.

Схемотехніка тригерів на дискретних та інтегральних елементах

Язык: украинский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
1 2548
Скачать документ

Схемотехніка тригерів на дискретних та інтегральних елементах

Содержание

1. Загальні відомості про тригери
2. Статичний тригер на БТ
3. Запис транзисторних тригерів

1. Загальні відомості про тригери

Тригером називається пристрій, що володіє двома станами стійкої рівноваги й здатне під дією зовнішнього керуючого сигналу переходити стрибком з одного стану в інше.
Характеристики різних станів рівноваги: стійкого, нестійкого, квазірівноваги були розглянуті при вивченні мультивібратора.
Тригер, як і мультивібратор, ставиться до класу спускових пристроїв, тобто пристроїв які під впливом зовнішнього керуючого сигналу (або внутрішніх процесів у схемі, як, наприклад в авто коливальному мультивібраторі ) стрибком переходить із одного стану в інший.
Процес переходу тригера з одного стійкого стану в інше називається перекиданням, спрацьовуванням або спуском. Звідси й назва від англійського Trigger – спусковий гачок.
У процесі перекидання струми й напруги в тригері за досить коротка година різко змінюють свої значення.
Явище перекидання вперше було виявлено професором М. А. Бонч-Бруевичем в 1918р. При замиканні двох каскадного підсилювача в ланцюг ПОС.
Для одержання схем спускових пристроїв можна або створити в пристрої зовнішній ланцюг ПОС, або використати електронні прилади із внутрішньої ПОС, що мають на вольт-амперних характеристиках падаючі ділянки з негативним опором (тунельні діоди, тиристори та ін. ).
У даній лекції будуть розглянуті так називані потенційні статичні тригери з ПОС, у яких стан рівноваги відрізняються один від одного рівнем потенціалу на його виході.
Характеристикою потенційного тригера ( рис.1 ) називають залежність його вихідної напруги Uвих від вхідної керуючої напруги Е.

Рис.1

Залежно від типу електронних пристроїв, на які зібраний тригер, його характеристика може по-різному розташовуватися щодо координатних осей.
На рис.1 зображена характеристика тригера на лампах або транзисторах типу n-p-n.
Стан стійкої рівноваги на рис.1 позначені цифрами І і ІІ, а відповідні їм упусти вихідної напруги – Uвих І й Uвих ІІ.
Якщо на тригер, що перебуває в стані І, впливати зовнішнім керуючим сигналом величиною En1, то робоча точка на характеристиці тригера стрибком перейде з положення B у положення F . Так як відбудеться перекидання тригера зі стана І у стан ІІ, а вихідна напруга стрибком збільшиться від Uвих І до Uвих ІІ. Подальші збільшення величин вхідного впливу вище рівня En1 не приводить до зміни стану тригера, тому що робоча точка переміщається із точки F у точку D.
Зворотне перекидання зі стана ІІ в стан І відбудеться при зменшенні зовнішнього впливу нижче рівня En2 (стрибок із точки С у точку Н). Граничні рівні En1 і En2 називаються іноді потенційними спрацьовування й відпускання. Таким чином, робоча точка при плавній зміні Е буде перебуває на областях АВ або СВ, переходи стрибками з однієї з них на іншу.
З рис.1 видно, що характеристика тригера має гістерезисний характер, суть якого заключається в наступному. Для перекиду зі стану І у стан ІІ необхідно прикласти зовнішній вплив з рівнем En1, а для зворотного перекидання в стан І потрібне зовнішній вплив з рівнем En2 1 і KiVT2 >1 стають більше одиниці, замикається ланцюг ПОС і за короткий проміжок часу в схемі відбувається регенеративний процес. Суть цього процесу полягає в тому, що будь-які зміни колекторних струмів транзистора iкVT1 і iкVT2 викликає рівні по величині й зворотне познаку зміну струмів ic1 і ic2, що замикаються через ділянку база – емітер транзистора VT2 і VT1 відповідно. Покажемо це.
Під час що протікає лавиноподібно процесу регенерації напруги Uc1 і Uc2 (по першому закону комутації) стрибком змінитися не можуть, отже, не може стрибком змінитися й напруга на колекторах VT1 і VT2, так як ємність C2 виявляється ввімкненою паралельно ділянці колектор VT1 – копус через малий опір ділянки БЕ що відкрився VT2. Сталість потенціалів колекторів VT1 і VT2 приводить до сталості напруг UR1 і UR2, а отже й струмів, що протікають через них, i1 і i2.
Зменшення iк1VT1, викличе через сталість струму iRк1поява позитивного струму ic1, тобто поява прямого струму iбVT2. Це приведе до більше сильного відмикання VT2 і збільшенню iкVT2, що через сталість iRK1 приведе до збільшення негативного струму ic1 тобто до збільшення зворотного струму бази VT1. Наведені міркування підтверджують лавиноподібності протікання процесу регенерації, по по закінченні якого VT1 закривається й необхідність у продовженні дії імпульсу, що запускає, зникає.
У момент запирання VT1 напруга на його колекторі не дорівнює його значенню в новому стаціонарному стані (UкVT1 -EK) через підключений паралельно ділянці КЕ VT1 конденсатора C2 , напруга на якому стрибком зміниться не може. Процес встановлення нового стаціонарного стану закінчиться, коли напруга Uc2, отже й напруга на колекторі VT1, не стане рівним UкVT1 – = Uc2. Заряд C2 відбувається по ланцюзі + EK ЕБVT1 C2 RK1 -EK. У процесі заряду C2 величина струму ic2, збігаючись із прямим струмом бази VT2, зменшується й струм iб2 спадає до стаціонарної величини iб2=Iб2н (струму бази насичення).
Конденсатор C1, що ще на етапі регенерації почав розряджатися, продовжує розряд, але вже не через ділянку БЕ VT1, а через паралельні ланцюги: Rб2 ; R Eб ЕБК VT2.
У такий спосіб процес установлення нового стаціонарного стану транзисторів VT1 і VT2 визначаються відповідно зарядом C2 і розрядом C1. А у виду того що розряд C1 відбувається швидше (C1 розряджається по декількох паралельних ланцюгах) чим заряд C2, напруга на колекторі VT2 (позитивний перепад) швидше досягає свого нового стаціонарного стану UкVT2 0, чим напруга на колекторі VT1 (UкVT1 -EK негативний перепад).
Розглянуті процеси в симетричному тригері із КБЗ илюструєтся мал. 7.
Позитивний перепад, у виді меншої тривалості його фронту ( ) використається в якості робочого (вихідного). На графіках (рис.7) не показана затримка позитивного перепаду (у розглянутому прикладі це UкVT2) щодо імпульсу, що запускає, що виникає через інерційність ключів, що утворюють схему тригера. Способи її зменшення були розглянуті при вивченні схемотехніки транзисторних ключів.
Якщо буде потреба перекладу тригера зі стану II у стан I, тобто зворотного перекидання, необхідно в схемі мал. 8.6 або змінити полярність джерела iз, або підключити його (без зміни полярності) у коло бази VT2.

III. Запуск транзисторних тригерів

Розрізняють три основних способи запуску симетричних тригерів:
1. Роздільний запуск (імпульсами однієї полярності, що подаються на бази різних транзисторів від двох генераторів у різний час);
2. Запуск імпульсами полярності, що чергується, подаваними на базу одного із транзисторів;
3. Рахунковий або симетричний запуск (імпульсами однієї полярності, що подаються від одного генератора).
Роздільний запуск. (мал. 8)

Схеми ланцюгів запуску симетричні й складаються з генераторів імпульсів, що запускають (Uг1, Rг1 Uг2, Rг2) , розділового колі Rр Rр і діодів, що відтинають, VD1 – VD4. У вихідному стані I транзистор VТ1 відкритий і насичений, VD2 – закритий. При подачі через розділове коло Cр Rр імпульсу, що запускає, позитивної полярності Uг1 діод VD1 відмикається й у колі бази VТ1 виникають імпульси зворотного струму, що замикає VТ1, при цьому VТ2 відкривається й відбувається перекидання тригера. Після перекидання тригера потенціал бази VТ1 стрибком зростає до величини, приблизно рівної + Ек. При цьому діод VD1 закривається, так як амплітуда імпульсів, що запускають, Uг1 вибирається меншої Ек і “відтинає” схему тригера від кола запуску.

Тим самим запобігає влучення великого перепаду напруги з бази VТ2 у коло генератора імпульсів, що запускають.
Іншим призначенням діодів, що відтинають, VD1 і VD3 є запобігання можливості помилкового зворотного перекидання тригера в момент закінчення імпульсу запуску. Дійсно, за час дії імпульсу, що запускає, конденсатор Cр1 устигає помітно зарядитися. Після закінчення імпульсу, що запускає, напруга Ucр1 виявляється при відсутності діода VD1 прикладеним до бази VТ1. Причому полярність цієї напруги (мінус на базу, плюс – на емітер) така, що транзистор VТ1 відмикається й тригер знову перекидається у зворотному напрямку, що неприпустимо.
Якщо після перекидання тригера імпульсом від генератора Uг1 знову подати на нього імпульс тієї ж полярності, то перекидання тригера не відбудеться. Тому для наступного його спрацьовування необхідно подати імпульс позитивної полярності, але вже на базу транзистора VТ2 від генератора Uг1. Цей імпульс викличе в схемі тригера ті ж процеси, що й генератор Uг1.
Важливо, що наступний імпульс, що запускає, можна подавати раніше, ніж закінчаться перехідні процеси (установлення нового стаціонарного стану) , викликані попереднім імпульсом у тому числі й розряд розділових конденсаторів Cр. Для прискорення їхнього розряду в схему запуску вводяться діоди VD3 і VD4, що зменшують опір кола розряду розділових конденсаторів.
Запуск тригера можна робити не тільки імпульсами, але й перепадами напруги. При цьому коло Cр – Rр повинне працювати, що як диференціююче, а діоди VD1 і VD2 відтинають імпульс негативної полярності.
Перекидання тригера може виробляється й імпульсами негативної полярності, що подаються на базу замкненого у вихідному стані транзистора. Однак, такий спосіб запуску на практиці використається рідше з наступних причин.
1. До бази закритого транзистора, наприклад, VТ1 через відкритий транзистор VТ2 підключений паралельно конденсатор C1, заряджений до невеликої (десяті частки вольта) напруги, що полюсом прикладено до бази VТ1. Тому, щоб відкрити VТ1 треба на початку перезарядити ємність C1 до негативної напруги, рівного напрузі відмикання VТ1.
2. При запуску імпульсами негативної полярності ємності прискорюючих конденсаторів C1 і C2 повинні бути обрані в кілька разів більшими, ніж при позитивній полярності імпульсів, що запускають. Це приводить до збільшення часу встановлення стаціонарного стану після перекидання тригера й зменшенню швидкодії тригера. Покажемо це.
При запуску імпульсами позитивної полярності необхідно вивести з бази насиченого транзистора, наприклад, VТ1, стаціонарний заряд (S – ступінь насичення транзистора) і ввести в базу закритого транзистора граничний заряд Qгр. Вивід стаціонарного заряду здійснюється струмом генератора імпульсів, що запускають, а уведення в базу закритого транзистора VТ2 – струмом заряду прискорювального конденсатора C2. Для цього його ємність повинна мати величину:

.

У випадку запуску імпульсами негативної полярності струмом генератора вводиться граничний розряд у базу закритого транзистора, а стаціонарний заряд з бази відкритого транзистора виводиться струмом розряду прискорюючого конденсатора і його ємність повинна вибиратися з умови:

Ступінь насичення транзистора S при несприятливому сполученні параметрів схеми з урахуванням допусків, тобто розраховуючи на найгірший випадок може бути рівної 5…7. Тому ємність прискорювальних конденсаторів при запуску негативними імпульсами варто вибирати приблизно в S раз більше, ніж при їхній позитивній полярності.
3. Діоди, що відтинають, VD1 і VD2 при запуску негативними імпульсами не захищають схему генератора запуску від більших позитивних перепадів напруги на базі транзистора, що закривається, так як полярність їхнього включення повинна бути зворотної в порівнянні зі схемою позитивного запуску.
Запуск імпульсами полярності, що чергуються.
При даному способі запуску генератор імпульсів, що запускають, підключається до бази одного із транзисторів (при необхідності через розділове коло). Схема тригера з даним видом запуску відрізняється від раніше розглянутої схеми з роздільним запуском (мал. 8.8) відсутністю елементів кола запуску від генератора Uг2 і що відтинає (VD1) і прискорюючого (VD2) діодів. Відзначимо лише особливості, властивому даному способу запуску.
1. Він має всі недоліки схеми запуску імпульсами негативної полярності, так як один з імпульсів запуску є негативним.
2. У схемі запуску неможливо використати діоди, що відтинають, через полярність, що чергується, що запускають імпульсів. У результаті не виключена можливість помилкового спрацьовування після закінчення імпульсу, що запускає, при подачі його від генератора через розділове коло. Крім того, схема генератора запуску не захищена від позитивного перепаду напруги на базі транзистора, до якого вона підключена, при його запиранні.
3. Через полярність, що чергується, запускаючих імпульсів у схемі запуску не можна використати прискорюючі діоди, процес відновлення розділового кола Cр – Rр (на мал. 8.8 це VD3 і VD4), що знижує швидкодію тригера.
Рахунковий (симетричний) запуск.
Запуск тригера при даному способі виробляється імпульсами однієї полярності від одного генератора. Розрізняють схеми базового й колекторного рахункового запуску.
1. Рахунковий базовий запуск (РБЗ).
Варіант схеми РБЗ зображений із відповідними часовими діаграмами на рис.9.
Роздивимося фізпроцеси, які проходять в схемі при запуску імпульсами додатньої полярності, полагаючи, що в початковому стані VТ1 відкритий і насиченеий, а VТ2 – закритий. При цьому , а та діод VD1 відкритий, а VD2 закритий невеликою додатньою напругою на базі VТ2.
При подачі на діоди VD1 та VD2 запускаючого импульсу додатньої полярності та достатньо великої амплітуди (через розподільний ланцюг Cр – Rр) обидва діода опиняються у відкритому стані та імпульс запуску опиняється прикладеним до баз обох транзисторів. Відкритий транзистор VТ1 після розсосування заряду його бази закривається, а VТ2 залишається замкненим.
Після закінчення імпульсу, що запускає, обидва діоди запираються, а обоє транзистора прагнуть відкритися, так як їхньої бази виявляються підключеними до крапки -Eк через Rк і прискорюючі конденсатори C. При цьому повинні були виявляться прямі струми бази транзисторів VТ1 і VТ2 відповідно рівні:

Однак, у виді того, що конденсатор C1 у вихідному стані був заряджений до напруги , струм iб2 залишається наблженим до нуля, а транзистор VТ1 – закритим. У той час як Uc2 0 і струм iб2 буде

більшим і VТ2 відкривається. При цьому відмикання VТ2 приводить до більше глибокого запирання VТ1.
Таким чином, після закінчення імпульсу, що запускає, тригер переходити в стан, протилежно стану до запуску.
Варто помітити, що при РБЗ у схемі тригера практично відсутній регенеративний процес, так як немає стану, при якому обоє транзистора були б відкриті й перебували в активній області.
Діод VD3 у схемі РБЗ використається для прискорення процесу розряду Ср і відновлення вихідного стану ланцюга Cр – Rр.
Із приходом наступного імпульсу, що запускає, процеси повторюються, але тепер через те, що , а , після закінчення імпульсу, що запускає, відбудеться перекидання з відмиканням VТ1 і запиранням VТ2 .Таким чином, із приходом кожного імпульсу запуску відбувається нове перекидання тригера.
Особливості схеми РБЗ.
1. Прискорюючі конденсатори при РБЗ окрім прискорення процеса перекидання тригера відіграють також роль запам’ятовування попереднього стану тригера на час, на протязі якого обидва транзистора закриті під дією запускаючого імпульсу.
Дійсно при відсутності прискорюючих конденсаторів обидва транзистора після закінчення запускаючого імпульсу з’являються підключеними своїми базами до точки – Е безпосередньо, а не через прискорюючі конденсатори. По тому, який із транзисторів відкриється, буде знаходитися асиметрія схеми тригера, а не його попереднім станом, тобто нормальний симетричний запуск не буде реалізовуватися.
2. Додатній перепад напруги, на колекторі закритого транзистора при перекиданні тригера маючий меншу тривалість, порівняно з від′ємним перепадом, звичайно використовується в якості вихідної напруги тригера. В схемі з БЗ він буде затриманим на час дії запускаючого імпульсу, необхідне розсмоктування заряду в базі насиченого транзистора і його запирання. Тривалість запускаючого імпульсу повинна вибиратися вищою тривалості розсмоктування і запирання при найгіршому поєднанні параметрів.
3. майже повна відсутність при РБЗ процес резенерації приводить до того, що процес розсмоктування й запирання насиченого транзистора проходить довше, чим в схемі роздільного запуску, а це знижує бистродію тригера.
Рахунковий колекторний запуск (РКЗ)

Мал. 10.

Схема тригеру з РКЗ
В схемі РКЗ запускаючі імпульси через відсікаючі діоди VD1 й VD2 подаються на колектори транзистора й через ємності прискорюючих конеденсаторів C1 й C2 прикладаються до баз транзистрів.
Нехай в початковому стані VТ1 відкритий і насичений, а VТ2 – закритий, UC1 приблизно дорівнює EK; UC2 також приблизно дорівнює 0.
При цьому напруги на відсікаючих діодах VD1 й VD2 рівні напругам Urk1 й Urk2, в результаті, вказанного початкового стану транзисторів VТ1 та VТ2 діод VD1 закритий майже повною напругою EK, а діод VD2 знаходиться на межі запирання (Urk2 0).
При подачі додатнього запускаючого імпульсу за амплітудою E m меншою EK відкривається тільки діод VD2, а діод VD1 залишиться закритим. Запускаючий імпульс струму через розподільчу ємність CR , VD2, C1 пройде на базу відкритого VТ1 й після розсмоктування в його базі й процеса регенерації виникне перекидання тригера. Транзистор VТ1 закривається, а VТ2 відкривається. Після запирання VТ1 зростаючий струм колектора VТ2, котрий раніше замикався через C1 й масий опір ділянки Б-Е відкритого VТ1, буде тепер проходити через Rk2, зростаючи напруги на ньому . Коли напруга Urk2 стане більшою амплітуди запускаючих імпульсів E m, діод VD2 закриється і відключить тригер відсічки запуску. Тому тривалість запускаючих імпульсів при даному способі запуску повинна лише з невеликим запасом (на найгірший випадок) суму часу розсмоктування й регенерації (Троз+Трег).
Особливості схеми РКЗ.
1. Тривалість запускаючих імпульсів повинна бути не більшою tіз= tоз+tег, так як після процесу регенерації відсікаючий діод, через який ЗІ подається на базу відкритого транзистора, запирається й в подальшому застосування ЗІ немає необхідності.
2. Дана схема до так називаємих схемам з керуючим запуском в ній ЗІ з допомогою комутуючих (відсікаючих діодів) подається лише на базу відкритого та насиченого транзистора й одразу визиває ті ж процеси, що й при роздільному запусу. У порівнянні зі схемою РБЗ в даній схемі відсутня затримка на час дії ЗІ й має місце регенеративний процес.
3. Прискорюючі конденсатори тут, як і в схемі РБЗ запам′ятовують попередній стан тригера на час дії ЗІ. Дійсно, при відсутності прискорюючих конденсаторів закритий діод не утримувався б в закритому стані при часі дії ЗІ, так як ніщо не заважало б бистрому зменшенню потенціала колектора транзистора після його запирання. А при двох відкритих діодах було б неможливим нормальне спрацювання схеми.

Висновок

В лекції розглянуті фізичні процеси в схемі статичного тригера на БТ, тобто умови його нормального функціонування й їх виконування в практичних схемах.
Проведений аналіз різних схем запуску тригера, роздільного, імпульсами різної полярності й розрахункового з розсмоктуванням принципу роботи й особливостей кожної з них має прикладний характер. Розглянуті в лекції проблеми створюють фундамент для вивчення таких пристроїв, як відсічки та дільників числа імпульсів, регістрів, елементи пам’яті й інші.

Література

1. Гусев В.И. Основы импульсной и цифровой техники. М. Сов. радио, 1975г.
2. Брамер И.В. Импульсная техника, М. Сов. радио, 1986г.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020