1.4. Триггер с ускоряющими емкостями

Для повышения скорости переключения триггера используют емкости, подключенные параллельно резисторам R (рис. 6), которые называют форсирующими или ускоряющими. Ускоряющие емкости шунтируют сопротивления R для быстрых скачков напряжения, поскольку их сопротивление быстрым изменениям тока близко к нулю. При этом в законе переключения (7) можно положить R = 0 и получить

.

Рис. 6. Триггер с ускоряющими емкостями

Таким образом, введение ускоряющих емкостей повышает неустойчивость транзисторов в линейной области их ВАХ и ускоряет процесс переключения триггера. Однако следует заметить, что при этом увеличивается время восстановления схемы, поскольку после каждого переключения требуется время для перезарядки емкостей C. Один из конденсаторов заряжается от источника E_к через сопротивление R_к и входное сопротивление открытого транзистора, а другой – разряжается через сопротивление R, создавая на базе закрытого транзистора повышенное запирающее напряжение. В течение этого промежутка времени чувствительность триггера к запускающим импульсам понижается.

2. Описание экспериментальной установки

Лабораторный макет для изучения работы электронного триггера показан на рисунке 7. Схема представляет собой симметричный триггер на базе кремниевых n-p-n-транзисторов. Установка и сброс триггера производится путем замыкания кнопок R и S, с помощью которых базы транзисторов через сопротивления R_б подключаются к общему проводу. Для запуска схемы в счетном режиме предусмотрена цепь VD1, VD2, R₁ и C₁, представляющая собой диодно-резистивный вентиль. Диоды работают в ключевом режиме и открываются только при подаче на счетный вход импульсов отрицательной полярности. В состоянии покоя диоды находятся в режиме обратного смещения, поскольку к одному из них приложено обратное напряжение, близкое к E_к, а к другому – близкое к нулю (порядка E_кR_к/(R + R_к)).

Подбирая амплитуду отрицательных запускающих импульсов, можно добиться того, чтобы открывался только диод, запертый меньшим напряжением, то есть тот, который подключен к коллектору закрытого транзистора. При этом обеспечивается отрицательный скачок напряжения на коллекторе закрытого транзистора, который через резистор R передается на базу открытого транзистора, выводя его из устойчивого состояния. Далее начинается процесс переключения состояния триггера, подробно описанный выше.

Помимо лабораторного макета, в который встроены источник постоянного напряжения E для питания триггера и генератор импульсов отрицательной полярности для его запуска, в состав экспериментальной установки входят: цифровой вольтметр, осциллограф и низкочастотный генератор синусоидального сигнала.

Рис. 7. Схема лабораторного макета

3. Порядок выполнения работы

1. При домашней подготовке изучить методические указания и нарисовать в лабораторном журнале функциональные схемы измерений.

2. На лабораторном макете собрать схему триггера с ускоряющими емкостями (рис. 6), используя элементы навесного монтажа по указанию преподавателя. К выходу триггера подключить цифровой вольтметр и измерить уровни выходного напряжения, соответствующие логическому нулю U_Q0 и логической единице U_Q1, переключая триггер с помощью кнопок R и S.

3. Подать на базу транзистора VT1 синусоидальный сигнал с частотой 1–3 кГц. Подключить осциллограф к выходу триггера и, увеличивая амплитуду входного сигнала, добиться периодического переключения триггера. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов.

4. Не отключая от входа триггера генератор синусоидального сигнала, перевести осциллограф в режим внешней развертки и внешней синхронизации. Входной сигнал использовать для формирования развертки осциллографа (подать на вход Х осциллографа). Получить на экране пусковую характеристику триггера и зарисовать ее. Провести калибровку осциллографа по оси Х, для чего включить встроенный в осциллограф калибратор и подать на пластины Х сигнал с его выхода. Пользуясь данными калибровки, на графике указать масштаб входного напряжения и измерить ширину петли гистерезиса |U₁ – U₀| пусковой характеристики.

5. Подать на счетный вход триггера сигнал со встроенного в макет генератора импульсов, установив частоту их повторения порядка 300 Гц, а длительность – порядка 3 мкс. Подбирая амплитуду импульсов, добиться устойчивого переключения триггера в счетном режиме. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов триггера, используя для внешней синхронизации осциллографа входные импульсы. Регулируя амплитуду запускающих импульсов, с помощью осциллографа измерить ее минимальное значение, при котором еще происходит переключение триггера.

6. Проделать п. 3.5, отключив ускоряющие конденсаторы. Сравнить осциллограммы с полученными в п. 3.5.

7. Отчет должен содержать наименование и цель работы, краткий конспект теоретических сведений, схемы проводимых экспериментов и результаты измерений.