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

Если динамическое смещение практически отсутствует, то

где под іф следует понимать наибольшую из длительностей

4 , ty. Обычно наибольшей является длительность разряда уско­ ряющего конденсатора ty (так как обычно ReW R^ Rk). Однако при использовании специальных методов, например при шунтиро­ вании резисторов Re диодами (см. схему рис. 4.7а), t7 оказывается

того же порядка, что и 4 - Выше было отмечено, что 4 и 4 изменяются с изменением

емкости С в разных направлениях. Если выбрать хс так, что 4 — то разрешающее время будет минимальным (при прочих равных условиях); однако при уменьшении постоянной времени CRK ниже (2ч-3)та конденсатор С2 будет заряжаться столь быстро, что тран­ зистор Т2 может не успеть перейти в режим насыщения. Поэтому целесообразно выбрать оптимальную величину постоянной времени

^значительном разбросе параметров схемы и прежде всего коэф­ фициента усиления ß (разброс ß возможен в пределах одного по­ рядка; измерения показывают, что, например, среди транзисторов,

(4.6) служит частотным критерием выбора транзистора: при за­ данной разрешающей способности fMaKc триггера следует выбрать транзистор, у которого f.a удовлетворяет условию (4.6).

В случае применения в триггере дрейфовых транзисторов по­ лученные количественные оценки остаются справедливыми, если только учесть влияние барьерной емкости Ск коллекторного пере­

252

Переходные процессы, возникающие в триггере при счетном •запуске, в основном аналогичны процессам при раздельном за­ пуске, так как обычно счетный запуск реализуется в условиях, характерных для раздельного запуска (запускающий импульс благодаря специальной схеме управления направляется только на базу или коллектор запертого транзистора).

Повышение быстродействия триггера

Анализ переходных процессов при переключении триггера по­ казывает, что основными методами повышения быстродействия являются:

—применение высокочастотных импульсных транзисторов;

—устранение (или уменьшение) запаздывания, обусловленного рассасыванием неосновных носителей в базе насыщенного тран­ зистора;

—уменьшение времени установления напряжений на коллекто­ рах и ускоряющих конденсаторах;

—применение различных способов управляемого и форсиро­ ванного запусков.

Рассмотрим некоторые схемные реализации указанных мето- • дов повышения быстродействия.

1. Для устранения насыщения открытого транзистора триггера вместо обычных ключей ОЭ применяются рассмотренные в па­ раграфе 2.3.4 ключи с нелинейной отрицательной обратной связью. Пример схёмы ненасыщенного триггера с нелинейной обратной связью показан на рис. 4.7 а.

Ненасыщенный триггер обладает более высокой чувствитель­ ностью к запускающим импульсам (даже при использовании тран­ зисторов с большим разбросом по ß триггер запускается импуль-. сами малой длительности и амплитуды); но следствием этого яв­ ляется и худшая помехоустойчивость триггера.

2. Для сокращения длительности £ф фронта напряжения на коллекторе запирающегося транзистора применяют фиксацию по­ тенциала запертого транзистора на уровне Еф < Ек при помощи германиевого точечного диода (рис. 4.4) или кремниевого стаби­ литрона.

При фиксации потенциала запертого транзистора на уровне Еф = (0,6-г-0,7)JEK примерно в три раза сокращается длительность

фронта /ф и соответственно увеличивается быстродействие.

Для того чтобы при фиксации не уменьшалась амплитуда вы­ ходных перепадов, можно выбрать Еф по величине допустимого коллекторного напряжения транзистора UKДОц, а Ек— более высо­

253

Заметим, что при подключении нагрузки к выходу ЭП нагрузоч­ ная способность триггера повышается.

4. Для ускорения процессов роста и спада напряжений на кол лекторах применяются различные способы высокочастотной кор­ рекции; чаще всего используется простая высокочастотная кор­ рекция (включение дросселя показано на рис. 4.7 6 пунктиром).

Если потенциал базы достигает уровня £бі, диод отпирается и разряд ускоряющего конденсатора осуществляется через него.

6. Для построения ненасыщенных триггеров применяются пе­ реключатели тока; именно такими являются схемы триггеров в ряде комплексов интегральных элементов.

7. Для ускорения процессов запуска применяются специаль­ ные схемы, рассмотрение которых приводится в разд. 4.5.

4.4. РАСЧЕТ СИММЕТРИЧНЫХ ТРИГГЕРОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ

4.4.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Взависимости от функций, выполняемых триггером, и требований к мему (по быстродействию, надежности и т. д.) возможен различный порядок проек­

тирования. Можно, однако, привести некоторые общие соображения относитель­ но выбора основных параметров схемы триггера.

254

Прежде всего отметим, что транзисторы триггера выбирают по тем же кри­ териям, что и в рассмотренных в гл. 2 ключевых схемах, а именно: по критерию быстродействия, т. е. по требуемому значению fa, которое, в свою очередь, опре­ деляется требованиями к разрешающей способности триггера и к длительности ■фронта, и по критериям надеоісности, т. е. по допустимым значениям коллектор­ ного напряжения £/„доп, коллекторного тока /„доп, напряжения база— эмиттер Uоэ доп, мощности рассеяния. Конечно, не все эти допустимые величины можно оценить по исходным данным до расчета, так что предварительно можно выбрать транзистор только по одному из критериев надежности с последующей провер­ кой выполнения других.

жим выключенного транзистора: с фиксацией или без фиксации уровня коллек­ торного напряжения запертого транзистора (имея в виду, что при переменной нагрузке такая фиксация весьма желательна), а также с фиксацией или без фиксации уровня запирающего смещения на базу транзистора. При выборе схемы о фиксацией напряжений следует использовать диоды (при помощи которых реализуется фиксация), обладающие малым прямым и большим обратным со­ противлениями и малым временем переключения.

Выбор Ек, Еб, R, Re производится аналогично выбору этих параметров в транзисторных ключах. Если это требуется по условиям задачи, расчет должен быть проведен на наихудший случай с учетом допусков на параметры схемы (параграф 2.2.3).

При применении диодной фиксации коллекторных напряжений запертых транзисторов следует выбрать фиксирующее напряжение Еф, как указано в гл. 2 и в разд. 4.2, 4.3; это напряжение и должно быть учтено в условиях ра­ ботоспособности схемы как напряжение на коллекторе запертого транзистора.

Емкость С ускоряющих конденсаторов должна быть выбрана так, чтобы обеспечивалось максимальное быстродействие в условиях выбранного (или за­ данного) способа запуска (разд. 4.3).

Цепь запуска выбирается и рассчитывается так, как указано в разд. 4.5. После выбора схемы и параметров триггера обычно производится провероч­

ный расчет для установления близости основных выходных характеристик триг­ гера— длительности фронтов, разрешающего времени, амплитуды перепада на­ пряжений и т. д. — поставленным требованиям.

4.4.2. РАСЧЕТ НАСЫЩЕННОГО ТРИГГЕРА

Пусть требуется рассчитать триггер с раздельным запуском, работающий в диапазоне температур tmuJ -г- £®іакс; заданы амплитуда перепадов Um, макси­

мальная рабочая частота Ц,&ис, максимальный разброс сопротивлений бл и на­ пряжений источников питания бЕ.

Расчет параметров схемы можно вести в следующем порядке.

1. О ц е н к а н а п р я ж е н и я Ек. Из ф-лы (4.1а) следует, что Ек « г» Hm(l +RnlR). Отношение RK/R зависит от ßMnn транзистора [см., например,

255

паразитных емкостей и ускоряющих конденсаторов триггера на длительность

проверить, удовлетворяются ли требования к амплитуде перепадов напряжения

транзистора в ключевом режиме (с учетом влияния изменения коллекторного напряжения и тока на / а).

4.4.3. РАСЧЕТ НЕНАСЫЩЕННОГО ТРИГГЕРА НА КЛЮЧАХ С ООС

Расчет величин Ек, Ее и Як и выбор типа транзистора в ненасыщенном триггере производятся из тех же соображений, что и в симметричном насыщен­ ном триггере. При расчете сопротивлений Re и R необходимо учитывать коллек­ торное напряжение открытого транзистора ик от-, условия работоспособности триггеров в ООС можно записать в форме

сохранить лишь знаки равенства. Однако округление вычисленных величин со­ противлений Raan, Re мин, Яо до стандартных значений может привести к невы­ полнению этих условий. Поэтому введем в указанные равенства коэффициент за­ паса at > 1:

Если соседние стандартные значения номиналов сопротивлений отличаются друг от друга па 10%, то наибольшая ошибка при округлении величины сопро­

256

4.5. СХЕМЫ ЗАПУСКА СИММЕТРИЧНЫХ ТРИГГЕРОВ

4.5.1. СХЕМЫ РАЗДЕЛЬНОГО ЗАПУСКА

Схемы раздельного запуска на базы

Рассматриваемые в этом параграфе цепи запуска исполь­ зуются не только для управления симметричными триггерами на дискретных компонентах, но и для управления многими другими импульсными устройствами (несимметричными триггерами, мульти­ вибраторами, блокинг-генераторами, фантастронными генераторами и т. д.); эти цепи необходимы и для соединения различных импульс­ ных устройств при построении сложных функциональных узлов (на­ пример, счетчиков, регистров и т. д.).

Как было указано в разд. 4.1, в зависимости от функции, вы­ полняемой триггером, применяют различные способы управления, например, раздельный и общий (счетный). В зависимости от того, куда непосредственно поступает импульс со схемы запуска, раз­ личают схемы запуска на базы и на коллекторы. В транзисторных триггерах могут быть схемы общего и раздельного запуска на базы и общего и раздельного запуска на коллекторы.

Для запуска триггеров часто используют как сравнительно

короткие импульсы, так и перепады напряокения. Поэтому состав­ ной частью большинства схем запуска триггеров на дискретных компонентах является укорачивающая /?С-цепь (рис. 4.8 а) или ^L -цепь, причем функции /^L-цепи часто выполняет импульсный трансформатор (рис. 4.8 6). Такая цепь укорачивает время дей­ ствия на триггер длительных входных импульсов, т. е. позволяет запускать триггер по одному входу, например е\, до окончания импульса на втором входе е2.

Однако при укорочении этой цепью входного импульса на триг­ гер действуют два коротких импульса (положительный и отри­ цательный), возникающих вследствие дифференцирования фрон­ тов запускающего импульса. В результате создается опасность двойного срабатывания триггера от одного входного импульса.