Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта)

Схема триггера Шмитта показана на рис.3.15.

Рис.3.15. Принципиальная схема триггера Шмитта

Данная схема имеет два устойчивых состояния равновесия.

Здесь перепады напряжения с левого плеча на правое передаются, как обычно, через делитель напряжения R-R_б2, а с правого на левое – через общий резистор в цепи эмиттеров R_э. Шунтировать этот резистор конденсатором нельзя, в противном случае напряжение на R_э не сможет быстро изменяться. Конденсатор C является ускоряющим. Делитель напряжения R₁- R₂ обеспечивает необходимый режим работы транзистора VT₁.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу триггера Шмитта, показаны на рис.3.16. Введём следующие обозначения:

• U'_э – уровень напряжения на эмиттерах схемы, при котором происходит отпирание транзистора VT₁;

• U''_э – уровень напряжения на эмиттерах схемы, при котором происходит отпирание транзистора VT₂;

В исходном состоянии VT₁ открыт и насыщен за счёт напряжения, снимаемого с делителя R₁- R₂ . Напряжение коллектора U_к1 делится цепью

R-R_б2 и лишь часть его подаётся на базу транзистора VT₂. Таким образом, база транзистора VT₂ имеет положительный потенциал, меньший, чем эмиттер, а поэтому при открытом транзисторе VT₁ транзистор VT₂ заперт. Когда же открыт и насыщен VT₂, транзистор VT₁ будет заперт только в том случае, если напряжение на эмиттерах будет превышать по абсолютному значению напряжение на базе U_б1. Это условие выполняется подбором сопротивлений плеч делителя R₁-R₂ и тока насыщения транзистора VT₂.

Работа триггера Шмитта.

Пусть на базу открытого транзистора VT₁ подаётся отрицательный запускающий импульс, под действием которого VT₁ выходит из состояния насыщения и потенциал его коллектора становится более положительным. Теперь возникает лавинообразный процесс:

+ΔU_к1 → +ΔU_б2→ +Δi_к2 → +Δi_э2 → +ΔU_Rэ → – ΔU_б1 → –Δi_к1 →

→ +ΔU'_к1 (> +ΔU_к1).

В результате лавинообразного процесса транзистор VT₁ запирается, а VT₂ полностью отпирается и насыщается. Аналогично протекает и обратный процесс, когда на вход VT₁ поступает положительный импульс.

Выходные импульсы снимаются с коллектора VT₂, не связанного непосредственно с другими элементами схемы. Благодаря этому нагрузка триггера не оказывает на них (элементы схемы) существенного влияния.

Рис.3.16. Временные диаграммы работы триггера Шмитта

Триггер Шмитта часто используют для формирования прямоугольных импульсов из напряжения произвольной формы и, в частности, из синусоидального напряжения. Принцип работы такого триггера показан на временных диаграммах (рис.3.17).

Рис.3.17. Получение прямоугольных импульсов из синусоиды

с помощью триггера Шмитта

Как только под действием U_вх потенциал базы транзистора VT₁ станет равным потенциалу эмиттера (U_б1 = U'_э), транзистор VT₁ запирается, схема лавинообразно опрокидывается, и транзистор VT₂ отпирается и насыщается. Пока VT₁ остаётся запертым, на выходе формируется плоская вершина импульса. Когда под действием U_вх потенциал базы VT₁ сравняется с новым значением потенциала эмиттера (U_б1 = U''_э), начнётся новый лавинообразный процесс, в результате которого будет сформирован срез импульса, после чего схема вернётся в своё исходное состояние. Подбором величин резисторов R₁ и R₂ можно так подобрать режим работы VT₁, что он будет находиться одинаковое время в запертом и открытом состояниях.

При ΔU^′= ΔU^′′ триггер может переключаться разнополярными напряжениями одинакового уровня. При этом длительности формирования импульса и паузы будут одинаковыми. При ΔU^′≠ ΔU^′′ переключение осуществляется разнополярными напряжениями разных значений.

Благодаря лавинообразным процессам триггер Шмитта, по сравнению с ограничителями амплитуды, обеспечивает лучшую форму прямоугольных импульсов, формируемых из синусоиды.

Триггер Шмитта можно использовать как пороговое устройство: если входной сигнал достигает определённого порога, то триггер переключается. Величину порога переключения можно менять, изменяя потенциал базы VT₁ с помощью делителя напряжения R₁-R₂.