Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

левого усиления Ко двухкаскадного усилителя, замкнутого в петлю положительной обратной связи, превышает единицу: Ко > 1, то любое изменение токов и напряжений приведет к возникновению лавинообразного, регенеративного процесса нарастания тока од­ ного транзистора и убывания тока другого. Например, увеличение коллекторного тока ік 1 приведет к увеличению (уменьшению по абсолютной величине) коллекторного напряжения ик , транзистора

дальнейшее увеличение ік у (наличие в схеме ускоряющих конден­ саторов С1, С2 приводит, как показано в разд. 4.3, к ускорению регенеративного процесса). Регенеративный процесс изменения то­ ков и напряжений будет продолжаться до тех пор, пока не прекра­ тится действие положительной обратной связи. Это возможно при запирании одного транзистора (в нашем примере Т2) или насыще­ нии другого (Ту). В обоих случаях в схеме установится устойчи­ вое равновесие.

Параметры схемы можно выбрать так, чтобы в стационарном состоянии равновесия один из транзисторов был бы заперт, а дру­ гой— открыт и насыщен (в этом случае триггер называется насы­ щенным). Таким образом, триггер обладает двумя устойчивыми— состояниями равновесия: в одном Ту — открыт и насыщен, Т2 заперт, во втором — наоборот.

Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое, т. е. опрокидывание, или переключение его, осуществляется бла­ годаря воздействию внешнего управляющего (запускающего) на­ пряжения (тока). Это напряжение (ток) может быть введено, на­ пример, в цепь базы одного из транзисторов. Нетрудно убедиться

(т. е. произведение коэффициентов усиления каскадов на транзи­ сторах Ту и Т2 больше единицы), имеет вид гистерезисной петли (см. рис. 4.1 а). Поэтому как только управляющее напряжение до­ стигнет порогового уровня, схема скачком перейдет из одного устойчивого состояния в другое. Если, например, управляющее на­ пряжение введено в цепь базы запертого транзистора Т2, то как только это напряжение достигнет уровня, при котором Т2 откроет­ ся, появится коллекторный ток ік2, уменьшится ток is ь транзистор Ту перейдет в активный режим, будет, следовательно, восстанов­ лена петля положительной обратной связи и возникающий при этом регенеративный, лавинообразный процесс изменения токов и напряжений приведет к опрокидыванию схемы: транзистор Ту за­ пирается, транзистор Т2 отпирается и насыщается.

В результате опрокидывания на коллекторах транзисторов соз­ даются положительные и отрицательные перепады токов и напря­ жений, которые можно использовать для управления другими триг­ герами или различными ключевыми схемами.

2 «

Амплитуда Um выходного перепада напряжения равна измене­ нию напряжения на коллекторе транзистора в результате опроки­ дывания: Um — I Икз— ик от I, где ик от — коллекторное напряжение открытого транзистора, в насыщенном триггере иК0Т = икп', «кз— коллекторное напряжение запертого транзистора:

W|<3== ß _j_ ß ( AR ~t“ До-Як “I“ ГГбц),

«Gn — напряжение на базе насыщенного транзистора. В насы­ щенных триггерах на германиевых транзисторах обычно |ггкы| <С < 1икз| и |ыбн|<-Ек и поэтому

Для обеспечения статических режимов, т. е. двух указанных устойчивых состояний, должны быть выполнены условия запира­ ния одного транзистора « б з^ - Unop (или Поз-^^пор для транзистора типа п-р-п), и насыщения другого г’б ^/б и (^п о р — по-прежнему по­ роговый уровень отпирания транзистора, / бП— насыщающий ток базы транзистора). Для рассматриваемой схемы эти условия, как показано в параграфе 2.2.3, принимают вид неравенств (2.73) и

1+ |,_ё7 Ж

Необходимо отметить, что если параметры схемы выбраны так, что условия обеспечения устойчивых состояний выполняются, го автоматически выполняется и условие /Со 1. Действительно, если пренебречь входным сопротивлением открытого транзистора, то­ ком /ко и не учитывать зависимость параметров транзистора от ре­

Очевидно, что если выполняются условия (4.2), то тем более будет выполнено условие (4.2а).

244

4.2.2. ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ

Подключение нагрузки может нарушить стабильность триггера по постоянному току, т. е. устойчивость стационарных состояний. Действительно, подключение нагрузки приводит к изменению экви­ валентного сопротивления коллекторной цепи, что, в свою очередь, вызывает изменение коллекторного тока и напряжения; это изме­ нение влияет на степень насыщения включенного транзистора и запас надежности по запиранию.

На рис. 4.3 пунктиром показано подключение нагрузки к од­ ному плечу триггера — параллельно резистору Ru(Rn i) или парал­

ки заданы, то нетрудно найти RK.

Когда транзистор Т2 заперт, нагрузка RBі практически не влия­ ет на его режим; однако при этом несколько увеличивается ток базы другого транзистора Ті, так как несколько увеличивается со­ ставляющая этого тока: вместо Дк/(^ к + R) она становится равной

Е М + Ю-

Если Rn I — коммутируемая нагрузка, подключаемая только в моменты запирания Т2, то ее влиянием на статические режимы триг­ гера можно пренебречь.

Пусть нагрузка RH2 включается параллельно транзистору Т2. Когда Т2 открыт и насыщен, нагрузка практически не влияет на режим, так как выходное сопротивление транзистора в режиме на­ сыщения весьма мало. Когда Т2 закрыт, подключение нагрузки приводит к уменьшению напряжения на коллекторе, и поэтому уменьшаются амплитуда выходного перепада и ток базы іб і тран­

зистора Т\.

Действительно, включение RB 2 можно учесть, согласно теореме об эквивалентном генераторе, заменой коллекторной цепи питания

245..

(Як, Ri;) на эквивалентную: E,к э к о

Поэтому амплитуда перепада напряжения почти равна ЕКВКЪ<.ЕК

Полученные выше соотношения остаются справедливыми при включении в оба плеча триггера одинаковых нагрузок.

Для уменьшения влияния нагрузки в триггерах применяются ключи с фиксацией коллекторного напряжения закрытого тран-

4.2.3. ТРИГГЕРЫ С АВТОМАТИЧЕСКИМ СМЕЩЕНИЕМ

Помимо основной схемы (рис. 4.3) и схемы с диодами, фикси­ рующими потенциал коллектора закрытого транзистора (рис. 4.4), на практике применяется и схема с автоматическим смещением (рис. 4.5), которое создается за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении Дэ открытого транзистора. Условия работо­ способности (а также методика расчета) триггера с автоматиче­ ским смещением такие же, как для триггера с внешним смеще­ нием, если принять (рис. 4.5) эквивалентные напряжения питания

предполагается, что открытый транзистор находится в режиме на-

246 '

Емкость выбирается достаточно большой, чтобы'за время опроки­ дывания напряжение смещения практически оставалось неизмен­ ным. Достоинством описанного триггера является отсутствие от­ дельного источника смещения. Однако он обладает рядом недостатков по сравнению с триггером с внешним смещением: схема

Из сказанного следует, что в устройствах, использующих боль­ шое число триггеров, более выгодным является применение общегодля всех схем внешнего источника смещения.

4.3. СИММЕТРИЧНЫЕ ТРИГГЕРЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

4.3.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ТРИГГЕРА

Предварительные замечания

Переключение триггера запускающим импульсом происходит не мгновенно, а в течение конечного промежутка времени вследствие инерционности транзисторов и наличия паразитных емкостей. Ха­ рактер и длительность переходного процесса переключения зави­ сят от параметров и структуры схемы триггера, а также от спо­ соба запуска (раздельного или общего), схемы цепи запуска, фор­ мы, амплитуды и длительности запускающих импульсов.

Исследование переходного процесса в различных режимах пе­ реключения триггера является задачей сложной и громоздкой. Поэтому рассмотрим лишь качественную сторону процессов и по­ лучим (при упрощающих предположениях) приближенные коли­ чественные оценки быстродействия триггера для случая раздель­ ного запуска.

Предположим, что схема запускается импульсами тока /вх прямоугольной формы, причем Івх — сильный сигнал (генератор тока показан пунктиром на рис. 4.3); будем также пренебрегать

247