Устройство и принцип работы триггеров

Транзисторные триггеры имеют большое разнообразие схемного исполнения. Рассмотрим два самых распространенных схемных решений триггеров: триггер Шмидта и симметричный триггер.

Симметричный (RS-)триггер

Симметричным триггером называется триггер (R-S-триггер), имеющий два устойчивых состояния (рис.6). В силу действия все тех же причин, что и мультивибраторов, случайные факторы невозможно предугадать, в какое из двух состояний установится триггер при подключении его к источнику питания. Поэтому обычно предусматриваются меры для начальной установки триггера в требуемое состояние. Как правило, это осуществляется подачей управляющего сигнала наR-вход, всегда устанавливающего триггер в нулевое состояние.

Состав и назначение элементов схемы

VT₁,VT₂– транзисторы, ключевые усилительные элементы;

С₁, С₂– форсирующие емкости;

R₁,R₂– сопротивления нагрузки транзисторов;

R₅,R₆– гасящие сопротивления, определяющие режим работы транзисторов;

R₃, и R₄– сопротивления коллекторно-базовой положительной обратной связи;

VD₁, VD₂– диоды для отсечки отрицательных входных импульсов.

Рис.6. Принципиальная схема симметричного триггера

Состояние логического нуля характеризуется следующими показателями. Транзистор VT₁закрыт (первоначально входным сигналомu_вх0<0) и напряжение на его коллекторе (инверсный выход) равно напряжению источника питания Е_к(логическая единица). Транзистор VT₂открыт и напряжение на его коллекторе (основной выход) близко к нулю (логический ноль), а коллекторный ток максимален. Протекает постоянный ток резисторного делителя напряжения, образованного сопротивлениямиR₄иR₅(обычноR₃=R₄=R₅=R₆) с источником питания. В результате совместного действия напряжения смещения и падения напряжения на резисторе R₅, создается разность потенциалов, удерживающая транзистор VT₁в запертом состоянии. Протекает постоянный ток резисторного делителя напряжения, образованного последовательным соединением резисторовR₁,R₃иR₆(обычноR₁=R₂<R₃)cисточником питания. В результате совместного действия напряжения смещения и падения напряжения на резисторе R₆, создается разность потенциалов, удерживающая транзистор VT₂в отпертом состоянии.

Анализ величин токов и напряжений, характеризующих нулевое состояние триггера, показывает, что не существует каких-либо причин нарушения этого состояния. Поэтому оно является устойчивым и может сохраняться неограниченно долго.

Состояние логической единицы триггер примет, если на его S-вход подать управляющий сигнал, вызывающий запирание транзистора VT₂. При этом напряжение на коллекторе становится равным напряжению источника питания. Оно через делитель напряжения R₂, R₄и R₅скомпенсирует запирающее действие напряжение базового смещения на транзисторVT₁и отопрет его. Коллекторное напряжение транзистораVT₁становится равным нулю и уже не может противодействовать базовому смещению, запирающему транзистор VT₂. Поэтому схема снова принимает статическое состояние, которое можно изменить только подачей управляющего сигнала наR-вход триггера.

Рис.7. Временные диаграммы работы симметричного триггера

Обычно в схемах триггеров напряжение смещения создается цепью автоматического смещения, состоящей из сопротивления R_эи емкости С_э. Она образует смещение на общей эмиттерной нагрузкеR_эза счет тока открытого в данный момент транзистора. Надежность запирания одного из транзисторов при отпертом состоянии другого обеспечивается выборомR_э= (0,1…0,2)R₁.

Кроме этого, для ускорения процесса опрокидывания триггера параллельно резисторам коллекторно-базовых связей могут быть включены форсирующие конденсаторы небольшой емкости.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта –это транзисторный несимметричный статический триггер с эмиттерно-базовой связью (рис.8). Его несимметричность является следствием выбора R₃= (2…3)R₅и применением отдельного делителя напряжения R₁, R₂, обеспечивающего поддержание отпертым транзистораVT₁после поступления на вход схемы импульсов отрицательной полярности.

Состав и назначение элементов схемы

VT₁,VT₂– транзисторы, ключевые усилительные элементы;

С₁– ускоряющая емкость;

R₁, R₂– делитель напряжения транзистораVT₁;

R₃,R₅– нагрузки транзисторовVT₁,VT₂;

R₄– общая эмиттерная нагрузка для обратной связи по току;

R₆, R₇– делитель напряжения транзистораVT₂.

В триггере Шмидта обычно используется для подключения нагрузки только один выход – коллекторный выход транзистора VT₂. Управление состояниями триггера Шмидта может осуществляться либо с помощью импульсов чередующейся полярности, либо напряжениями, непрерывно изменяющимися по величине и полярности. В последнем случае делительR₁,R₂можно не применять.

Управляющий сигнал подается на базу транзистора VT₁. При этом напряжение положительной полярности вызывает запирание транзистораVT₁, что, в свою очередь, обусловливает отпирание транзистораVT₂, то есть переход триггера в нулевое состояние (рис.7). Напряжение отрицательной полярности отпирает транзистор VT₁, что приводит к запиранию транзистора VT₂и установке триггера в единичное состояние.

Причиной сохранения триггером Шмидта того или иного состояния является несимметричность его схемы и действие обратных связей по току через резистор эмиттерной нагрузки R₄.

При подаче на вход триггера Шмидта гармонического колебания он работает следующим образом. В моменты запирания t₁,t₂и отпиранияt₃транзистораVT₁, а значит, и опрокидывания триггера обусловлены действием входного напряжения, превышающего в это время пороговые уровни отпирания и запирания.

Несимметричный триггер Шмидта применяется в качестве преобразователя медленно меняющегося напряжения произвольной формы (чаще всего гармонического) в напряжение прямоугольной формы.

Рис.8. Принципиальная схема триггера Шмидта

Рис.7. Временные диаграммы работы триггера Шмидта