Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Физические основы электроники

..pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
11.91 Mб
Скачать

Рис. 9.51 Рис. 9.52 Рис. 9.53

Если переключение осуще­

 

 

 

ствляется по

отрицательному

4"

 

фронту (как, например, в триг­

 

 

 

гере на транзисторах прп-

 

 

 

типа), то острие треугольника

 

 

направляют от условного изо­

 

 

 

бражения триггера (рис. 9.52).

 

 

т

Отметим, что входы триг­

 

а

гера, по которым он переклю­

 

чается фронтом импульса, на­

 

R

<

зываются динамическими. Если

 

переключение триггера осуще­

 

 

 

ствляется

установившимся

 

 

 

уровнем запускающего сигнала (т.е. требует большой длитель­ ности сигнала), то входы триггера называют статическими и на условном изображении треугольником их не отмечают (рис. 9.53).

Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта, рис. 9.54). В этой схеме перепады напряжения с ле­ вого плеча на правое передаются, как обычно, через делитель RR 6 , а с правого на левое плечо — через общий резистор

R3в цепи обоих эмиттеров. Шунтировать этот резистор кон­ денсатором нельзя: в противном случае напряжение на R 3 не сможет быстро изменяться. Конденсатор С в схеме является ускоряющим. Делитель Ri— Ri обеспечивает необходимый режим работы транзистора Т\. Данная схема, как и рассмот­ ренные выше, обладает двумя устойчивыми состояниями.

Каждый транзистор схемы будет заперт, если его эмиттер имеет более отрицательный потенциал, чем база. Пусть, на­ пример, транзистор Т\ насыщен; тогда потенциал его коллек­ тора можно считать равным отрицательному потенциалу эмиттеров ( t/к, * 1Л). Напряжение t/к, делится цепью RRe2и лишь часть его подается на базу транзистора Тг.

t/62»

К

n

(9.56)

R

+

\

6r

Таким образом, база Тг имеет менее отрицательный по­ тенциал, чем эмиттер, так что при открытом транзисторе Т\ транзистор Тг закрыт.

Когда отперт и насыщен транзистор Тг, то Т\ заперт только в том случае, если напряжение на эмиттерах I/* пре­ вышает по абсолютному значению напряжение на базе Uev Это условие выполняется подбором сопротивлений плечей делителя R\— Ri и тока насыщения транзистора Тг. На эпюрах напряжения показаны разные состояния триггера (рис. 9.55).

Когда транзистор Т\ отперт 11/6) | > | £ /'1, если же Т\ заперт 11/6( | < |t/'|. Так как U6f = const, то из двух приведенных не­ равенств следует, что |l/*| > |[/'|. Чтобы запереть отпертый транзистор Г|, нужно сообщить его базе положительный по­ тенциал, больший разности |t / 6, | - | £/'|. Чтобы отпереть

Рис. 9.55

этот транзистор, нужно сообщить его базе отрица­ тельный потенци­ ал, превышаю­ щий разность

|и; и у «,1- Изменяя пара­

метры схемы, мо­ жно регулиро­ вать разности на­ пряжений:

и

AU" = \U'3\- \U 6i\.

При ДU'

=

ДU" триггер

мо­

жет переключать­ ся разнополярны­ ми напряжения­ ми одинакового уровня. При ДU’* Ф ДU" переклю­ чение осуществля­ ется разнополяр­ ными напряжени­ ями разных зна­ ков.

иЦЛЛ1>

t r ’

[4U ’

U V ~

T,'ЭЬлI T< G in

3«tO

Переход триггера из одного состояния в другое происхо­ дит следующим образом. Пусть на базу открытого транзи­ стора Г| подается положительный импульс, под действием которого транзистор выходит из насыщения и потенциал его коллектора становится более отрицательным. Это изменение подается через делитель RЯбг на базу транзистора Ti, что

увеличивает его ток ьг В результате увеличивается напряже­

ние на резисторе R 3, так что транзистор Т\ дополнительно прикрывается и т.д. Процесс завершается тем, что Т\ запира­ ется, а Тг насьпцается. Аналогично протекает обратное лави­ нообразное опрокидывание.

Триггер Шмитта часто используют для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной фор­ мы, в частности синусоидального (см. рис. 9.55). Благодаря лавинообразному формированию фронтов триггер Шмитта, по сравнению с ограничителем амплитуды, обеспечивает луч­ шую форму импульсов при синусоидальном напряжении на входе.

Триггер Шмитта можно использовать как пороговое уст­ ройство. Если сигнал достигает определенного порога, то триггер переключается. Величину порога можно менять, из­ меняя потенциал базы транзистора Т\ с помощью резисторов R\ и i?2.

Запуск транзисторных триггеров. Запуск триггера можно производить, запирая насыщенный транзистор или отпирая предварительно запертый. Первый вариант предпочтительней: на отпертый транзистор с весьма малым входным сопротив­ лением переключающий импульс воздействует меньшее вре­ мя, чем при втором варианте. Этим уменьшается энергия, по-

Рис. 9.56 '/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////А

требляемая от генератора запуска. Кроме того, ускоряющие конденсаторы в этом случае могут иметь меньшую емкость, что сокращает время установления напряжений в схеме после опрокидывания. Переключающий импульс должен иметь ог­ раниченную длительность, с тем чтобы не влиять на схему после возникновения лавинообразного процесса. Поэтому составной частью цепей запуска часто являются дифференци­ рующие цепи.

Различают две схемы запуска триггеров: схема на рис. 9.56 — с раздельным запуском и схема на рис. 9.57 — со счет­ ным запуском. При раздельном запуске сигналы приходят из двух точек схемы— два входа. Переключение триггера произ­ водится сначала по одному, затем по другому входу. После диф­ ференцирующих цепочек выделяются разнополярные остро­ конечные импульсы, что создает опасность вторичного пере­ ключения триггера от одного входного импульса. Такая опас­ ность устраняется с помощью разделительных диодов D\ и Di.

Счетный запуск триггера осуществляется импульсом оп­ ределенной полярности, поступающим на общий вход обоих плеч триггера. Термин «счетный» соответствует тому, что совокупность подобных триггеров применяется для счета им­ пульсов.

V6

than

Рис. 9.57 У/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////А

Как и при раздельном запуске, переключение триггера произойдет, если запускающий сигнал поступит на базу того транзистора, с которого оно должно начаться (положитель­ ный запускающий импульс должен поступить на базу насы­ щенного транзистора). Задача цепи запуска — направить ка­ ждый запускающий сигнал в нужном направлении. Кроме того, она должна устранить опасность повторного переклю­ чения от одного запускающего импульса, еще присутствую­ щего на общем входе уже после опрокидывания триггера.

Принцип действия схемы счетного запуска состоит в том, что за счет конденсатора «памяти» запускающий импульс попадает через диод на базу только того транзистора, с кото­ рого должно начаться переключение: после него, благодаря другому конденсатору «памяти», второй диод не пропускает тот же запускающий импульс к базе другого транзистора.

Цепь запуска содержит диоды D\ и Di, конденсаторы па­ мяти С и С" и резисторы R' и R ”. Предположим, что в одном из устойчивых состояний триггера транзистор Т\ насыщен, а Тт. заперт (t/к, « 0; t/б, < 0; U K2 * к , U6i > 0).

При этом анод диода D\ имеет потенциал t/к, * 0, а его катод — потенциал t/б, < 0, так что диод D\ отперт. Анод диода Di имеет потенциал Ux к , а катод — потенциал t/б, > 0, так что Di надежно заперт напряжением Ек. Через рези­ сторы R KV R " и выходное сопротивление генератора запуска конденсатор С" заряжен до напряжения и с- ~ к . Напряже­ ние на конденсаторе С равно ис. * 0. Положительный запус­

кающий импульс проходит через приоткрытый диод D\ на базу транзистора Т\. В результате Т\ выходит из насыщения, ток его уменьшается, потенциал коллектора становится более отрицательным — отрицательный перепад передается на базу транзистора 7г и последний отпирается. Через два отпертых транзистора замыкается петля положительной обратной связи

— возникает лавинообразный процесс, который приводит к переключению триггера: транзистор Т\ запирается, а транзи­ стор Тг переходит в режим насыщения. Вслед за этим обрат­ ного опрокидывания не произойдет при действии этого же запускающего импульса. Действительно, после отпирания Ъ.

- ь
--fc

к аноду диода Di кроме запускающего импульса приложено запирающее напряжение с конденсатора С", состояние кото­ рого за время опрокидывания не изменяется. Поэтому к от­ крытому транзистору Тг положительный импульс с входа в данный момент не пройдет.

После переключения триггера конденсаторы С" и С нач­ нут перезаряжаться через резисторы R ” и R'. После перезаряжания напряжения на конденсаторах примут значения ис. « -

Ек\ ис. » 0. Значительно раньше закончится запускающий

импульс, а следующий сумеет пройти только через диод Di на базу отпертого сейчас транзистора Тг.

Таким образом, в рассмотренной схеме диоды D\ и Di пропускают каждый запускающий импульс только на базу отпертого транзистора, а конденсаторы С и С", «запоминая» состояние, в котором схема находилась до переключения, пре­ пятствуют обратному опрокидыванию ее под действием еще не закончившегося импульса запуска.

Временные диаграммы триггера со счетным запуском приведены на рис. 9.58. Из них следует, что каждой паре вход­ ных запускающих импульсов соответствует один импульс на выходе, т.е. триггер делит на два количество поступающих на вход импульсов. Условное изображение триггера со счетным запуском (Т-триггера) приведено на рис. 9.59.

Быстродействие транзисторных триггеров. Быстродейст­ вие триггеров из­ меряется в герцах

и оценивается наи­ T/jan большим числом переключений, ко­ торое может быть осуществлено в од­ ну секунду. Оно

является одной из Vbb«, важных характе­ ристик триггера,

'////////////////////////////////////////////^^^

VbbM.f

Рис. 9.59

определяющих

возможность

его использования

в устройст­

вах импульсной и вычислитель­ ной техники, автоматики и т.д.

Быстродействие обратно пропорционально разрешающему времени — минимальному временному интервалу, за который триггер изменяет свое состояние на противоположное. Если разрешающее время триггера больше паузы между соседними запускающими им­ пульсами, то под действием второго из них переключения не произойдет.

Существуют различные схемы быстродействующих триг­ геров на транзисторах.

Интегральные триггеры. Интегральный триггер может быть выполнен монолитным (триггер интегрального испол­ нения) или реализован на логических микросхемах. Оба вида интегральных триггеров имеют обычно одинаковую функ­ циональную структуру.

Интегральные триггеры бывают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые). Аналогично триггеру на дискретных компонентах интегральный асинхронный триггер имеет лишь информационные входы, сигналы на которых с момента их появления определяют состояние триггера.

Синхронный триггер кроме информационных входов име­ ет синхронизирующий (тактирующий, тактовый) вход. Сиг­ налы на информационных входах воздействуют на такой триггер только при сигнале на синхронизирующем входе.

9.10. Сметчики

Счетчик предназначен для счета поступающих на его вход импульсов, в интервалах между которыми он должен хранить информацию об их количестве. Ячейки счетчика соединены между собой так, чтобы каждому числу импульсов соответст­ вовали единичные состояния определенных ячеек. При этом совокупность единиц и нулей на выходах «-ячеек счетчика представляет собой «-разрядное двоичное число, которое оп­ ределяет количество прошедших на входе импульсов.

Каждый разряд счетчика может находиться в двух со­ стояниях. Число устойчивых состояний, которое может при­ нимать данный счетчик, называют его емкостью, модулем или коэффициентом пересчета.

Если с каждым входным импульсом зарегистрированное (записанное) в счетчике число увеличивается, то такой счет­ чик является суммирующим, если же оно уменьшается — вы­ читающим. Счетчик, работающий как на сложение, так и на вычитание, называют реверсивным.

Счетчик, у которого под воздействием входного импульса переключение соответствующих разрядов происходит после­ довательно друг за другом, называют асинхронным, а когда переключение происходит одновременно (или почти одновре­ менно) — синхронным.

Рассмотрим работу суммирующего асинхронного счетчи­ ка, представленного на рис. 9.60. Перепадом 1/0 первого входного импульса триггер Т\ устанавливается в 1; на его вы­ ходе Q\ появляется перепад 0/1, который не является переклю­ чающим для триггера Тг. Второй входной импульс возвраща­ ет Т\ в нулевое состояние; на выходе Q\ формируется перепад 1/0, переключающий Тг в состояние 1. Третий импульс (аналогично первому) устанавливает в 1 первый триггер, на выходе которого формируется переключающий перепад 0/1. Четвертый импульс (аналогично второму) возвращает первый триггер в состояние 0, при этом на его выходе появляется пе­ репад 1/0, которым в 0 устанавливается второй триггер, а пе­ репадом 1/0 на выходе второго триггера в 1 устанавливается третий триггер.

 

т

U-I

т

ф

т

и _ — ч 1

 

п

 

— <1

 

— <

R

 

 

к

 

ТЛ cspoi£*o’

т

1 2 i if ь 6 ?$> 9

Рис. 9.61

Временные диаграммы, представленные на рис. 9.61, дают возможность проследить работу счетчика. На диаграммах представлена последовательность входных импульсов (на входе 7), состояние триггеров — первого (Qi), второго (Qi) и третьего (Qi). Фронты импульсов на диаграммах показаны идеальными; потенциал, соответствующий логическому О, считается равным нулю; переключающие перепады для на­ глядности помечены стрелками.

В качестве примера рассмотрим действие на счетчик шес­ того импульса. По его спаду триггер Т\ устанавливается в О, перепад 1/0 на его выходе переключает в 1 триггер Тг, а триг­ гер Гз остается в прежнем (единичном) состоянии, так как перепад 0/1 на выходе Qi не является переключающим. Ана­ логично можно рассмотреть действие и других импульсов.

Рассмотрев работу счетчика, можно сделать выводы.

1. Частота импульсов на выходе каждого триггера вдвое меньше частоты импульсов на его входе, а «-разрядов счетчи­