Триггеры на транзисторах

Триггер — это устройство с двумя устойчивыми состояниями, которое может скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием входного сигнала при достижении им определенного порога. Переброс триггера осуществляется за счет положительной обратной связи. Выходное напряжение имеет вид скачков напряжения, крутизна фронтов которых определяется быстродействием триггера.

Наибольшее распространение получили триггеры на транзисторных ключах с перекрестными обратными связями. Если оба ключа идентичны, то триггер называется симметричным, в противном случае — несимметричным.

На рис. 4.24 показан триггер на биполярных транзисторных ключах с внешним источником напряжения смещения Е_см. Ключи выполнены по схеме ОЭ. Связь между ключами осуществляется с помощью резисторов R_б, включенных между базой одного транзистора и коллектором другого. Поэтому такой триггер часто называют триггером с коллекторно-базовыми связями. Триггер имеет два устойчивых состояния; транзистор T₁-насыщен, T₂-заперт и наоборот: T₁-заперт, а T₂-насыщен.

Предположим, в исходном состоянии транзистор T₁ насыщен, а T₂ заперт. Для обеспечения надежного запирания транзистора положительное смещение должно удовлетворять условию:

Тем самым компенсируется обратный ток коллекторно-базового перехода и ток, вызванный отрицательным остаточным напряжением коллектора U_к.наc транзистора T₁.

Для надежного насыщения открытого транзистора необходимо выполнить условие:

Здесь S — коэффициент запаса по насыщению (S = 1,5–2,0).

Так как триггер симметричен, то условие запирания и открывания транзисторов в другом устойчивом состоянии аналогичны.

При поступлении на базу открытого транзистора T₁ входного сигнала положительной полярности достаточной амплитуды начинается переброс триггера в противоположное состояние. Закрываясь под действием управляющего сигнала, транзистор T₁ увеличивает отрицательное напряжение на своем коллекторе, которое через резистор R_б поступает на базу транзистора T₂, вызывая его открывание. В свою очередь, открываясь, транзистор T₂ снижает отрицательное коллекторное напряжение и тем самым способствует закрыванию транзистора T₁ уже и под действием положительного смещения Е_см. Процесс переброса происходит лавинообразно.

Аналогично процесс наблюдался бы при подаче отрицательного открывающего импульса на базу закрытого транзистора T₂. Таким образом, можно управлять триггером раздельно по базам открывая закрытый транзистор или закрывая открытый, а можно по одной базе, но разнополярным управляющим сигналом, закрывая и открывая один транзистор.

Для ускорения процесса переключения триггера базовые резисторы шунтируют ускоряющими конденсаторами. Оптимальная емкость этих конденсаторов выбирается в зависимости от величины коллекторного резистора и предельной частоты усиления транзистора:

.

Максимально возможная частота переключения триггера близка к предельной частоте w_a транзистора.

Для ускорения переброса триггера (а это необходимо в быстродействующих пересчетных схемах) кроме ускоряющих емкостей используют нелинейные обратные связи, устраняющие сильное насыщение транзисторов.

Кроме режима управления по раздельным входам, когда триггером управляют однополярные импульсы, подаваемые поочередно на обе базы или разнополярные импульсы, подаваемые — на одну базу, существует режим управления с общим входом (счетный режим). В последнем случае запускающие импульсы одной полярности подаются одновременно на обе базы (или оба коллектора). Вариант реализации триггера со счетным входом показан на рис.4.35. Здесь входные импульсы подаются на базы транзисторов через диодно-конденсаторные вентили C₁R₁D₁ и C₂R₂D₂. Резистор вентиля подключен к коллектору своего транзистора. В исходном состоянии триггера напряжение коллектора закрытого транзистора запирает вентиль, подключенный к базе этого транзистора и наоборот, вентиль открытого в исходном состоянии транзистора тоже открыт. При поступлении на входы обоих вентилей входного счетного импульса положительной полярности (или положительный фронт входного импульса в случае дифференцирующей емкости вентиля) поступит только на базу открытого транзистора, закрывая его и вызывая переброс триггера. Для надежного срабатывания триггера длительность входных импульсов (или импульсов после их дифференцирования) должна быть меньше времени переворота триггера. Вентили играют роль коммутирующих ключей, исключающих одновременное воздействие на оба транзистора. Таким образом, триггер будет перебрасываться при поступлении очередного входного импульса на счетный вход.

Триггеры со счетным входом являются основой счетчиков импульсов, так как позволяют осуществить последовательное соединение триггеров. Наличие счетного входа не исключает возможности управления триггером по раздельным входам.

Принципиально можно построить триггеры не только на транзисторах, но и на других нелинейных элементах: динисторах, тринисторах и т.д., но широкого применения такие триггеры не получили.