Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 40
Текст из файла (страница 40)
4.78) существуют тактируемый Ю-триггер, 1К-триггер с запуском от фронта импульса, а также 0-триггер. Основой всех этих схем является бистабильный мультивибратор. 4.41. Триггер Шмитта Триггер Шмитта является схемой, на выходе которой можно получить прямоугольные импульсы при входном сигнале произвольной формы. Схема построена так, что и импульсную форму Семейства логических схем 247 //пппг / дтпдппд сигиап дп/хпдпап' ппгпап Рис.
4.79. Энюры нанряжений в рааянчных точках триггера Шмитта. преобразуются только те сигналы, текущее значение которых превышает некоторую заданную величину, Таким образом, для нее имеется входной порог по напряжению. Допустим, что мы управляем работой этой схемы с помощью синусоидальных сигналов (рис. 4.79).
В этом случае триггер Шмнтта будет запускаться, если мгновенное значение входного напряжения превысит определенный порог, например +1 В. На рис. 4.80 приведена конкретная схема триггера Шмитта. Пороговое значение напряжения устанавливается в ией с помощью +ив гв> пд С Рис. 4.80, Триггер Шмитта. 248 Глава 4 потенциометра Р2. В нормальном режиме Т1 заперт, а Т2 находится в состоянии насыщения, обеспечивая на 14, довольно большую разность потенциалов. Выбирая соответствующие параметры входного делителя напряжения, можно добиться, чтобы эмиттер транзистора Т1 имел положительный потенциал относительно базы, т. е.
чтобы этот транзистор был действительно заперт. Как только мгновенное значение амплитуды входного сигнала превысит порог, потенциал базы транзистора Т1 становится положительным относительно эмиттера, и схема опрокидывается. Поскольку потенциал базы положителен, транзистор Т1 начинает проводить, а Т2 запирается. Если Я,1 =)с,ь то на )с, возникает та же разность потенциалов, что и ранее. Это означает, что схема возвратится в первоначальное состояние, если мгновенное значение входного напряжения станет меньше порога.
Если )г„)Я,ь триггер возвращается в исходное состояние при более высоком потенциале на входе по сравнению с потенциалом, при котором он переключается. Очевидно, что уровень дискриминации на входе схемы можно установить с помощью соответствующего делителя напряжения ф2). Оценим приближенно параметры элементов триггера Шмитта. Допустим, что Р„=)с„,=!0 кОм и схема не должны запускаться сигналами с мгновенным значением ниже 2,6 В. В этом случае напряжение на )с, должно быть не менее 2 В. Если Т2 полностью открыт, при напряжении питания 6 В падение напряжения на )г„будет равно Рва = 1)в — Ул, —— 6  — 2 В = 4 В.
Коллекторный ток в транзисторе Т2 равен Т„~ = (У~ — У~в)Я„~ = 0,4 мА. Для обеспечения этого тока через переход база — эмиттср в Т2 должен течь ток Твз — — (У~ — Ул,)/аМ„~ =- 0,01 мА, Здесь принято, что а'=40. Так как Т1 заперт, тот же ток должен протекать через Я„ и 144 от источника Ув, т. е. Я~ — Ия,)!Я„~+ Р4) = (У~ — Ир )~а'К„~, или й4 = а'Рва — й,о и если )с„,=)с„,, то Я4 =(а' — 1) й„,= 39 ° 104 Ом= 390 кОм.
249 Семейства логических схем В атом практическом методе расчета мы пренебрегаем контактной разностью потенциалов (7„я и напряжением насыщения (7нас. 4.42. Схема И-НЕ с входным триггером Шмитта Если использовать триггер Шмитта в качестве входного усилителя ТТЛ-схемы И-НЕ, получится схема И-НЕ с гистерезисом в передаточной характеристике.
Рассмотрим две передаточные характеристики (прямая и обратная) для обычной ТТЛ-схемы И-НЕ (рис. 4.8!,а) и для И-НЕ с триггером Шмитта на входе (рис. 4.81, б) . Для обычной ТТЛ-схемы И-НЕ с ростом напряжения на входе от низкого уровня до (ув при переходе через среднее значение +1,4 В выходное напряжение уменьшается скачком с высокого уровня до низкого (+0,2 В). Если входное напряжение уменьшается с +3,3 В до низкого уровня, то в точке + 1,4 В происходит переключение выходного напряжения с низкого на Рис. 4.8(.
Передаточная характеристика ТТЛ-схемы И-НЕ (а) и схемы И-НЕ с триггером Шмитта на входе (б). высокий уровень. Таким образом, как переход с низкого уровня на высокий, так и переход с высокого уровня на низкий на выходе происходит при одинаковом уровне переключения 1,4 В. Это напряжение называется средним уровнем переключения схемы И-НЕ. Если же на входе схемы И-НЕ включен триггер Шмитта, указанные выше уровни переключения оказываются сдвинутыми друг относительно друга (рис. 4.81,б).
При увеличении входного напряжения, начиная с низкого уровня и выше, переход с высокого уровня на низкий на выходе происходит при +1,7 В, а переход с низкого уровня на высокий — при напряжении О,9 В. В результате на передаточной характеристике появляется петля гистерезиса. 280 Глава 4 инп еруфеос опе прсоороеосопоу оппопьсос с прооесосьеьут фронфопо В сфопдоруе ГГГу о вко 1 1 ! вык Рис. 4.82.
Схема И-НЕ с входным триггером Шмитта в качестве формирователя импульсов. а — фунняноннльнея; 6 — епюры ннпряженна. Этот гистерезис в передаточной характеристике обеспечивает большое значение помехоустойчивости для схемы И-НЕ, так как для входного напряжения низкого уровня (среднее значение 0,2 В) это значение равно 1,5 В, а для напряжения высокого уровня — 2,4 В (для обычной ТТЛ-схемы эти значения равны 1,2 и 1,9 В соответственно). Схемы И-НЕ с входным триггером Шмитта предназначены в первую очередь для применений, в которых ожидается высокий уровень помех, например при передаче сигналов по относительно длинным линиям связи.
Кроме того, как следует из предыдущего раздела, в этих схемах за счет действия внутренних связей возникает такое полезное качество, как спонтанное переключение. В результате входной импульс с «плохой» формой преобразуется в импульс с хорошо определенными высоким и низким уровнями н крутыми фронтами. Поэтому схемы И-НЕ Семейства логических схем Р~Фх 24ЫУ2 йХО(7 ! 11 ! бои Рис. 4.83 Схема И-НЕ с входным триггером Шмитта и качестве иорогоиого детектора. а — фуннаноналаная; б — апюры напряжений.
с триггером Шмитта на входе следует применять в качестве формирователей или преобразователей, которые преобразуют например, синусоидальные сигналы в сигналы прямоугольной формы. На рис. 4,82 произвольный сигнал с пологими фронтами, поступающий с выхода фоторезистора, преобразуется в импульсный сигнал со стандартными ТТЛ-уровнями напряжения и крутыми фронтами.
На диаграмме оба уровня переключения схемы И-НЕ с входным триггером Шмитта обозначены как и„и и,. Схема И-НЕ с входным триггером Шмитта используется наряду с обычным триггером Шмитта в качестве порогового детектора. Из рис. 4.83 видно, что, когда вершина входного сигнала проходит через уровень ауте, на выходе схемы возникает напряжение низкого уровня, а при уменьшении входного напряжения ниже Бт триггер переключается на высокий уровень. Видно также, что здесь происходит спонтанное переключение с крутыми фронтами, в то время как входной сигнал представляет собой произвольный импульс с пологими фронтами.
282 Глава 4 Юхпг7 1 ((аббе Рис, 4.84. Мультивибрптор не основе схемы И-НЕ с входным триггером Шмиттв. н — схема генератора; б — апюры напряжений. За счет эффекта взаимной связи схему И-НЕ с входным триггером Шмитта можно легко превратить в генератор импульсов (рис. 4,84). Для этого требуются только два дополнительных элемента — резистор )г( и конденсатор С1. В одном корпусе 01Р обычно размещаются 4 схемы И-НЕ с входными триггерами Шмитта (74132, 74Е8132), поэтому мы можем реализовать 4 отдельных генератора в одном корпусе (рис. 4.85). Неиспользуемые входы И-НЕ в ИС 741.8132 соединяются с источником питания +5 В. Для стандартных ТТЛ-схем это 28З Семейства логических схем ВХ/7/7 в д ч сил + иил да////л ,)анде 5Ф 7С /5 / С 5В 74 /5 /За Рис 4.88.
Схема И-НЕ (74).8132) с входным триггером 1имитта и схема НЕ (74с814) с входным триггером Шмитта. соединение производится через резистор с сопротивлением ! кОм, причем к этому резистору можно присоединить все свободные входы схемы И-НЕ. Принцип действия генератора на основе схемы И-НЕ с входным триггером Шмитта заключается в следующем. Когда емкость разряжена, напряжение иа входе схемы И-НЕ имеет низкий уровень, а на выходе — высокий уровень. Затем емкость заряжается через )с! до тех пор, пока не будет превышен уровень (7/+ и на выходе появится напряжение высокого уровня. В результате конденсатор начнет разряжаться, пока не достигнет л54 Глава 4 уровня Уг-.
Схема И-НЕ снова переключается, и на выходе появляется высокий уровень, после чего снова происходит заряд конденсатора до уровня Иге, т. е. процесс повторяется. При этом на входе схемы возникают треугольные импульсы, а на выходе — импульсы симметричной формы, которые могут непосредственно запускать ТТЛ-схемы. Для того чтобы с помощью такого генератора можно было вырабатывать импульсы низкой частоты, к основной схеме добавляется эмиттерный повторитель с транзистором р — и — ртипа, который позволяет увеличить Гс'г до 10 кОм (рис. 4.86). Рис.
4.86. Мультивибрвтор нв основе схемы И-НЕ с входным триггером Шмиттв. Таким образом, с помощью относительно небольшой емкости удается обеспечить малую частоту следования импульсов. На рис. 4.87 приведен еще один пример применения схемы И-НЕ с входным триггером Шмитта в качестве расширителя импульсов. Этот триггер управляется ТТЛ-схемой с окрытым коллектором, параллельно которому включен конденсатор. Когда транзистор не проводит ток, конденсатор заряжается через внутреннюю входную цепь схемы И-НЕ и его потенциал стремится к +с/в. Однако в момент превышения порога Иге потенциал на выходе схемы И-НЕ понижается. В результате заряда параллельного конденсатора входное напряжение достигает порогового значения после некоторого времени задержки, вследствие чего первоначальный узкий импульс преобразуется на выходе схемы И-НЕ с входным триггером Шмитта в более широкий импульс.
4.43. Пробой промежутка база — эмиттер в мультивибраторе на дискретных элементах Отрицательный скачок напряжения, возникающий на коллекторе транзистора при работе всех типов мультивибраторов, передается на базу соответствующих транзисторов. Амплитуда 288 Семейства логических схем Вй7уаВ а жирыа7ыи щппеапатп Втаб Вха -77 + Т йчй Вых Рис. 4.87. Схема И-НЕ с входным триггером Шмитта в качестве расширителя импульсов. этого скачка не должна превышать 8 В в связи с опасностью пробоя промежутка база — эмиттер в планарных транзисторах. Это означает, что в схемах с такими транзисторами нельзя применять источники питания с напряжением выше +9 В. При более высоком напряжении питания необходимо включать последовательно с базой транзистора защитный диод, который предотвращает пробой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
