книги из ГПНТБ / Шляпоберский В.И. Элементы дискретных систем связи

Очевидно, что чем уже петля, т. е. чем меньше величина порого­ вых значений, при которых происходит срабатывание двоичного элемента, тем выше его чувствительность.

Двоичные переключающие устройства являются основой схем­ ного построения всех дискретных систем связи. Они используются как приемные, переключающие и передающие устройства, как на­ копители двоичной информации, как элементы линий задержки и т. п. Во всех случаях применения двоичных элементов управление их работой осуществляется путем воздействия на один из парамет­ ров импульсов электрического тока. Один двоичный элемент воз­ действует на другой или на любую управляющую схему при по­ мощи скачкообразного изменения параметров некоторых элемен­ тов. Такое изменение параметров схемы может быть реализовано при помощи контактных или бесконтактных двоичных переклю­ чающих элементов.

Изучение контактных и бесконтактных двоичных переключаю­ щих устройств охватывает обширный круг вопросов, рассмотрение которых может явиться содержанием специального пособия.

В настоящей главе будут рассмотрены лишь некоторые во­ просы, охватывающие принцип действия, элементы расчета и осо­

(триггерные) схемы, построенные на электронных лампах, полупро­ водниковых триодах и тиратронах с холодным катодом, а также двоичные переключающие устройства на магнитных элементах с прямоугольной петлей гистерезиса.

Рассмотрим принцип работы и особенности построения некото­ рых наиболее распространенных триггерных схем.

§ И. ТРИГГЕРЫ

Симметричный триггер с анодно-сеточными связями

Из всех схем ламповых триггеров в аппаратуре связи наиболь­ шее распространение получили симметричные триггеры с анодно­ сеточными связями (рис. 18).

Триггер является апериодическим усилителем с положительной обратной связью. Он состоит из двух идентичных усилительных ка­ скадов реостатного' типа, причем выход первого каскада соединен со входом второго, а выход второго со входом первого. Параметры схемы подбираются таким образом, чтобы обеспечивались два устойчивых состояния покоя и скачкообразный переход (опрокиды­ вание) из одного состояния в другое при каждом воздействии на систему запускающего импульса надлежащей амплитуды.

Предположим, что в схеме триггера (рис. 18) лампа Л\ откры­ та, а Лъ закрыта. Такое состояние схемы не изменится до тех пор, пока на сетку одной из ламп не поступит запускающий импульс

40

определенной полярности. Если на сетку открытой лампы Л\ по­ дать короткий отрицательный импульс, достаточный для ее запи­ рания, то схема скачком перейдет в противоположное состояние: Л\ закроется, а Лъ откроется.

Скачкообразный переход схемы из одного Состояния в другое обусловлен лавинообразным изменением потенциалов анодов и се-

Рнс. 18. Принципиальная схема симметричного триг­ гера на лампах

Увы!

t

С1----- *-■ tj

Рис. 19. Работа триггера при непрерывном входном сигнале

ток ламп. Как только лампа Л i под действием запускающего им­ пульса закроется, потенциал ее анода резко возрастет. Вследствие этого увеличится положительный потенциал сетки лампы </7г, кото­ рая откроется. Появление анодного тока лампы Л% приведет к уменьшению положительного напряжения, подаваемого на сетку лашш--д/?ь-1Ш1-.будет способствовать ее надежному запиранию.

Для обратного опрокидывания схемы необходимо подать отри­ цательный импульс на сетку лампы Л% или положительный импульс на сетку лампы Л\.

При воздействии непрерывных сигналов схема работает анало­ гичным образом (рис. 19). Важно только, чтобы значения входного сигнала превышали пороговые уровни.

Независимо от формы запускающего сигнала выходное напря­ жение имеет вид перепадов.

Расчет симметричного триггера на электронных лампах по постоянному току

Основной задачей расчета любого триггера по постоянному току является определение входящих в схему сопротивлений, обеспечи­ вающих его устойчивую работу при заданных условиях. Расчет триггера по постоянному току обычно ведут, исходя из условий су­ ществования двух состояний покоя.

Для определения условий существования двух состояний покоя

42

Очевидно, что условия, при которых одна лампа будет закрыта, а другая открыта, могут быть записаны в следующем виде.

где и пор— наименьшее отрицательное напряжение сетки лампы по отношению к катоду, при котором лампа надежно запирается.

Условие, определяющее возможность скачкообразного перехо­ да такой системы из одного состояния в другое, выражается фор­

где К\ и Ki — коэффициенты усиления каскадов с учетом коэффи­ циента передачи, т. е. для симметричной схемы (рис. 18).

Неравенство (4.12) обычно выполняется для всех значений вхо­ дящих в него величин, если последние определены из неравенств

(4.10) и (4.11).

43

Пусть требуется рассчитать элементы триггера (рис. 18), если известны Ёа, /а и тип лампы.

Для расчета воспользуемся неравенствами (4.10) и (4.11).

правую часть на Е'. Величина Е' определяет, насколько левая часть неравенства (4.10) должна быть больше правой. Она выби­ рается так, чтобы при смене ламп, изменении входящих в схему со­ противлений из-за старения или неточности номиналов и при воз­ можных колебаниях напряжения источников питания левая часть

(Uc —0) по заданному значению анодного тока / а (рис. 20). Напря­ жение запирания Eg0 известно, так как заданы тип лампы и анод­ ное напряжение Еа. Величина Е' выбирается примерно равной Eg0.

Таким образом, все величины, входящие в выражение (4.181, известны. При нахождении Ек из двух значений (Екi и Д„2) обыч­

но берется меньшее, так как при этом получается больший перепад анодного напряжения и обеспечивается более экономичное ре­ шение.

44

В процессе расчета может оказаться, что величина подкорен­ ного выражения (4.18) имеет знак минус, т. е.

По найденному значению смещающего напряжения Ек легко

Значения сопротивления р и г выбираются согласно у при усло­

ния Ua находим величину /а, а затем и все остальные параметры схемы.

В приведенной на рис. 21 схеме триггера смещающЬе

напряжение создается автоматически падением напряжения анод­ ного тока открытой лампы на сопротивлении Rv

Отсюда, зная Ек, находят RK.

45

Для предотвращения колебаний напряжения смещения при опрокидывании схемы сопротивление RK шунтируется емкостью С„.

Для ускорения процесса опрокидывания триггера (рис. 21) па­ раллельно сопротивлениям р подключаются небольшие конденса­ торы С (20—100 пф). Посредством этих конденсаторов резкие из­ менения напряжения на анодах ламп будут почти полностью пере-

При непосредственном воздействии запускающих импульсов на сетки ламп триггера имеет место влияние как сопротивления источ­ ника запуска на работу триггера, так и триггера на цепь запуска.

Для устранения этого недостатка триггеры часто запускают через разделительные диоды (рис. 22,6).

При симметричном запуске триггера отрицательными импуль­ сами катоды диодов подключаются к общей нагрузке. В состоянии

46

ние потенциалов катодов диодов. Когда потенциал катодов станет равным потенциалу анода закрытой лампы, диод откроется и за­ пускающий отрицательный импульс через конденсатор С будет подан на сетку открытой лампы, вследствие чего лампа закроется и триггер опрокинется.

Как только триггер опрокидывается, потенциал анода откры­ ваемой лампы падает, диод закрывается и цепь запуска автомати­ чески отключается от триггера.

Симметричные триггеры на плоскостных полупроводниковых

,триодах

Триггеры с коллекторно-базовыми связями на плоскостных по­ лупроводниковых триодах по структуре схемы и принципу работы подобны триггерам на электронных лампах.

На рис. 23 приведен один из вариантов схемы триггера.

Как и в ламповых триггерах, два устойчивых состояния покоя будут иметь место в том случае, если разность потенциалов эмит­

открывание, а разность по­

гое необходимо на базу от­ крытого триода подать по­ ложительный импульс. За­ крывание ранее открытого триода вызовет повышение отрицательного потенциала на его коллекторе, вслед­ ствие чего напряжение, за­ пирающее другойтриод,

станет отрицательным, триод откроется и схема скачком перейдет в состояние покоя.

Схема может управляться и отрицательными импульсами, по­ даваемыми на базу закрытого триода.

Рассмотрим некоторые параметры и особенности работы полу­ проводниковых триодов, без знания которых нельзя сформулиро­ вать условия существования двух состояний покоя и рассчитать элементы схемы.

Плоскостные триоды в переключающихся устройствах чаще всего включаются по схеме с заземленным (общим) эмиттером (рис. 24), так как при таком включении обеспечивается наиболь­ шее усиление по току.

47

Коэффициент усиления триода в схеме с общим эмиттером обо­ значается |3jv и определяется по формуле

водниковом триоде

Чем больше ток базы, тем больше ток кол­ лектора. —

Наконец, при некотором /б = /бп ток коллектора достигает максимального значения, абсолютная величина которого приблизи-

тельно равна

и ограничивается сопротивлением нагрузки.

Ток /Ю! называется током насыщения, так как при дальнейшем увеличении тока базы он не изменяется.

Р и с . 25 . З а в и с и м о с т ь к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я о т в е л и ч и н ы т о к а к о л л е к т о р а

48

Режим работы триода, при котором |/ б| ^ / вн, называется ре­ жимом насыщения, где |/ б| — абсолютная величина тока; выте­ кающего из базы триода типа р-п-р (рис. 24).

Величина насыщающего тока базы /бН определяется из выра­ жения

Для удобства анализа насыщенных схем пользуются коэффи­

рой выводов триода не превышает 0,1—0,2 в, благодаря чему насы­ щенный триод при E ^ l в можно рассматривать как точку с еди­ ным потенциалом всех электродов.

При уменьшении тока базы до нуля ток коллектора в зависи­ мости от мощности триода уменьшается до величины 0,001—1 ма. Подача па базу положительного по отношению к эмиттеру напря­ жения приводит к незначительному уменьшению тока коллектора и при напряжениях, больших +0,05 в, этот ток остается почти неизменным, т. е. управление триодом прекращается.

Ток коллектора при / б = 0 называется неуправляемым током коллектора и обозначается / к0.

У маломощных сплавных германиевых триодов (П13А, П14, П15 и др.) /ко при комнатной температуре составляет 1—15 мка.

Одной из особенностей работы полупроводниковых триодов является зависимость их параметров от различных факторов, осо­ бенно от температуры. С ростом температуры / ко у плоскостных триодов возрастает по степенному закону, причем примерно вдвое при повышении температуры на каждые 10° С. Следовательно, не­ управляемый ток коллектора при наивысшей рабочей температу­