15.3. Триггеры

Триггерами называют большой класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Триггеры – это логические устройства с памятью. Их выходные сигналы в общем случае зависят не только от сигналов, приложенных к входам в данный момент времени, но и от сигналов, воздействовавших на них ранее. В зависимости от свойств, числа и назначения триггеры можно разделить на несколько видов.

Классификация триггеров:

1. По способу ввода информации – асинхронные, синхронные;

2. По способу управления - со статическим управлением, с динамическим управлением, двухступенчатые;

3. По функциональному признаку - Т-триггеры, RS-триггеры, JK-триггеры,

D-триггеры.

Т-триггер – это логическая схема (рис.199) с двумя устойчивыми состояниями и одним информационным входом Т, изменяющая свое состояние всякий раз, когда на вход Т поступает управляющий сигнал. Применяются для построения счетчиков, регистров и других устройств. При Т = 1 соответствующий фронт сигнала на входе переводит триггер в противоположное состояние. Частота изменения на выходе в два раза меньше частоты импульсов на входе.

Рис. 199

15.4. Компараторы и триггеры Шмитта

Многие устройства импульсной и цифровой техники успешно выполняются на операционных усилителях. Операционным усилителем (ОУ) называют дифференциальный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенный для выполнения операций с аналоговыми величинами при работе в схемах с отрицательной обратной связью. ОУ выполняются в виде интегральной микросхемы (например, К140УД8).

Компаратором (от английского - сравнивать) называют устройство, предназначенное для сравнения двух напряжений.

Компаратор изменяет уровень выходного напряжения, когда уровни непрерывно изменяющихся входных сигналов становятся равными.

На рис. 200, а изображена схема простейшего компаратора на операционном усилителе для сравнения напряжений одного знака. Выходное напряжение

.

На рис.200,б приведена передаточная характеристика компаратора, а на рис.200, в - его условное обозначение. Благодаря высокому коэффициенту усиления компаратор переключается при очень малой разности входных напряжений входных напряжений U ₁– U₂.

Компараторы выпускаются в виде микросхем, например К957СА1 или 521СА4 и других.

а б в

Рис. 200

Компаратор, уровни включения и выключения которого не совпадают, называют триггером Шмитта (пороговым элементом).

Разница в уровнях называется гистерезисом переключения. Триггер Шмитта может быть построен на двух транзисторных каскадах усиления, охваченных положительной обратной связью. На рис. 201, а, б, в приведены

а б в

Рис. 201

схема, передаточная характеристика и условное обозначение инвертирующего триггера Шмитта.

Если к инвертирующему входу приложено достаточно большое отрицательное напряжение U _вх , то выходное напряжение компаратора

U _вых = U _{вых max}.

Если увеличивать U _вх , то U _вых не изменится до тех пор, пока U _вх < U +_max При U _вх = U +_max. выходное напряжение за счет действия положительной обратной связи изменяется скачком до U_{вых min}, а напряжение прямого входа – до U+ _min = U _вкл..

При дальнейшем увеличении U _вх выходное напряжение не изменяется. Если теперь уменьшить U _вх , то U _вых изменится только при U _вх = U +_max , скачком возрастая до U _{вых max}. Гистерезис переключения

ΔU_вх = (U _{вых max} - U_{вых min})/ R1/(R1+ R2).

Одна из основных областей применения триггера Шмитта – формирование напряжения прямоугольной формы из входного напряжения произвольной формы. Триггер Шмитта используется также в качестве порогового устройства для регистрации превышения входным напряжением порогового значения U _вкл. (или U _выкл.).