Триггеры

5. Триггеры

5.1 Общие сведения

Устройство, имеющее два устойчивых состояния, называют триггером. В одном из них на выходе триггера присут­ствует высокий потенциал, в другом – низкий. Аналогично мультивибратору, переход триггера из одного состояния в дру­гое происходит лавинообразно, но только с приходом пере­ключающего (запускающего) сигнала.

По принципу действия триггер напоминает взведенную пру­жину, которая спускается внешней силой. Отсюда еще одно на звание триггера – спусковое устройство.

В интервале между переключающими сигналами состояние триггера не меняется, т. е. триггер «запоминает» поступление сигнала, отражая это величиной потенциала на выходе. Сказан­ное дает возможность использовать триггер как элемент памя­ти. Если совокупность триггеров установить в одинаковое (ис­ходное) состояние, а затем на каждый триггер подать сигнал, соответствующий элементу цифрового кода, то на выходах триггеров установятся и могут неограниченно долго присутствовать потенциалы, представляющие этот код в парал­лельной форме.

При переключении триггера потенциалы на его выходе ме­няются лавинообразно, т. е. на выходе формируется прямо­угольный импульс с крутыми фронтами. Это позволяет ис­пользовать триггер для формирования прямоугольных импуль­сов из напряжения другой формы (например, из синусоидаль­ного).

При поступлении каждой пары переключающих импульсов потенциал на выходе триггера меняется от высокого к низкому и обратно, т. е. на выходе формируется один импульс. Таким образом, триггер можно использовать как делитель частоты переключающих импульсов на два.

Указанные и другие применения триггеров будут достаточ­но подробно описаны в этой и в следующей главах.

Промышленность выпускает разнообразные типы триггеров в интегральном исполнении. Кроме того, они могут быть вы­полнены на цифровых интегральных микросхемах, опера­ционных усилителях и дискретных компонентах (среди которых активными элементами являются главным образом транзи­сторы).

Рекомендуемые материалы

§ 7.2. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ТРИГГЕРЫ

Физические процессы в триггере раскрываются наиболее полно при рассмотрении его схемы на дискретных компонен­тах. Поэтому первыми рассмотрим такие триггеры.

Основные схемы транзисторных триггеров. К основным схе­мам транзисторных триггеров относятся симметричные триг­геры с внешним и автоматическим смещениями и несимме­тричный триггер.

Симметричный триггер с внешним смеще­нием. Схема этого триггера изображена на рис. 7.1, а Она со­держит два резистивных усилительных каскада на транзи­сторных ключах – инверторах; выход каждого из них связан с входом другого резистивным делителем R–Rб

Легко установить, что при двух отпертых транзисторах в схеме имеется положительная обратная связь, которая в соче­тании с усилительными свойствами каскадов обеспечивает ла­винное протекание процессов.

Изложенное указывает на аналогию триггера с мультиви­братором (см. § 5.2). Однако в мультивибраторе связь между каскадами – емкостная. Различие в характере связи определяет следующие особенности триггера по сравнению с мультивибра­тором.

В мультивибраторе разрядка хронирующего конденсатора приводит к изменению потенциала базы запертого транзистора,

к его отпиранию и последующему опрокидыванию схемы. Цепь связи в триггере не содержит подобным образом разряжающе­гося конденсатора. Поэтому самопроизвольного опрокидыва­ния триггера быть не может – он переключается под действи­ем внешних импульсов.

В мультивибраторе уменьшение, к примеру, отрицательного потенциала коллектора транзистора передается через конденса­тор связи на базу другого транзистора в виде положитель­ного перепада. В триггере при аналогичных изменениях по­тенциала коллектора потенциал базы другого транзистор тоже повышается, но остается отрицательным. Следовательно, транзисторы триггера не могут запираться подобно транзисто­рам мультивибратора. Этим диктуется необходимость ввести в схему триггера источник внешнего положительного смещения + Е_б (рис. 7.1, а). Теперь база каждого транзистора имеет по­тенциал, значение которого лежит между + Е_б и отрица­тельным потенциалом коллектора другого транзистора. При этом, как будет показано, каждый транзистор сможет оказать­ся запертым. Наконец, еще одна особенность триггера, обусло­вленная характером связи между его каскадами, состоит в том,, что из-за деления перепадов на резисторах R–R_б условие самовозбуждения выполняется здесь труднее, чем в мультиви­браторе.

Опишем устойчивые состояния схемы и ее переключения.

Предположим, что транзистор Т₁ заперт. Тогда при пра­вильно выбранных сопротивлениях делителя R₁–R_б2 потен­циал базы транзистора Т₂ может быть достаточно отрица­тельным для насыщения транзистора. При этом u_К2 ≈ О и потенциал базы транзистора Т₁ не может быть отрица­тельным, т. е. Т₁ действительно заперт. Этим доказано, что при одном отпертом транзисторе другой будет заперт.

Чтобы вывести схему из устойчивого состояния, можно подать положительный запирающий импульс на базу открыто­го транзистора. Предположим, что такой импульс подан на ба­зу насыщенного сейчас транзистора Т₁. При этом Т₁ выйдет из насыщения и потенциал его коллектора станет более отрица­тельным, через делитель R₁–R_б2 отрицательный перепад пере­дастся на базу транзистора Т₂, что вызовет отпирание Т₂. Вследствие этого появится ток i_К2, потенциал коллектора и_К2 станет менее отрицательным, через делитель R₂ – R_б1 это изме­нение передастся на базу транзистора Т₁, ток i_К1 уменьшится, потенциал коллектора u_К1 а следовательно, и базы Т₂ станет более отрицательным, ток i_К2 возрастет и т. д. Лавинообразный процесс увеличения тока i_К2 и уменьшения тока i_К1 завершится запиранием транзистора Т₁ и отпиранием транзистора Т₂, т. е. переключением триггера в другое устойчивое состояние. Для нового переключения триггера положительный запускающий импульс нужно подать на базу насыщенного сейчас транзисто­ра Т₂.

Временные диаграммы переключающих импульсов и им­пульсов, формируемых на коллекторах транзисторов, приве­дены на рис. 7.1,б. Здесь и далее импульсы на временных диаграммах изображены идеальными: длительность фронтов принята равной нулю.

Переключение триггера форсируется ускоряющими конденсаторами С₁, С₂ (рис. 7.1,а). Во время лавино­образного опрокидывания схемы напряжения на них практи­чески не успевают изменяться – конденсаторы С₁, С₂ предста­вляют собой короткозамкнутые участки цепи. Поэтому измене­ния тока в базовой цепи транзистора под влиянием скачка напряжения на коллекторе другого плеча ограничиваются только входным сопротивлением транзистора. В отсутствие конденсаторов С₁, С₂ изменения базовых токов ограничива­лись бы и резисторами R₁, R₂.

Наряду с этим ускоряющие конденсаторы оказывают и от­рицательное влияние. После каждого опрокидывания схемы конденсатор, присоединенный к коллектору закрывшегося транзистора, заряжается, а присоединенный к коллектору от­крывшегося транзистора разряжается. Это приводит к необхо­димости увеличивать интервал между двумя запускающими импульсами. Последние следует подавать с таким расчетом, чтобы к приходу очередного импульса напряжения на конденсаторах уже устано­вились.

Кроме того, зарядка ускоряющего конденсатора через коллекторный резис­тор закрывшегося транзис­тора приводит к удлинению переднего фронта отрица­тельного импульса, а длительная разрядка – к искажению зад­него фронта. Однако эти процессы длятся значительно мень­шее время, чем зарядка и разрядка хронирующих конденса­торов в мультивибраторе; поэтому на форму выходных им­пульсов они существенного влияния не оказывают.

Симметричный триггер с автоматическим смещением. Напряжение, запирающее транзистор, можно получать не от специального источника, а с резистора R_э в об­щей эмиттерной цепи (рис. 7.2). Действительно, ток отпертого транзистора создает на этом резисторе напряжение, которое через резистор R_б прикладывается между базой и эмиттером другого транзистора, запирая его. Чтобы устранить отрица­тельную обратную связь во время формирования фронтов им­пульсов, резистор R_э шунтируется конденсатором С_э.

В рассматриваемой схеме потенциал эмиттера U_э через на­сыщенный транзистор передается его коллектору. Вследствие этого потенциал коллектора меняется от и_к ≈ -Е_к (транзистор заперт) до и_к ≈ -U_э (транзистор отперт). В результате ампли­туда формируемого импульса:  U_m ≈ Е_к -U_э, что меньше амплитуды импульса U_m ≈ Е_к на выходе схемы (см. рис. 7.1, а).

Триггер (см. рис. 7.1, а и 7.2) имеет два выхода. Потенциалы на них взаимно инвертированы: высокий потенциал на одном выходе соответствует низкому потенциалу на другом (см. рис. 7.1,6). Один из выходов называют основным (и обычно обо­значают буквами Q или Р), другой – инверсным (обозна­чают буквами Q или Р).

О состоянии триггера судят по состоянию его основного выхода. Если на нем установился потенциал, кодируемый логи­ческой единицей, то говорят, что триггер находится в состоя­нии единицы и часто обозначают это как Q = 1 (или Р = 1).

Вход, по которому запускающий импульс переключает триггер в состояние Q=1, называют входом установки триггера в единицу и обозначают буквой S Другой на­зывают входом установки триггера в нуль и обо­значают буквой R. Входы S и R являются информационными: через них в триггер поступает информация, выраженная нали­чием или отсутствием переключающего сигнала.

Триггеры (см. рис. 7.1,а и 7.2) называют триггерами с установочными входами или RP-триггерами. Условное обозначение их приведено на рис. 7.3, а; верхний на рисунке выход триггера – основной, нижний (обозначен­ный кружком) – инверсный. Треугольниками на входах триггера отмечено, что он переключается по фронту положительного запускающего импульса: для развития процесса переключения до­статочен весьма короткий импульс (по существу, фронт запускающего импульса). Если переключение осуществляется по отрицательному фронту (как, например, в триггере на тран­зисторах n-p-n-типа), то острие треугольника направляют от ус­ловного изображения триггера (рис. 7.3,6). Заметим, что входы триггера, по которым он переключается фронтом импульса, на­зывают динамическими.

Если переключение триггера осуществляется установившим­ся уровнем запускающего сигнала (т. е. требует большой дли­тельности сигнала), то входы триггера называют статиче­скими и на условном изображении треугольником их не отмечают (рис. 7.3, в).

Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта). Схема такого триггера приведена на рис. 7.4, а. Здесь перепады напряжения с левого плеча на правое передаются, как обычно, через делитель R –R₆₂, а с правого на левое плечо – через общий резистор R_э в цепи обоих эмиттеров. Шунтировать этот резистор конденса­тором нельзя; в противном случае напряжение на R_э не сможет быстро изменяться. Конденсатор С является ускоряющим. Де­литель R₁–R₂ обеспечивает необходимый режим работы транзистора Т

Данная схема, как и рассмотренные ранее, обладает двумя устойчивыми состояниями. Рассмотрим, как обеспечиваются эти состояния. _ч

Каждый транзистор схемы будет заперт, если его эмиттер имеет более отрицательный потенциал, чем база. Пусть, напри­мер, транзистор Т₁ насыщен; тогда потенциал его коллектора можно считать равным отрицательному потенциалу эмиттеров (U_к1≈U_э). Напряжение U_к1 делится цепью R – R₆₂ и лишь часть его подается на базу транзистора Т₂:

Таким образом, база Т₂ имеет менее отрицательный потен­циал, чем эмиттер, так что при отпертом транзисторе Т₁ тран­зистор Т₂ заперт.

 Когда отперт и насыщен транзистор Т₂, то Т₁ заперт толь­ко в том случае, если напряжение на эмиттерах |U"_э| превышает по абсолютному значению напряжение на базе |U_б1| Это усло­вие выполняется подбором сопротивлений плеч делителя R₁ –R₂ и тока насыщения транзистора Т₂.

Рис. 7.4,6 иллюстрирует разные состояния триггера. Когда транзистор Т₁ отперт, |U_б1| > |U'_э|; если же Т₁ заперт, |U_б1| < |U"_э| Так как U_б1 = cnst, то из двух приведенных не­равенств следует, что |U"_э| > |U'_э|.

Чтобы запереть отпертый транзистор Т₁, нужно сообщить его базе положительный потенциал, больший разности |U_б1|–|U'_э| Чтобы отпереть этот транзистор, нужно сооб­щить его базе отрицательный потенциал, превышающий раз­ность |U"_э| – |U_б1|  

Изменяя параметры схемы, можно регулировать разности напряжений

ΔU'= |U_б1| > |U'_э| и ΔU"=|U"_э| – |U_б1| .

При ΔU'=ΔU" триггер может переключаться разнополяр- ными напряжениями одинакового уровня. При ΔU'≠ΔU" пе­реключение осуществляется разнополярными напряжениями разных значений.

Переход триггера из одного состояния в другое происходит следующим образом. Пусть на базу открытого транзистора Т₁ подается положительный импульс, под действием которого транзистор выходит из насыщения и потенциал его коллектора становится более отрицательным. Это изменение подается че­рез делитель R – R_б2 на базу транзистора Т₂, что увеличивает его ток i_Э2. В результате увеличивается напряжение на резисто­ре R_э, так что транзистор Т₁ дополнительно прикрывается, и т. д. Процесс завершается тем, что Т₁, запирается, а Т₂ – насыщается. Аналогично протекает и обратное лавинообразное опрокидывание.

Во время лавины напряжение на R_э меняется под действием двух противоположно изменяющихся токов, один из которых увеличивается (в рассмотренном случае i_Э2), а другой – умень­шается (i_э1). Однако, несмотря на это, процесс развивается в нужном направлении, так как изменение тока Δi_э2 всегда пре­вышает Δi_э1. Действительно, изменение напряжения между ба­зой и эмиттером транзистора Т₁ равно изменению напряжёния на резисторе R_э. Изменение же напряжения между базой и эмит­тером транзистора Т₂ (при правильно подобранных элементах схемы) намного больше, ибо на базу Т₂ передаются усиленные перепады напряжения с коллектора Т₁. Поэтому если транзи­стор Т₁ запирается, а Т₂ отпирается, то ток i_Э2 увеличивается в большей степени, чем уменьшается ток i_Э1. В результате на­пряжение на резисторе R_э в процессе опрокидывания увеличи­вается и транзистор T₁ действительно запирается.

Выходные импульсы снимаются с коллектора транзистора Т₂, не связанного непосредственно с другими элементами схемы. Благодаря этому нагрузка не оказывает на нее суще­ственного влияния.

Триггер Шмитта часто используют для формирования пря­моугольных импульсов из напряжения произвольной формы, в частности синусоидального. Как только под действием U_зап (рис. 7.4, в) потенциал базы транзистора T₁ станет равным по­тенциалу эмиттера (u_б1 = U"_э), транзистор T₁ отпирается и схе­ма лавинообразно опрокидывается. При этом на выходе триг­гера формируется крутой фронт импульса. В результате опрокидывания транзистор Т₁ насыщается, а Т₂ запирается. При этом потенциал эмиттера принимает значение U'_э. В то время как транзистор Т₂ остается запертым, на выходе фор­мируется плоская вершина импульса. Когда под действием u_зап потенциал базы T₁ сравняется с новым значением потен­циала эмиттера (и₆₁ = U'_э), начнется новый лавинообразный процесс – формирование заднего фронта импульса, после чего схема вернется в первоначальное состояние.

Легко заметить, что при синусоидальном напряжении на входе моменты опрокидывания определяются значениями ΔU' и ΔU" (рис. 7.4,в). Если ΔU'=ΔU", то T₁ одинаковое время пребывает в отпертом и запертом состоянии. При ΔU'≠ΔU" длительности импульса и паузы различны.

Благодаря лавинообразному формированию фронтов триг­гер Шмитта – по сравнению с ограничителями амплитуды – обеспечивает лучшую форму импульсов при синусоидальном напряжении на входе.

Триггер Шмитта можно использовать как пороговое устройство: если входной сигнал достигает определенного по­рога, то триггер переключается. Величину порога можно ме­нять, изменяя потенциал базы транзистора T₁ (см. рис. 7.4, а) с помощью резисторов R₁, R₂. Из сказанного ранее легко опре­делить величину порога для положительного и отрицательного входных сигналов.

Запуск транзисторных триггеров. Запуск триггера можно производить, запирая насыщенный транзистор или отпирая предварительно запертый.

Первый вариант предпочтительнее: на отпертый транзистор с весьма малым входным сопротивлением переключающий им­пульс воздействует меньшее время, чем при втором варианте. Этим уменьшается энергия, потребляемая от генератора за­пуска. Кроме того, в этом случае ускоряющие конденсаторы могут иметь меньшую емкость, что сокращает время уста­новления напряжений в схеме после опрокидывания.

Переключающий импульс должен иметь ограниченную дли­тельность, с тем чтобы не влиять на схему после возникнове­ния лавинообразного процесса. Поэтому составной частью це­пей запуска часто являются дифференцирующие (укорачиваю­щие) цепи. В указанном смысле цепи запуска (см. рис. 7.1, а и 7.2) полными не являются.

Запуск триггера может быть раздельным и счетным.

Раздельный запуск. Такой запуск триггера показан на рис. 7.1, а и 7.2. Он необходим, когда по принципу работы устройства сигналы, переключающие триггер в состояния 1 и 0, поступают с двух точек схемы.

Триггер с раздельным запуском, в цепях которого установ­лены дифференцирующие цепи (С₁R₁ и С₂R₂), изображен на рис. 7.5.

Вследствие дифференцирования входных импульсов на рези­сторе R₁ (R₂) выделяются разнополярные остроконечные им­пульсы, что создает опасность вторичного переключения триггера от одного входного импульса. Такая опасность устраняет­ся с помощью разделительных диодов Д₁ и Д₂, пропускающих на базы транзисторов импульсы только одной полярности.

Положительный прямоугольный импульс, поступающий на один из входов, дифференцируется и соответствующий фронту положительный остроконечный импульс через разделительный диод (Д₁ или Д₂) воздействует на базу насыщенного транзи­стора. Последний выходит из насыщения, развивается лавино­образный процесс и схема опрокидывается.

Следующее переключение схемы произойдет под действием импульса, поступившего на другой вход.

Счетный запуск. Счетный запуск осуществляется им­пульсом определенной полярности, поступающим на общий вход обоих плеч триггера. Часто такой триггер сокращенно на­зывают счетным (Г-триггером). Термин «счетный» соответ­ствует тому, что совокупность подобных триггеров применяет­ся для счета импульсов.

Как и при раздельном запуске, переключение триггера произойдет, если запускающий сигнал поступит на базу того транзистора, с которого оно должно начаться (положительный запускающий импульс должен поступить на базу насыщенно­го транзистора). Задача цепи запуска – направить каждый запускающий сигнал в нужном направлении. Кроме того, она должна устранить опасность повторного переключения от одного запускающего импульса, еще присутствующего на общем входе уже после опрокидывания триггера.

На рис. 7.6, а изображена схема триггера, цепь запуска которого решает указанные задачи. Принцип действия ее состоит в том, что за счет конденсатора «памяти» запускающий им­пульс попадает через диод на базу только того транзистора, с которого должно начаться переключение; после него, благо­даря другому конденсатору «памяти», второй диод не пропускает тот же запускающий импульс к базе другого транзи­стора.

Рассмотрим подробнее работу этой схемы. Ее цепь запуска содержит диоды Д₁ и Д₂, конденсаторы памяти С' и С" и рези­сторы R' и R". Предположим, что в одном из устойчивых со­стояний триггера транзистор Т₁ насыщен, а Т₂ заперт (и_К1 ≈ 0; и_б1 <0; и_К2 ≈ -Е_К; и_б2>0). При этом анод диода Д₂ имеет потенциал и_К1 ≈ -Е_К, а его катод – потенциал u_б1 < 0, так что Д₁ отперт. Анод диода Д₂ имеет потенциал и_к2 ≈ -Е_К, а катод - потенциал и_б2 > 0, так что Д₂ надежно заперт напряжением и≈Е_к. Через резисторы R_к2, R" и выходное сопротивление ге­нератора запуска конденсатор С" заряжен до напряжения и_с" ≈ -Е_к. Напряжение на конденсаторе С' и_с' ≈ 0.

Положительный запускающий импульс проходит через при­открытый диод Д₁ на базу транзистора Т₁.В результате Т₁ выходит из насыщения, ток его уменьшается, потенциал кол­лектора становится более отрицательным – отрицательный перепад передается на базу транзистора Т₂ и последний отпи­рается. Через два отпертых транзистора замыкается петля по­ложительной обратной связи – возникает лавинообразный про­цесс, который приводит к переключению триггера: транзистор Т₁ запирается, а транзистор Т₂ переходит в режим насыщения.

Вслед за этим обратного опрокидывания не произойдет. Действительно, после отпирания Т₂ к аноду диода Д₂ кроме запускающего импульса приложено запирающее напряжение с конденсатора С", состояние которого за время опрокидыва­ния не изменяется. Поэтому к открывшемуся транзистору Т₂ положительный импульс с входа сейчас не пройдет.

После переключения триггера конденсаторы С" и С' начнут перезаряжаться через резисторы R" и R'. После перезаряда на­пряжения на конденсаторах примут значения: и_с'≈ -Е_к, и_с"≈ 0. Значительно раньше закончится запускающий импульс, а следующий сумеет пройти только через диод Д₂ на базу от­пертого сейчас транзистора Т₂.

Таким образом, в рассмотренной схеме диоды Д₁ и Д₂ про­пускают каждый запускающий импульс только на базу отпер­того транзистора, а конденсаторы С' и С", «запоминая» состоя­ние, в котором схема находилась до переключения, препят­ствуют обратному опрокидыванию ее под действием еще не закончившегося импульса запуска.

Временные диаграммы триггера со счетным запуском при­ведены на рис. 7.6,б. Из них следует, что каждой паре входных запускающих импульсов соответствует один импульс на выхо­де, т. е. триггер делит на два количество поступающих на вход импульсов.

Условное изображение триггера со счетным запуском при­ведено на рис. 7.6, е. Заметим, что в изображении такого тригге­ра символ у счетного входа может отсутствовать.

Быстродействие транзисторных триггеров. Быстродействие триггера измеряется в герцах и оценивается наибольшим чис­лом переключений, которое может быть осуществлено в одну секунду. Оно является одной из важных характеристик тригге­ра, определяющих возможность его использования в устрой­ствах импульсной и вычислительной техники, автоматики и т. д.

Быстродействие обратно пропорционально разрешающему времени – минимальному временному интервалу, за который триггер изменяет свое состояние на противоположное. Если разрешающее время триггера больше паузы между соседними запускающими импульсами, то под действием второго из них переключения не произойдет.

Стадии переключения триггера. Разрешающее время равно сумме длительностей стадий переключения. Процесс переключе­ния можно разделить на четыре стадии, качественное описание ко­торых дается далее.

Стадия рассасывания начинается с момента воздействия запускающего импульса на базу отпертого транзистора и заканчивает­ся выходом его из насыщения. Во время этой стадии (t_p) ток и потен­циал коллектора практически не меняются. Длительность рассасывания уменьшается с увеличением запирающего (втекающего в базу) тока I_вх генератора переключающих импульсов и возрастает с увеличением степени насыщения S транзистора.

Стадия подготовки начинается с момента выхода из насы­щения отпертого транзистора и продолжается до отпирания запертого прежде транзистора. Длительность ее (t_п) тем меньше, чем меньше на­пряжение U_бзап которым заперт данный транзистор и чем быстрее из­меняется напряжение на коллекторе противоположного транзистора, передаваемое на базу данного. Поэтому, в частности, ограничивают напряжение источника, запирающего транзистор: Е_б ≤ (0,1 ÷ 0,2)Е_к.

Стадия опрокидывания характеризуется лавинообразным изменением токов и напряжений в схеме, когда оба транзистора нахо­дятся в активном режиме и через них замыкается петля положитель­ной обратной связи. Заканчивается эта стадия запиранием одного из транзисторов. Длительность ее (t₀) зависит от инерционности транзи­сторов.

Стадия установления завершает переключение триггера. В течение этой стадии достигают установившихся значений три напря­жения: на коллекторах обоих транзисторов и на базе закрывшегося транзистора.

Напряжение на коллекторе закрывшегося транзистора (например, Т₁ на рис. 7.1,а) достигает значения и_К1 ≈ – Е_к постепенно (рис. 7.7) из-за наличия конденсатора С₁. После переключения триггера кон­денсатор С₁ дозаряжается от источника Е_к через открытый эмиттерный переход Т₂ и резистор R_К1, на котором ток зарядки создает на­пряжение (аналогично было в мультивибраторе).

Напряжение на коллекторе открывающегося транзистора (Т₂) до­стигает значения и_к2 ≈ 0 постепенно (рис. 7.7) из-за того, что его коллекторный ток нарастает экспоненциально.

Длительности установления на коллекторе отрицательного () и положительного () перепадов напряжения показаны на рис. 7.7.

Напряжение на базе закрывшегося транзистора (например, Т₁) до­стигает установившегося значения постепенно из-за разрядки уско­ряющего конденсатора противоположного плеча (С₂). Эта разрядка происходит через резистор R₂ и одновременно через резистор R_б1 – источник Е_б - транзистор Т₂. Ток разрядки создает на резисто­ре напряжение, за счет которого потенциал базы закрывшегося транзистора Т₁ выше того значения, которое будет в установившемся режиме. Последний наступит после разрядки конденсатора.

Время, занимаемое стадией установления, определяется самым длительным из процессов установления трех напряжений: обычно на коллекторе или базе закрывшегося транзистора.

Разрешающее время (опреде­ляющее минимально допустимый интервал между запускающими импульсами):  t_разр= t_р+ t_n+ t_о+ t_уст

Обычно стадия установления занимает большую часть времени переходного процесса и определяет разрешающее время.

Разрешающее время, а сле­довательно, и быстродействие триггера зависит от инерцион­ности транзисторов, а также от величин емкостей конденсато­ров и сопротивлений резисторов схемы, определяющих дли­тельности перезарядки конденсаторов.

Рекомендация для Вас - 29 Человек и смерть.

Основными методами повышения быстродействия транзи­сторных триггеров являются: использование высокочастотных транзисторов, устранение насыщения, уменьшение времени установления напряжения на ускоряющих конденсаторах.

Схемы быстродействующих триггеров. На рис. 7.8 изображена схема триггера, в которой каскады являют­ся ненасыщенными ключами с нелинейной от­рицательной обратной связью. Подробно такие ключи (на транзисторах п-р-п) рассмотрены в § 2.7. В схеме (рис. 7.8) отрицательная обратная связь создается открываю­щимся диодом (Д₁ или Д₂) в процессе отпирания каждого транзистора. При этом коллектор транзистора (например, Т₁) через диод Д₁ и резистор R" подключается к базе.

Каждое верхнее по схеме плечо цепи связи составляется дву­мя резисторами (R'₁, R"₁ и R'₁ R"₂), к точке соединения которых подключен катод диода. При этом если отпирается, а Т₂ запи­рается, то катод диода окажется более отрицательным, чем база Т₁. В результате диод откроется раньше, чем напряжение коллектор – база Т₁ окажется положительным, т. е. насыщение Т₁ будет устранено. Аналогично будет открываться диод Д₂ при отпирании транзистора Т₂ и запирании транзистора Т₁.

На рис. 7.9 приведена схема триггера с эмиттерными повторителями, за счет которых существенно умень­шается время установления напряжений на ускоряющих кон­денсаторах. Коллектор каждого плеча триггера (транзисторы Т₁ и Т₂) связан с базой другого плеча через эмиттерный повто­ритель (транзисторы Г₃ и Т₄).

За счет малого выходного сопротивления R_вых эмиттерного повторителя уменьшаются: длительность фронта импульса, так как зарядка каждого ускоряющего конденсатора С₁ С₂ проис­ходит через R_вых, а не через R_к (как в обычной схеме); длитель­ность среза импульса, потому что отпирание транзистора триг­гера осуществляется током, усиленным эмиттерным повторите­лем. Благодаря этому максимальная частота переключений данной схемы в 1,5-1,7 раза больше обычной.

В рассмотренной схеме выходное напряжение целесообраз­но снимать с выхода эмиттерного повторителя: оно несущественно отличается от напряжения на коллекторе триггера, но за счет малого выходного сопротивления эмиттерного повто­рителя меньше зависит от сопротивления нагрузки.