Симметричные триггеры

Схемы, в которых выходные сигналы зависят только от сигналов поступающих на их входы в данный момент времени, называют комбинационными. Позволяя решать разнообразные логические задачи преобразования электрических сигналов, комбинационные схемы обладают одним существенным недостатком — отсутствием элементов памяти. Между тем уже такая простейшая операция, как последовательный счет импульсов, требует запоминания накопленной суммы. Могут возникнуть и более сложные задачи построения логических схем, в которых выходные сигналы в общем случае зависят не только от сигналов, поступающих на их входы в данный момент времени, но и от сигналов, воздействовавших на них ранее и хранящихся в элементах памяти. Роль таких запоминающих устройств в электронных приборах и преобразователях играют триггеры.

Триггером называется переключающее устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями и способное скачком переключаться из одного состояния в другое под действием внешнего управляющего сигнала. Триггер (рис. 67) представляет собой симметричное устройство, составленное из двух инверторов. Всегда, если это не оговаривается особо, сопротивления резисторов в схеме триггера попарно равны между собой: R1 = R6, R2 = R5 и R3 = R4. Триггер имеет два входа, один из которых обозначен буквой S (установка в единицу), а другой — буквой R (установка в нуль) и снабжен двумя выходами — прямым Q и инверсным . Состояние инверсного выхода всегда противоположно состоянию прямого выхода. Если, например, на прямом выходе триггера устанавливается потенциал логической единицы (потенциал, близкий к напряжению +U_П), то на инверсном выходе в этот же момент времени устанавливается потенциал логического нуля (малое положительное напряжение), и наоборот.

Пусть до момента времени t_l (см. рис. 67) триггер находится в нулевом состоянии: на выходе Q присутствует логический нуль, на инверсном выходе — логическая единица. Это означает, что транзистор VT2 открыт, а транзистор VT1 закрыт. Подадим в момент времени t_l на вход S импульс с уровнем логической единицы. Положительное напряжение на входе S открывает транзистор VT1. Напряжение на его коллекторе уменьшается; он начинает шунтировать цепь базы транзистора VT2. Ток базы этого транзистора уменьшится, что приведет к запиранию VT2 и увеличению напряжения на его коллекторе. Это, в свою очередь, приведет к появлению нарастающего во времени базового тока транзистора VT1, протекающего через резисторы R6 и R5, и к еще большему отпиранию транзистора VT1. За счет наличия положительной обратной связи этот процесс будет неудержимо нарастать. Устойчивое состояние достигается в момент перехода транзистора VT1 в режим полного насыщения. Транзистор VT2 окажется запертым (т. е. окажется в режиме отсечки), а транзистор VT1 будет поддерживаться в открытом состоянии током базы, протекающим через резисторы R6 и R5. Триггер устанавливается в состояние 1. Переключение триггера происходит практически мгновенно. После окончания этого процесса наличие или отсутствие импульсов на входе 5 триггера не меняет его состояния (момент t₂). Триггер возвращается в исходное состояние, если положительный импульс будет подан на вход сброса R. В силу симметрии схемы б этом случае происходит аналогичный процесс переключения транзисторов. Теперь уже транзистор VT2 начнет открываться, что вызовет запирание VT1, увеличение базового тока транзистора VT2, его дальнейшее открытие и так далее, вплоть до его полного насыщения. Триггер возвратится в исходное нулевое состояние, когда транзистор VT2 будет полностью открыт, a VT1 закрыт. Подача импульса на вход R в момент t₄ и в этом случае не изменит его состояния. Когда оба входных напряжения равны нулю, схема остается в последнем установившемся состоянии и может неограниченно долго сохранять, «помнить» его. Это свойство триггера и определило его использование в качестве элемента памяти и накопителя информации.

При работе триггера необходимо исключать одновременную подачу на входы S и R импульсов с уровнем логической единицы (момент времени t₅), так как по окончании их действия триггер случайным образом устанавливается в одно из двух устойчивых состояний: 1 или 0. Рассмотренный триггер носит название RS-триггера.