ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 162
Скачиваний: 0
лаксационного процесса устройство находится в устойчивом равновесии, но это состояние является временным и называет ся квазиустойчивым состоянием равновесия. В релаксацион ных генераторах могут использоваться двухкаскадные усили тели (такие релаксаторы называются мультивибраторами) пли усилители с трансформаторным выходом (такие релакса торы называются блокинг-геператорамн).
Режимы работы релаксационных генераторов
Релаксационные генераторы могут работать в трех режи мах.
Ждущий (заторможенный) режим. В этом режиме одно оп рокидывание происходит при воздействии внешнего сигнала, а другое является следствием релаксационного процесса в гене раторе. Таким образом, одно из состояний релаксатора в жду щем режиме является устойчивым, другое — квазиустойчивым. Именно этот режим был рассмотрен выше. Ждущий режим ис пользуется обычно для получения импульса заданной длитель ности и формы в момент времени, определяемый входным сиг налом.
Автоколебательный режим. В этом режиме оба состояния равновесия являются квазиустойчивыми и опрокидывания про исходят под влиянием релаксационных процессов без внешних воздействий. Автоколебательный режим используется для ге нерации импульсов (чаще всего прямоугольных).
Режим синхронизации. В этом режиме на релаксатор, рабо тающий в автоколебательном режиме, подаются внешние син хронизирующие сигналы. При этом период повторения генери руемых импульсов становится кратным периоду повторения синхронизирующих сигналов. Режим синхронизации исполь зуется для стабилизации работы релаксатора и для деления частоты входных сигналов.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Нарисуйте временные диаграммы wBX= / j ( / ) и u tb!1= f o ( t )
врелаксаторе (рис. 5.12).
2.Как изменится длительность квазиустойчивого состояния равновесия при уменьшении емкости С?
Глава 6
ТРИГГЕРЫ
§ 6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
риггерами называются регенеративные устройства, ко Тторые имеют два устойчивых состояния равновесия и пе реходят скачком из одного состояния в другое под воз
действием управлящего сигнала.
Состояния равновесия триггеров могут отличаться парамет рами синусоидальных или релаксационных колебаний (дина мические триггеры), величиной п полярностью остаточной ин дукции ферромагнитных элементов (ферротранзисторные триггеры) и т. д. Однако наиболее важное значение имеют по тенциальные (или статические) триггеры, у которых состояния равновесия отличаются величиной потенциала на выходе. По тенциальные триггеры могут собираться на газоразрядных приборах, тиристорах, туннельных диодах (такие триггеры рассматриваются в гл. 9) и других приборах.
В настоящей главе рассматриваются получившие наиболь шее распространение потенциальные триггеры на транзистор ных и ламповых усилителях. Достоинствами таких тригге ров являются стабильность работы, хорошая нагрузочная спо собность, а для транзисторных триггеров — высокая надеж ность и возможность микроминиатюризации. Как было показано в гл. 5, для получения такого триггера необхо димо двухкаскадный усилитель с коэффициентом усиления, большим единицы, охватить положительной обратной связью. Причем, в цепи обратной связи не должно быть реактивных элементов, т. е. связи должны быть резисторными. Если оба усилительных каскада являются идентичными, то триггер на зывается симметричным. Если каскады не идентичны, то триг гер называется несимметричным. Потенциальные триггеры ши роко применяются в качестве запоминающих устройств, пересчетных ячеек, формирователей прямоугольных импульсов, пе реключателей цепей радиоэлектронной аппаратуры, устройств сравнения и для выполнения многих других функций.
2 1 6
Вначале будут рассмотрены основные схемы симметричных и несимметричных триггеров на транзисторах, а потом — ана логичные схемы па лампах.
§ 6.2. СИММЕТРИЧНЫЙ ТРИГГЕР НА ТРАНЗИСТОРАХ
Ма рис. 6.1 изображена наиболее распространенная схема симметричного триггера с коллекторно-базовыми связями и внешним источником смещения. Триггер состоит из двух иден тичных усилительных каскадов, собранных на транзисторах
77 и 72. Положительная обратная связь между каскадами осу ществляется через резисторные делители R \—R2 = R и R6l — - R &1 — Rc>- Емкости С\ = С2 = С оказывают влияние только на переходные процессы, а на статические состояния триггера не влияют. Рассмотрим принцип действия триггера.
Состояния устойчивого равновесия
Как было показано в гл. 5, когда коэффициент усиления усилителя больше 1, двухкаскадный усилитель с петлей поло жительной обратной связи не может находиться в состоянии
2 1 7
устойчивого равновесия. Поэтому состояние, при котором оба транзистора открыты и находятся в активной области, являет ся неустойчивым. В схеме возможны два состояния устойчиво го равновесия:
1.Транзистор 77 открыт и насыщен, Т2 — заперт.
2.Транзистор 77 заперт, Т2 — открыт и насыщен.
Вэтих состояниях 7ѵ = 0 и триггер находится в устойчивом равновесии. Оба состояния равновозможны, так как схема яв ляется полностью симметричной. Рассмотрим, как может су ществовать одно из таких состояний, например состояние, при котором 77 открыт, Т2 закрыт. Если транзистор 77 открыт, то
на его коллекторе будет напряжение
Щ і .Э І — U К.Э.Н “ 0 .
Следовательно, делитель R1 7?б,, подсоединенный к коллек тору 77, оказывается включенным между потенциалами 0 и -\-Ь(у В результате напряжение «о.э2 оказывается положитель ным и транзистор Т2 заперт. На коллекторе этого транзистора устанавливается напряжение, близкое к — £ к. Таким образом, делитель R2 R6i, подсоединенный к коллектору Т2, оказывает ся включенным между напряжениями — £ к и + Е 6 и при оп ределенном подборе плеч делителя напряжение іівм оказыва ется отрицательным и достаточным для перевода транзистора
77в режим насыщения.
Это состояние является устойчивым и может сохраняться
неограниченно долго, до воздействия управляющего сигнала.
Запуск и опрокидывание триггера
Процесс опрокидывания триггера с использованием харак теристик усилителя был проанализирован в § 5.4. Рассмотрим теперь физические процессы при опрокидывании транзистор ного триггера. Для опрокидывания триггера нужно подать управляющий сигнал, вызывающий процесс запирания откры того или процесс отпирания закрытого транзистора. Существу ет несколько способов запуска, которые подробнее будут рас смотрены ниже. Проанализируем один из способов запуска, заключающийся в подаче положительного короткого импульса на базу открытого транзистора (такой способ запуска называ ется раздельным). Временные диаграммы напряжений изобра жены на рис. 6.2.
Пусть в триггере установилось следующее равновесие: тран зистор Т1 насыщен, транзистор 1 /’ заперт. При подаче поло жительного импульса на базу открытого транзистора 77 он вы ходит из режима насыщения и начинает запираться. При этом
2 1 8
ток транзистора Т1 уменьшается (это мы обозначим символом гк| 4- ), напряжение на коллекторе ик;*і также уменьшается. Это уменьшение через конденсатор С передается на базу транзис тора Т2, и напряжение «6.« уменьшается, транзистор Т2 начи нает отпираться, ток /к2 и напряжение мк.э2 увеличиваются. Увеличение нк.=>і через конденсатор передается на базу тран зистора Т1 и ток /К1 уменьшается. В дальнейшем мы будем
использовать символическую, сокращенную запись таких про цессов. В данном случае эта запись выглядит следующим об разом:
I |
I *'к1 4 > Ик.»1 -1' > Ч-Сі э2 4 ~ К ч t |
'к.э2 |
11б .эі t |
— |
2 1 9
Совпадение направления стрелки слева и справа от тока iKt показывает, что обратная связь является положительной. Если коэффициент усиления в петле обратной связи больше едини цы, то процесс развивается лавинообразно и происходит опро кидывание схемы. Процесс опрокидывания происходит до тех пор, пока схема не придет в новое устойчивое состояние рав новесия: транзистор 77 заперт, Т2 — насыщен.
Для возвращения в исходное состояние равновесия можно подать положительный импульс на базу транзистора Т2.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Поясните процесс опрокидывания из состояния равнове сия: транзистор 77 заперт, транзистор Т2 открыт — в противо положное состояние. Сделайте для этого случая символиче скую запись.
2. Поясните, почему является неустойчивым равновесием состояние триггера, при котором оба транзистора открыты.
§ 6.3. УСТОЙЧИВЫЕ СОСТОЯНИЯ РАВНОВЕСИЯ СИММЕТРИЧНОГО ТРИГГЕРА
Произведем расчет параметров триггера, обеспечивающих устойчивое состояние равновесия. Расчет производим с исполь зованием эквивалентных схем транзисторного ключа, рассмот ренных в гл. 1. Так как оба состояния равновесия являют ся идентичными, рас смотрим для кон кретности состояние, при котором Т1 на сыщен, Т2 заперт.
Эквивалентная схе ма входа запертого транзисторного клю ча изображена на рис. 6.3. Запертый транзистор Т2 пред ставлен генератором
тока / к0, насыщенный транзистор Т1 — короткозамыкателем, Определим напряжение г/б.эг;
Мб э2 |
E6R |
- /„ |
RRo |
( 6. 1) |
R + R 6 |
R + |
220
Условием запирания транзистора является |
неравенство |
ио.» > 0. С учетом этого условия из уравнения |
(6.1) получим |
Ro < |
( 6. 2) |
'кО |
|
Условие (6.2) должно выполняться при максимальней темпе ратуре. Следовательно, в эту формулу нужно подставлять зна чение тока / к0 при максимальной тем
пературе.
|
|
|
Эквивалентная |
схе |
|||
|
|
|
ма входа насыщенно |
||||
|
|
|
го |
транзистора |
Т1 |
||
|
|
|
изображена, |
на рис. |
|||
|
|
|
6.4. |
Из |
этой |
схемы |
|
|
|
|
определим ток базы: |
||||
|
|
|
Ібі |
^küRk |
|||
|
|
|
R + R к |
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
R 6 |
R |
Rк |
|
|
|
|
|
|
Eö |
(6.3) |
|
|
|
|
|
|
Re |
|
|
так как обычно выполняется неравенство |
/ к0 Цк |
Ек. |
|
|
|||
Условием насыщенного состояния транзистора является не- |
|||||||
равенство |
|
|
|
|
|
|
|
|
==і' ^б.н —- |
А |
' |
|
|
(6.4) |
|
Из формул (6.3) и (6.4) получим |
|
|
|
|
|
|
|
Ек |
Ее |
st'„ |
|
|
(6.5) |
||
R і АГк |
Ä« |
РЯк" ' |
|
|
|||
|
|
|
|
||||
Соотношение (6.5) является условием насыщения открытого транзистора триггера. Обычно из этой формулы определяют сопротивление резистора R:
R = |
( 6.6) |
s + В |
А . |
|
Re |
221
Расчет параметров триггера по формулам (6.2) и (6.5) обеспечивает нормальную работу триггера.
Определим потенциалы на коллекторах транзисторов в со стоянии устойчивого равновесия. На коллекторе насыщенного транзистора потенциал Ок.э.н — 0. Потенциал на коллекторе запертого транзистора UK.3.3 можно определить по эквивалент ной схеме рис. 6.4. В соответствии с этой схемой
Ек |
р . |
RRK |
J к _ |
R . |
UК.3.3 |
|
|
R + R K |
|
R + R , |
к0 |
Я к + Д |
|
Обычно сопротивление резистора R в 5—10 раз больше Як, поэтому потенциал на коллекторе запертого транзистора со ставляет 80—90% от Ек.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.Поясните, как на состояние равновесия триггера повлия ет повышение температуры.
2.Поясните, как повлияет на состояние равновесия тригге ра увеличение напряжения
§ 6.4. РАЗДЕЛЬНЫЙ ЗАПУСК ТРИГГЕРА
При раздельном запуске запускающий импульс перево дит один из транзисторов триггера в противоположное состоя ние: запирает открытый транзистор или отпирает закрытый. Для этого на базы транзисторов поочередно подаются импуль сы одинаковой полярности или на базу одного транзистора — импульсы чередующейся полярности. Запускающие импульсы могут подаваться либо на базу, либо на коллекторы транзис торов.
Запуск и опрокидывание триггера были рассмотрены в § 6.2. В настоящем параграфе детально рассматриваются про цессы при раздельном запуске.
Предположим, что в триггере (рнс. 6.1) установилось сле дующее состояние равновесия: транзистор 77 насыщен, а Т2 заперт. Для опрокидывания триггера можно использовать либо импульс, запирающий открытый транзистор, либо импульс, от пирающий закрытый транзистор. Обычно при всех способах за пуска используются импульсы, запирающие открытые транзис торы, так как при этом повышается быстродействие. При подаче запирающего положительного прямоугольного импуль са в цепь базы транзистора Т1 процесс опрокидывания проис ходит в четыре этапа (рис. 6.5).
222