Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Учебное пособие Типовые узлы цифровых устройств (2013) (1092077), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Единичныйуровень обеспечивает наличие тока базы транзистора,переводя его в режим насыщения.Рисунок 2.1Открытое состояние транзистора приводит к тому, что на его коллекторе (выходе Q) будет сформирован сигнал низкого уровня. Нулевой уровень сигнала на входе Aприведет к тому, что, за счет источника –Eсм, база-эмиттерный переход транзистораокажется запертым и транзистор перейдет в режим отсечки. Закрытое состояние транзистора приводит к тому, что на его коллекторе (выходе Q) будет сформирован сигналвысокого уровня.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»152.1. Симметричные триггеры на биполярных транзисторахПри последовательном включении двух транзисторных ключей входной сигналинвертируется дважды, т.е., в результате, не меняет своего логического состояния.
Нарисунке 2.2 показано каскадное включение двух транзисторных ключей.Рисунок 2.2Сигнал на выходе Q соответствует сигналу на входеQ Q1 A AТаким образом, на входе и выходе присутствует одинаковый логический сигнал.Это позволяет, не опасаясь конфликта, соединить вход и выход схемы (рисунок 2.3).Рисунок 2.3Схема представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока, охваченный сильной положительной обратной связью. Оба каскада работают в режимеключей, управляя первый вторым и второй – первым. Устройство может находиться вустойчивом состоянии неограниченное время.
Если в точке Q присутствует уровеньлогической единицы, то в точке Q - логический ноль и наоборот. Установка в требуеОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»16мое состояние может быть произведена подачей управляющего сигнала на базу соответствующего транзистора.
Полученное устройство представляет собой один из наиболее распространенных и простых видов триггеров – RS-триггер на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями. Его традиционная схема представлена нарисунке 2.4.Управляющий сигнал на входе S(SET) устанавливает триггер в единичноесостояние (Q = 1), аналогичный сигнал навходе R (RESET) сбрасывает триггер в нулевое состояние (Q = 0).Рисунок 2.4На рисунке 2.5 приведены временные диаграммы напряжений на входах и выходах RS-триггера.Из рисунка видно, что управляющий сигнал на входе S реализуется в виде импульса низкого уровня (S = 0), обеспечивающего условия для запирания транзистораVT1. При его воздействии триггер формирует наглавном выходе Q высокий уровень Q = 1 и низкий уровень Q = 0 на инверсном выходе.
Повторное воздействие отрицательного импульса на входS не меняет состояния триггера: Q = 1. Для сменысостояния триггера необходима подача аналогичного сигнала на вход R (R = 0).Рисунок 2.5Триггер переходит из одного состояния равновесия в другое, если управляющеенапряжение на его входе Uвх достигает некоторого порогового значения Uп, действу-ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»17ющего в течение времени τmin смены состояний в триггере. Значения Uп и τmin совместно определяют чувствительность триггера.Рассмотрим подробно переходные процессы в схеме с раздельным запуском побазам, протекающие при каждом переключении и представленные на рисунке 2.6.Рисунок 2.6Пусть транзистор VT1 открыт и насыщен, VT2 - закрыт. Значения токов инапряжений для данного состояния равновесия на рисунке 2.6 показаны при t < t0напряжения на конденсаторах равны соответственно UC1 ≈ UК2 ≈ EП и UC2 ≈ UК1 ≈ 0.При подаче на базу открытого транзистора VT1 в момент t0 запускающего импульса тока отрицательной полярности с амплитудой Im > IбC в триггере возникает переходнойпроцесс, который можно разбить на три основных этапа:ОглавлениеН.А.
Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»181) длительность задержки фронта импульса на выходе триггера tзад = tр+tп = t2– t0,где tр = t1 – t0 – время рассасывания заряда,tп = t2 – t1 – время подготовки к опрокидыванию схемы;2) опрокидывание ( регенерации ) триггера длительностью tоп = t3 – t23) установление нового состояния равновесия длительностью tу = t5 – t3Если входы RS-триггера объединить, как показано но рисунке 2.7, получим схему с общим (счетным) входом - схему Т-триггера.Т-триггер со счетным запуском по базамреализуется с помощью тех же элементов,что и RS-триггер, но запуск Т-триггера производится отрицательным импульсом, поступающим на базы транзисторов VT1 и VT2с общей клеммы ―Вход C‖ через разделительный конденсатор Cр и диодные ключиVD1 и VD2.Рисунок 2.7При запуске схемы с помощью последовательности одинаковых импульсов, поступающих на Т-вход, триггер переключается каждым из импульсов.
При этом частотаформируемых на выходе импульсов вдвое ниже частоты входных, т.е. Т-триггер можнорассматривать как делитель на два частоты входной последовательности.Для счетного запуска используются обычные дифференцирующие RC-цепочки сотсекающими диодами. При прохождении через них отрицательный запускающий импульс обостряется и укорачивается, что позволяет ускорить процесс рассасывания избыточных носителей в базе запираемого транзистора. Цепи счетного запуска должныобеспечивать надежное распределение переключающих импульсов между транзисторными ключами в зависимости от состояния схемы.
Переключение триггера в этой схеме зависит от амплитуды запускающего импульса Uзап. Пусть VT1 открыт и насыщен,VT2 – закрыт. Диоды VD1 и VD2 закрыты, но их запирающие потенциалы существенноразличаются: небольшое базовое напряжение насыщения Uбн транзистора VT1 держитVD1 близким к открытому состоянию, а -Uб базы VT2 надежно запирает VD2. Если UвхОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»19по модулю меньше запирающего напряжения Uб, то отрицательный импульс проходиттолько на базу открытого транзистора, вызывает его запирание и развитие регенеративного процесса.
Если же амплитуда запускающего импульса достаточно велика, то базовые напряжения оказываются недостаточными для управления .диодными ключами ивнешний импульс попадет на оба транзистора. Вследствие это VT2 будет закрыт, а VT1удержан на время действия импульса tи в закрытом состоянии. При этом не обеспечивается опрокидывание триггера (дальнейшее отпирание VT2 и запирание VT1).Схема Т-триггера с управляемым счетным запуском по базам реализуется с помощью дополнительных резисторов Rупр1 и Rупр2, объединяющихся с коллекторамидиодов и транзисторов рисунок 2.8.Это позволяет при запуске триггера управлять диодными ключамиVD1 и VD2 напряжением с выходовтриггера, что делает запуск болеенадежнымприлюбойамплитуде|Uзап|<+Eп.Рисунок 2.82.2 Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта)Такой триггер формирует двухуровневый сигнал прямоугольной формы в ответна воздействие сигнала произвольной формы.
Высокий уровень напряжения на выходетриггера Шмитта устанавливается при превышении входным сигналом внутреннегопорога срабатывания Uср, а сбрасывается при уменьшении входного сигнала нижевнутреннего порога отпускания Uотп (рисунок 2.9).ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»20Рисунок 2.9В импульсной технике эти триггеры применяют как пороговые устройства, формирователи прямоугольных импульсов, для запоминания полярности входного сигнала,в цифровой технике – для восстановления логических уровней цифровых сигналов.Схема триггера Шмитта представляет собой двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью, глубина которой подобрана так, чтобы получить передаточную характеристику Uвых(Uвх) со значительным гистерезисом и обеспечить соотношение Uотп < Uср рисунок 2.10.Пусть напряжение на входетриггера Uвх (клемма «Вход») близкок нулю, первый транзистор (VT1) закрыт, второй (VT1) насыщен.
Высокоомный делитель Rк1 + Rб2, Rсмшунтируется делителем Rк2, Rэ. Тогда,выходноенапряжениеUвых ≈ +Eп Rэ/(Rэ + Rк2).Рисунок 2.10ЗапирающеенапряжениепервоготранзистораUб1 = Uэ – Uвх.При Uвх > Uэ = Uср VT1 отпирается, и в схеме начинается процесс лавинного переключения в силу сильной положительной обратной связи транзисторов через Rэ. В результате VT2 запирается, независимо от нарастания Uвх. Напряжение на выходе триггераблизко к питающему: Uвых ≈ +Eп.
Напряжение на эмиттерах транзисторов примет значение, близкое к Uэ ≈ +Eп Rэ/(Rэ + Rк1). При понижении входного напряжения, еслиОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»21Uвх < Uотп, транзистор VT1 выйдет из насыщения и начнется процесс обратного лавинного переключения схемы.
Важно отметить, что правильная работа схемы возможна только при обеспечении неравенства Uотп < Uср, что выполняется при Rк1 > Rк2 идостаточно малом выходном сопротивлении источника сигнала Rист. Если Rист велико, схема теряет свои свойства и превращается в усилитель-ограничитель.ПередаточнаяхарактеристикатриггераШмитта образована двумя ветвями, иллюстрирующими два направления изменения входного сигнала рисунок 2.11.Еѐхарактернойособенностьюявляетсяреализациейтриггераналичие гистерезиса.Рисунок 2.11ДругойраспространеннойШмитта является схема на основе операционного усилителя(рисунок 2.12).Делитель на резисторах R1 и R2 определяет порогисрабатывания и отпускания симметрично относительно нулевого уровня.Рисунок 2.122.3.
Триггеры на интегральных схемах.Асинхронный RS-триггер. Электрическая схема приведена на рисунке 2.13.Для построения RS-триггера достаточно всего двух элементов 2И—НЕ. При подаче логического сигнала нулевого уровня на вход S на выходе Q независимо от текущего состояниятриггера формируется сигнал с уровнем логической единицы.Рисунок 2.13ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»22При неактивном состоянии (единичном) входа R триггер устанавливается в «1».В свою очередь, при подаче логического нуля на вход R при неактивном состоянии входа S триггер устанавливается в ноль. Переход обоих входов в неактивное, единичное, состояние переводит триггер в режим хранения записанной информации. Подача на оба входа активных, нулевых, сигналов соответствует попытке установки триггера сразу и в нулевое и единичное состояния, приводит к формированию на прямом иинверсном выходах единичного сигнала. Такое состояние не может быть запомнено,считается запрещенным и не рекомендуется к использованию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
