния, равновесия. Осо­

чения ее элементов при описании процессов в триггере. От практически реализуемой симметрии схемы триггера за-

Рис. 3.

метно зависит стабильность его работы. Сопротивления резисторов должны удовлетворять неравенствам

Конденсаторы связи не играют здесь роли времязадающих емкостей. Они включены для ускорения процесса переклю­ чения триггера и поэтому называются ускоряющими емко­ стями (работа быстродействующих триггеров без конденса­ торов связи затруднена). После переключения роль кон­ денсаторов связи становится вредной — они повышают инер­ ционность триггера в последующих стадиях работы. Поэто­ му величина емкостей связи выбирается минимально не­ обходимой для надежного срабатывания триггера.

2. Цепь запуска. В показанной на рис. 3 схеме триггера используется один из вариантов симметричной схемы за­ пуска, называемой в вычислительной технике схемой счет-

m

независимо от состояния триггера. Импульсы запуска по­ даются от источника е3, обладающего внутренним сопротив­ лением R3. Часто источник е3 вырабатывает не короткие импульсы запуска, а перепады напряжения (например, когда источник запускающих импульсов представляет собой другой триггер). В этом случае запуск осуществляется толь­

заряжен до напряжения (его полярность указана на рис. З)*1

действии запускающего импульса диод запирается, и в процессе запуска из-за протекания тока /а напряжение на конденсаторе повышается. После окончания действия им­ пульса запуска диод Д отпирается, и напряжение на кон­ денсаторе восстанавливается.

'Рассматриваемая схема цепи запуска обеспечивает вы­ сокую четкость процесса запуска триггера, но она приемле­ ма лишь при достаточно большой мощности источника еа (см. п. 15 и § 14.3).

3. Принцип работы. Схема триггера симметрична по своим параметрам, но асимметрична по режиму работы транзисторов, так как в данной системе не может быть со­

то в системе может установиться автоколебательный про­ цесс (триггер вырождается в мультивибратор). В интере­

ра к источнику питания, а также в результате действия первых нескольких импульсов запуска.

365

рающего напряжения Я б колебательный процесс невозмо­ жен; в системе устанавливается состояние покоя, но оно получается обязательно при запертом состоянии одного какого-нибудь транзистора и отпертом состоянии другого транзистора. Для обеспечения помехоустойчивости триг­ гера и повышения его нагрузочной способности обычно уста­ навливается насыщенный режим работы отпертого транзис­ тора, причем при динамической нагрузке триггера (изме­

в состоянии покоя через конденсаторы связи токи не проте­

окажется достаточным для должного насыщения транзис­ тора Т 2 .

< С £ к ( т е м более, что ток / к 0 частично компенсируется об­ ратными токами запертых диодов). Заметим, попутно, что в состоянии покоя напряжение на конденсаторе связи, при­

366

заперты. Но в то время как диод, приключенный к коллек­

транзистора, находится под слабым запирающим напряже­ нием

Рис. 4.

По этой причине при воздействии запускающей э. д. с. во время запертого состояния, например транзистора Т1г от­ пирается диод Ді, а диод Дг остается запертым. Таким об­ разом, в рассматриваемой схеме запуска осуществляется нужная канализация импульсов запуска через диод и конден­ сатор связи на базу отпертого транзистора. После же отпирания другого транзистора и повышения его кол­ лекторного напряжения отпертый диод запирается, и цепь запуска отключается от триггера.

5. Пусть при отпирании диода Дх база насыщенного транзистора Т 2 подключилась к источнику е3, и в базу начал поступать запирающий ток (втекающий в базу). Принимая во внимание неравенства (1), при определении этого тока можно пренебречь влиянием резисторов R и Re2', тем более можно пренебречь токами запертых диодов Д и Дг. При­ нятые упрощения позволяют представить эквивалентную схему для приращения тока базы Аг'бг в виде, показанном на рис. 4, а, где г^н — объемное сопротивление базы насы­

367

большим расчетным запасом) на значительно более простую схему (рис. 4, б). Применяя здесь георему об эквивалент­ ном генераторе, придем к простой схеме (рис. 4, в), в кото­ рой емкость

(мы опускаем здесь и далее индексы 1 и 2), а э. д. с. эквива­ лентного генератора и его внутреннее сопротивление вы< ражаются равенствами

мы обязаны учесть разность напряжений на конденсаторах, которая равна указанной выше составляющей э. д. с.

содержит постоянную составляющую и составляющую от­ рицательного тока, изменяющегося (от момента отпирания клапанирующего диода) по экспоненциальному закону. Под воздействием тока А/ б 2 транзистор Тг выходит из насы­ щения. Затем ток транзистора начинает уменьшаться, а его коллекторное напряжение становится более отрицатель­ ным. Изменение этого напряжения, передаваемое через конденсатор С 2 на базу транзистора 7\, вызывает его отпи­ рание, после чего (при незапертом пока транзисторе Т2 ) в триггере развивается регенеративный процесс, приводя­ щий к опрокидыванию системы. По истечении некоторого времени в триггере устанавливается состояние покоя, отли­ чающееся от исходного тем, что транзисторы поменялись ролями.

мах (рис. б) левее вертикали АА.

368

7 . Отпирание клапанирующего диода. При возникнове­ нии • момент t0 положительного перепада напряжения за­ пускающей э. д. с. е3 (будем полагать АЕ3 = const) запи-

(рис. 5, а), который до отпирания диода Дх поступает в пара­ зитные емкости, входной цепи. Можно принять, что эти ем­

369