книги / Физические основы электроники
..pdfРис. 9.51 Рис. 9.52 Рис. 9.53
Если переключение осуще |
|
|
|
|
ствляется по |
отрицательному |
— |
4" |
|
фронту (как, например, в триг |
|
|
|
|
гере на транзисторах п—р—п- |
|
|
|
|
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 R—R 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 R—Re2и 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 R—Ябг 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 * -Е 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 Ux2» -Е 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- ~ -Е 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.
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