Импульсная и цифровая техника

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 на R-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 VT₁ закрыт (первоначально входным сигналом u_вх0 <0) и напряжение на его коллекторе (инверсный выход) равно напряжению источника питания Е_к (логическая единица). Транзистор VT₂ открыт и напряжение на его коллекторе (основной выход) близко к нулю (логический ноль), а коллекторный ток максимален. Протекает постоянный ток резисторного делителя напряжения, образованного сопротивлениями R₄ и R₅ (обычно R₃ = R₄ = R₅ = R₆) с источником питания. В результате совместного действия напряжения смещения и падения напряжения на резисторе R₅, создается разность потенциалов, удерживающая транзистор VT₁ в запертом состоянии. Протекает постоянный ток резисторного делителя напряжения, образованного последовательным соединением резисторов R₁, R₃ и R₆ (обычно R₁ = R₂ < R₃) c источником питания. В результате совместного действия напряжения смещения и падения напряжения на резисторе R₆, создается разность потенциалов, удерживающая транзистор VT₂ в 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, R₄ и R₅ скомпенсирует запирающее действие напряжение базового смещения на транзистор VT₁ и отопрет его. Коллекторное напряжение транзистора VT₁ становится 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 на R-вход т
риггера.

Рис.7. Временные диаграммы работы симметричного триггера

Обычно в схемах триггеров напряжение смещения создается цепью автоматического смещения, состоящей из сопротивления R_э и емкости С_э. Она образует смещение на общей эмиттерной нагрузке R_э за счет тока открытого в данный момент транзистора. Надежность запирания одного из транзисторов при отпертом состоянии другого обеспечивается выбором R_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)R₅ и применением отдельного делителя напряжения R₁, R₂, обеспечивающего поддержание отпертым транзистора VT₁ после 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 транзистора VT₁;
R₃, R₅ – нагрузки транзисторов VT₁, VT₂;
R₄ – общая эмиттерная нагрузка для обратной связи по току;
R₆, R₇ – делитель напряжения транзистора VT₂.
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 делитель R₁, R₂ можно не применять.
Управляющий сигнал подается на базу транзистора VT₁. При этом напряжение положительной полярности вызывает запирание транзистора VT₁, что, в свою очередь, обусловливает отпирание транзистора VT₂, то есть переход триггера в нулевое состояние (рис.7). Напряжение отрицательной полярности отпирает транзистор VT₁, что приводит к запиранию транзистора VT₂ и 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, t₂ и отпирания t₃ транзистора VT₁, 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

Р
ис.7. Временные диаграммы работы триггера Шмидта