Гусев - Электроника (944138), страница 118
Текст из файла (страница 118)
Для оценки предельного значения внутреннего сопротивления источника входного сигнала используют входную характеристику зриггера ~рис. 8.28,г). Ее снимают, задавая значение входного тока от генератора с высоким выходным сопротивлением. Характеристика имеет пять ярко выраженных участков. На участке 1 входной ток 1в, О. Это соответствует закрытому состоянию транзистора МТ!. Прн напряжении 1/, транзистор ЕТ! отпирается. Рабочая точка переходит на участок П, на котором его эмиттерный переход смещен в прямом направлении тока, Потенциал база — эмиттер транзистора ГТ1 с повышением 1, увеличивается по модулю.
На участке 11 транзистор Г12 открыт и насьпцен. Часть тока, протекающего через резистор Я„,, ответвляется в его базу. При токе 1„, = 1 и напряжении !/,„= 1/я транзистор 1'Т2 выходит из насыщения. На участке 1П оба транзистора работают в активном режиме и действует положительная ОС. Уменьшение тока транзистора Ъ'Т2 вызывает увеличение тока транзистора ГТ1 и уменьшение падения напряжения на резисторе Я,. В точке 1,. Г, транзистор ~'Т2 запирается, а транзистор ГТ1 продолжает работать в активном режиме.
На участке 1Е увеличение тока 1в, сопровождается пропорциональным увеличением тока эмиттера 1,, и напряжения 1/,„. При токе 1в,=1,, и напряжении 1/,„=// транзистор Ъ'Т1 входит в насьпцение. Дальнейший рост 1/,„ на участке Г обусловлен увеличением падения напряжения на входном сопротивлении триггера, создаваемого током 1в,.
Во входной характеристике легко оценить роль сопротивления источника сигнала Я„ и получить критерий триггерного режима. Если Я„=О, то линиями нагрузки являются верзикальные прямые. В этом случае в точках 1/, 1/ имеют место скачки тока базы 1в,. В обгцем случае при Я„ФО напряжения отпускания 1/,'„, и срабатывания 1/'„„ зависят от сопротивления источника сигнала: 1/.,„= 1/.,„+1,Я„; и;„= и„,+1,Я„. С ростом сопротивления Я„рабочая точка, характеризующая состояние после срабатывания, перемещается с участка Г на участок 1Г Рабочая точка, характеризующая схему сразу после отпускания, с участ.ка 1 перемещается на участок 11.
При этом напряжения срабатывания и отпускания сближаются и при определенном значении сопротивления источника Я„" сливаются. При этом цепь перестает работать как триггер, а превращается в регенератнвный усилитель, имеющий большое усиление за счег положительной ОС с петлевым усилением Ку=!. ыг г) Рис. 8.29. Микросхема 564ТД! 1и); трипер П)митта на ОУ 16) и его передаточная характеристика (в); триггеры Шматка с улучшенными характеристиками 1г) и работающие защслкоя (д) Таким образом, различие в уровнях срабатывания и отпускания является необходимым условием работы цепи в триггерном режиме. Следует обратить внимание на некоторую возможную нестабильность уровней срабатывания и отпускания.
Их разброс и дрейф обусловлены разбросом параметров и старением элементов цепи, а также влиянием внешних условий, особенно температуры. Эти возможные нестабильности уровней необходимо учитывать при использовании триггеров Шмитта на транзисторах в качестве различных сравнивающих устройств. Триггеры Шмитта выпускаются в виде самостоятельных микросхем в составе отдельных серий, например типа К155ТЛ1, К!55ТЛ2, К155ТЛЗ, 564ТЛ! и др. В их входную цепь часто включен логический элемент И, расширяющий функциональные возможности интегральной схемы. Так, в микросхеме 564ТЛ1 (рис. 8.29, а) в одном корпусе выполнены четыре триггера Шмита. На входе триггеров установлен двухвходовой элемент И, а на каждом выходе инвертор сигнала, уменьшающий влияние сопротивления нагрузки на значение н форму выходного си1чгала.
Напряжение срабатывания у триггеров на биполярных транзисторах (серии 155, 133) около 1,5 В. Напряжение отпускания около 1 В. У триггеров серий КМОП (564, 176) напряжения срабатывания и отпускания зависят от напряжения источника питания. Так, у 564ТЛ1 1/е,е равны 581 2,9, 5,2, 7,3 В при напряжениях питания 5, 1О и 15 В. Соответственно напряжения отпускания равны 0,7, 1,0, 1,3 В. Интстральпые триггеры Шмитта устанавливают перед логическими элементами в тех случаях, когда им приходится работать с входными сигналами, имеющими значительную длительность фронтов. В этих случаях триггеры Шмитта повышают крутизну нарастания сигналов, «предохраняюпо 31Э от длительного нахождения в активном режиме, в котором те могут самовозбудиться, и подвергаются повьппенному действию помех.
При необходимости получить повышенную стабильность напряжений срабатывания н отпускания триггеры Шмитта выполняют на операционных усилителях, например так, как показано на рнс. 8.29, б. Уровень входного сигнала его срабатывания определяется значением напряжения Е . Вго можно легко регулировать в цуироких пределах. Рассматриваемый триггер Шмитта представляет собой ОУ, охваченный положительной ОС с помощью резисторов А, Аз Коэффициент ОС у = А3 !(А, + А, ). Из теории обратной связи известно, что усилитель, охваченный положительной ОС, переходит в автогенераторный режим или становится регенеративным устройством при вьпюлнении условия Ку > 1. Следовательно, если АДА, + А,) > 1 К, то данное устройство будет обладать регенеративными свойствами и выходная характеристика будет релейной.
Пусть на инвертирующий вход подано входное напряжение, существенно меньшее Е . Тогда ОУ находится в состоянии, в котором 1/,„„= Гг',"„„в„. Значение этого напряжения определяется типом ОУ и напряжениями питания (~г * * яо)яг ~~ * яг у Вояз (8.15) вз= -о+ яг яз ~лг яз Если пренебречь влиянием синфазного сигнала, то можно считать, что выходной сигнал ОУ начнет изменяться в том случае, если между его входами будет разность напряжений, меньшая й б 3 ~' озвз озв г Ку и (8.
16) где К„„коэффициент усиления ОУ. Таким образом, если входное напряжение 1/,„будет меняться, то в тот момент, когда разность напряжений между входами станет меньше г50з, напряжение на выходе ОУ изменится. ОУ выйдет из состояния насыщения и вследствие действия цепи положительной ОС начнет регенеративный процесс. Так как на неинвертирующем входе напряжение равно гl„з, уо регенерация начнется в момент времени, когда 533 Лг ' яз дг '-Лз или (8.18) вх г ввгх гвах ' " ~.
+ О д В результате процесса регенерации ОУ окажется снова в состоянии насыщения, но выходное напряжение будет уже противоположного знака н равно Г,„„,„. Процесс регенерации протекает следующим образом: как только входное напряжение стало равным сг',„„усилитель выходит из насыщения. Выходное напряжение начинает уменьшаться, снижая напряжение на неинвертирующем входе. Это приводит к уменьшению разности потенциалов между входами и дальнейшему снижению выходного напряжения. После того как выходное напряжение перейдет нулевое значение, разность потенциалов между входами начнет возрастать по модулю, но полярность меняется на противоположную. Процесс протекает лавинообразно, и в итоге усилитель «попадает» в насыщение по другой полярности.
На входе ОУ, который не инвертирует входной сигнал„установится напряжение (~Г ~ вдв)яг ~(г — ! ггг Е дз (8.1 9) Это состояние будет устойчивым при всех значениях входного напряжения, больших Если теперь уменьшить входное напряжение, то выходное напряжение не изменит своего значения до момента, пока ОУ не выйдет из насыщения, что имеет место при дифференциальном сигнале ОУ: Л('г = (8.20) Процесс регенерации, обусловленный выходом ОУ в активную область, начнется при и,„,= — ~и.-„„..„~ ~' +Е„' +Ли,.
(8.21) Нга Нз яга дз Подставив (8.20) в (8.21), получим ~~ и г 1 ~' вгвх азах~ +ЕО (8 22) ,Лг„зз,/ Л„„з Разные входные напряжения, при которых формирователь срабатывает, говорит о наличии гистерезиса, аналогичного гистерезису у триггера Шмитта. Ширина петли гистерезиса определится разностью входных напряжений ~l,„г и сз',„г: 583 Как видно из выражения (8.23), ширина петли гистерезиса зависит от напряжений (/,„„,„и (/,"„„,„, а также от коэффициента обратной связи. Если у=1 К, то гистерезис отсутствует совсем, так как выражение, стоящее во вторых скобках в (8.23), обращается в нуль. Если />э 1/К, то (8.23) можно упростить и записать в виде ((/а *пах+~( выхтак~)' ~~2 ~~3 (8.24) я1 яг (/„„-Е " +(/,„„ Яг" //з /'з (8.25) Если значения входного напряжения меньше второго уровня срабатывания, то цепь работает как «защелка».
Действительно, стоит только раз входному напряжению уменьшиться до значения ниже Е«, как формирова|ель сработаез и останется в этом положении до тех пор, пока не будет подан входной сигнал, больший второго уровня срабатывания формирователя. 584 Таким образом, передаточная характеристика формирователя имеет вид, показанный на рис.
8.29, в. Напряжение Е» смещает середину петли гистерезиса, практически не меняя ее ширины, зависящей от коэффициента обратной связи у и уровней ограничения ОУ. Следует обратить внимание на то, что при очень малом у коэффициент усиления ОУ влияет на ширину петли гистерезиса. Нестабильность напряжений (/,+„,,„и (/„„„„приводит к изменению ширины петли гистерезиса и изменениям уровней срабатывания и отпускания. Этого недостатка лишен формирователь, схема которого показана на рис. 8.29, д.
В нем напряжение ОС стабилизировано по обеим полярностям с помощью стабилитронов П)/ и )'//2. При этом все полученные вьппе уравнения остаются справедливыми, только в них вместо (/,+„„,„и (/.„,„,„необходимо подставить напряжение стабилизации соответствующего стабилитрона, добавляя к нему падение уравнения на стабилитроне, который при данной полярности выходного напряжения выполняет функции открытого диода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
