Симметричные триггеры | HomeElectronics

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказал об ограничителях сигнала, которые предназначены в первую очередь для ограничения импульса на определённом уровне напряжения. Сегодняшний мой пост о триггерах, которые также могут использоваться для формирования прямоугольных импульсов, но основное их назначение более сложное.

В одной из предыдущих статей я рассматривал различные типы триггеров в интегральном исполнении, не вдаваясь во внутреннее устройство. Хочу напомнить, что же такое триггер. Триггер – это устройство, которое обладает двумя устойчивыми состояниями и способные под воздействием внешнего управляющего сигнала скачком переходить из одного устойчивого состояния в другое. Триггеры изготовляются в виде интегральных микросхем, но также могут быть выполнены на дискретных (отдельных) элементах. Триггеры на дискретных элементах применяются в нестандартной аппаратуре управления и контроля, и отраслях науки и техники, где используются повышенные уровни напряжения и тока.

Устройство и принцип работы симметричного триггера

Симметричный триггер представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока с положительной обратной связью, которая осуществляется через RC–цепи с коллектора одного транзистора на базу другого.

Схема симметричного триггера с независимым смещением.

Данная схема триггера имеет название симметричного триггера с независимым смещением. В данной схеме параметры левой и правой части идентичны, то есть Rb1 = Rb2, Rk1 = Rk2, R1 = R2, C1 = C2, транзисторы VT1 и VT2 имеют одинаковые параметры.

Хотя триггер и называется симметричным, в реальных схемах никогда не удаётся допиться идентичности параметров транзистора, поэтому при подключении триггера к источнику питания один из его транзисторов окажется открытым (состояние насыщения), а другой транзистор будет в закрытом состоянии (состояние отсечки). В данном состоянии триггер может находиться сколько угодно долго (пока присутствует напряжение питания).

Допустим, что после подключения триггера к источнику питания транзистор VT1 оказался в открытом состоянии, а транзистор VT2 – в закрытом состоянии. В этом случае коллекторное напряжение транзистора VT1 окажется примерно равным 0, а коллекторное напряжение VT2 – напряжению источника питания + Е. Казалось бы, за счёт резистора R1 транзистор VT2 должен был бы открыться, но так как на базу VT2 поступает дополнительное напряжение смещения Eb, поэтому на базе VT2 поддерживается напряжение меньшее, чем необходимо для открытия данного транзистора. Таким образом за счёт дополнительного источника смещения Eb схема триггера находится в устойчивом состоянии, а на выходах триггера поддерживаются парафазные напряжения.

Для того чтобы на выходах симметричного триггера изменились напряжения необходимо подать на триггер внешний управляющий (запускающий) импульс напряжения или тока. В этом случае триггер переходит из одного устойчивого состояния в другое, транзисторы в схеме изменяют своё состояние: открытый транзистор – закрывается, а закрытый – открывается. В это же время на выходах триггера формируется перепад напряжения.

Схемы запуска триггера

Как говорилось выше для переключения триггера из одного устойчивого состояния в другое необходимо подать на его входы управляющий (запускающий) импульс. В зависимости от того как подавать управляющий импульс существует несколько видов схем запуска триггера:

• 1.В зависимости от способа управления:
  • — раздельный способ;
  • — счётный (общий) способ.
• 2.В зависимости от места поступления импульса запуска:
  • — базовый;
  • — коллекторный.

Для запуска триггеров используют короткие импульсы, которые формируются дифференциальными RC- или RL- цепочками. Так как при прохождении импульса через дифференциальную цепочку формируется два разно полярных импульса, то для предотвращения двойного срабатывания триггера между дифференциальной цепочкой и точкой входа запускающего импульса ставят диод, который отсекает второй импульс. В общем случае схема запуска имеет следующий вид:

Схема запуска триггера.

Рассмотрим схему раздельного запуска триггера с подачей управляющих импульсов в базовые цепи транзисторов.

Симметричный триггер с независимым смещением и раздельным запуском.

В данной схеме импульс, поданный на один из входов триггера, переключает его из одного устойчивого состояния в другое. Если импульс подать на другой вход, то состояние триггера изменится на противоположное. Схема запуска состоит из резисторов Rз1 и Rз2, конденсаторов Сз1 и Сз2, диодов VD1 и VD2. Остальные элементы являются цепями питания и смещения транзисторов VT1 и VT2.

Симметричный триггер с раздельным запуском называется RS-триггером, он имеет два входа и два выхода. Входы, на которые подают управляющие импульсы, называются установочными и обозначают R и S, выходы триггера обозначают Q и –Q.

Рассмотрим схему со счётным (общим) запуском триггера и подачей управляющих импульсов в базовые цепи транзисторов.

Симметричный триггер с независимым смещением и счётным запуском.

В данном случае импульсы подаются на общий вход триггера, и каждый импульс приводит к изменению устойчивого состояния триггера. При рассмотрении работы данного типа триггера может возникнуть ощущение, что произойдёт двойное срабатывание, однако за счёт того что у открытого транзистора потенциал базы выше, чем у открытого, то один из диодов сработает раньше другого, а у открытого транзистора диод будет заперт высоким напряжением базы.

Симметричный триггер с общим запуском называется T-триггером и частота переключения данного типа триггера вдвое меньше, чем частота поступающих импульсов запуска.

На процесс перехода триггера из одного состояния в другое существенное значение оказывает время длительности управляющего импульса, например, если импульс имеет недостаточную длительность, то один из транзисторов триггера может не открыться и триггер не сработает.

Симметричный триггер с автоматическим смещением.

Кроме схем триггеров с внешним смешением существует ряд схем с автоматическим смещением, которое создается за счёт падения напряжения на сопротивлении Re в цепях эмиттеров транзисторов VT1 и VT2.

Симметричный триггер с автоматическим смещением.

Кроме резистора Re в цепи эмиттеров включается конденсатор Се, который выбирается достаточно большой ёмкости, чтобы за время переключения триггера из одного состояния в другое напряжение смещения практически не менялось. За счёт элементов Re и Се отпадает необходимость в отдельном источнике напряжения смещения, но это же приводит к тому что уменьшается уровень напряжения, которое может быть снято с выходов триггера. Кроме того на сопротивлении Re рассеивается достаточно большая мощность. В остальном же параметры схемы практически идентичны и схема с автоматическим смещением так же как схема с внешним смещением может использоваться как с раздельным запуском, так и с общим запуском.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

www.electronicsblog.ru

Триггер Шмитта на транзисторах | joyta.ru

Триггер Шмитта на транзисторах, так же как и триггер Шмитта на  ОУ,  является системой двух устойчивых состояний, переход которого из одного состояния в другое связан с амплитудой запускающего импульса.

Подобные триггеры широко используются, в вычислительной технике и всевозможных промышленных приборах, где нужно менять форму сигнала, преобразовывать прямоугольные импульсы из синусоиды колебаний и регистрировать завышение сигнала определенного порога. Стандартная схема триггера Шмитта на двух биполярных транзисторах n-p-n   приводится ниже.

Для правильного уяснения работы триггера Шмитта сперва допустим, что на входе транзистора VT1 нет сигнала. Сопротивления R1, R2 и R3, подключены к минусу и плюсу питания, и создают своеобразный делитель напряжения. По отношению к эмиттеру транзистора VT2, падение напряжения на сопротивлении R3 окажется положительным, по причине этого данный транзистор будет открыт.

От источника питания на коллектор транзистора VT2 через резистор R4 идет положительный потенциал. Когда транзистор открыт, ток эмиттера, протекающий через R4, создает на нем падение напряжения. Сквозь вторичную обмотку трансформатора Тр1, имеющего малое сопротивление,  потенциал на резисторе R5 оказывается между базой и эмиттером VT1 и формирует обратное смещение на переходе Б-Э. В связи с этим VT1 закрыт. Данное устойчивое состояние схемы Шмитта является одним из двух вероятных состояний.

Вследствие падения напряжения на R4 по причине протекания через него тока, потенциал коллектора VT2 будет намного ниже напряжения питания. При поступлении на вход сигнала, он не окажет никакого воздействия на устойчивость триггера Шмитта, если его амплитуда будет меньше напряжения смещения между эмиттером и базой транзистора VT1, идущего с сопротивления R5.

В том случае если входной сигнал будет по амплитуде больше этого смещения, то произойдет открытие VT1. Из-за снижения потенциала на коллекторе VT1 снижается смещение на базе VT2, и в итоге его эмиттерный ток также снизится.

Из-за этого снизится падение напряжения на сопротивлении R5, а смещение на базе VT1 увеличится и инициирует последующий рост тока через VT1. Падение напряжения на R1 также значительно повысится, что в свою очередь уменьшит смещение на базе VT2 и снизит падения напряжения на R5. Этот алгоритм будет длиться до тех пор, пока VT1 до конца не откроется, а  транзистор VT2, не закроется.

Как только ток коллектора VT2 достигнет нуля и на сопротивлении R4  начнет падать напряжение, потенциал же на его коллекторе станет увеличиваться, который пройдя через конденсатор С2 становится выходным сигналом.

Величина и форма сигнала на выходе триггера Шмитта  находятся в прямой зависимости от постоянной времени (R4+Rн)C2 и сопротивления нагрузки Rн. Устойчивое положение, которое отвечает закрытому транзистору VT2 и открытому VT1, является вторым состоянием триггера Шмитта, и оно длится, пока есть входной сигнал. И как только входной сигнал пропадет, триггер Шмитта переходит в первоначальное состояние.

Если постоянная времени (R4+Rн)С2 существенно превышает продолжительность входного сигнала, то амплитуда сигнала на выходе триггера Шмитта практически оказывается стабильной, без изменений.

Источник: «200 избранных схем электроники»,  Мэндел М.

www.joyta.ru

RS-триггер. Принцип работы и его типовая схема на логических элементах.

Устройство и принцип работы RS-триггера

Одним из важнейших элементов цифровой техники является триггер (англ. Trigger — защёлка, спусковой крючок).

Сам триггер не является базовым элементом, так как он собирается из более простых логических схем. Семейство триггеров весьма обширно. Это триггеры: T, D, C, JK, но основой всех является самый простой RS-триггер.

Без RS триггеров невозможно было бы создание никаких вычислительных устройств от игровой приставки до суперкомпьютера. У триггера два входа S (set) — установка и R (reset) — сброс и два выхода Q-прямой и Q— инверсный. Инверсный выход имеет сверху чёрточку. Триггер бистабильная система, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний сколь угодно долго. На рисунке показан RS-триггер выполненный на элементах 2ИЛИ – НЕ.

Точно так же триггер может быть выполнен и на элементах 2И – НЕ.

Единственная разница это то, что триггер на элементах И – НЕ активируется, то есть переводится в другое состояние потенциалом логического нуля. Триггер, собранный на элементах ИЛИ – НЕ активируется логической единицей. Это определяется таблицей истинности логических элементов. При подаче положительного потенциала на вход S мы получим на выходе Q высокий потенциал, а на выходе Q низкий потенциал. Тем самым мы записали в триггер, как в ячейку памяти, единицу. Пока на вход R не будет подан высокий потенциал, состояние триггера не изменится.

На принципиальных схемах триггер изображается следующим образом.

Два входа R и S, два выхода прямой и инверсный и буква Т означающая триггер.

Хорошо отображает принцип работы RS-триггера несложная схема, собранная на двух элементах 2И – НЕ. Для этого используется микросхема 155ЛА3, которая содержит четыре таких элемента. Нумерация на схеме соответствует выводам микросхемы. Напряжение питания +5V подаётся на 14 вывод, а минус подаётся на 7 вывод микросхемы. После включения питания триггер установится в одно из двух устойчивых состояний.

Исходя из того, что сопротивление переходов транзисторов логических элементов не может быть абсолютно одинаковым, то триггер после включения питания, как правило, принимает одно и то же состояние.

Допустим, после подачи питания у нас горит верхний по схеме светодиод HL1. Можно сколько угодно нажимать кнопку SB1 ситуация не изменится, но достаточно на долю секунды замкнуть контакты кнопки SB2 как триггер поменяет своё состояние на противоположное. Горевший светодиод HL1 погаснет и загорится другой — HL2. Тем самым мы перевели триггер в другое устойчивое состояние.

На данной схеме всё достаточно условно, а на реальном триггере принято считать, что если на прямом выходе «Q» высокий уровень то триггер установлен, если уровень низкий то триггер сброшен.

Основной недостаток рассматриваемого триггера это, то, что он асинхронный. Другие более сложные схемы триггеров синхронизируются тактовыми импульсами общими для всей схемы и вырабатываемые тактовым генератором. Кроме того сложная входная логика позволяет держать триггер в установленном состоянии до тех пор пока не будет сформирован сигнал разрешения смены состояния триггера.

RS-триггер может быть и синхронным, но двух логических элементов для этого мало.

На рисунке изображена схема синхронного RS-триггера. Такой триггер может быть собран на микросхеме К155ЛА3, которая содержит как раз четыре элемента 2И – НЕ. В данной схеме переключение триггера из одного состояния в другое может быть осуществлено только в момент прихода синхроимпульса на вход «C«.

На рассмотренной выше схеме переключение триггера осуществляется с помощью кнопок. Такой вариант используется достаточно часто и именно для кнопочного управления какой-либо аппаратурой. В электронике существует понятие «дребезг контактов» то есть, когда мы нажимаем кнопку, на вход устройства проникает целый пакет импульсов, который может привести к серьёзным нарушениям в работе. Использование RS-триггера позволяет избежать этого.

Благодаря своей простоте и недорогой стоимости RS-триггеры широко применяются в схемах индикации. Часто для повышения надёжности и устранения возможности случайного срабатывания RS-триггер собирается по так называемой двухступенчатой схеме. Вот схема.

Здесь можно видеть два совершенно одинаковых синхронных RS-триггера, только для второго триггера синхроимпульсы инвертируются. Первый триггер в связке называют M (master) — хозяин, а второй триггер называется S (slave) — раб.

Допустим на входе «С» высокий потенциал. М-триггер принимает информацию, но низкий потенциал на входе синхронизации S-триггера блокирует приём информации. После того как потенциал поменялся на противоположный информация из M-триггера записывается в S-триггер, но приём информации в M-триггер блокируется.

Такая двухступенчатая система намного надёжнее обычного RS-триггера. Она свободна от случайных срабатываний.

Для более наглядного изучения работы RS-триггера рекомендую провести эксперименты с RS-триггером.

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

go-radio.ru

Симметричные триггеры. Теория и практика. Определение, схемы и принцип работы

ВВЕДЕНИЕ

Триггером называется спусковое устройство имеющее два электрических состояния устойчивого равновесия, способное скачком переходить из одного состояния в другое при воздействии на вход триггера управляющего сигнала.

Триггеры могут быть выполнены на различных элементах — электровакуумных или газонаполненных лампах, транзисторах, тиристорах, туннельных диодах, ферромагнитных элементах и т.д. Триггеры, устойчивые состояния которых характеризуются уровнем потенциала на выходах, называются потенциальными или статическими. По схемному выполнению и особенностям работы, статические триггеры различают на симметричные и несимметричные.

Статические триггеры широко применяются в импульсных и цифровых устройствах. Посредством их осуществляется переключение ветвей радиоэлектронных цепей, управление генераторами линейно-изменяющихся напряжений и токов, формирование прямоугольных импульсов тока, запоминание информации и т.д.

В вычислительной технике также популярны так называемые динамические триггеры, которые при воздействии на вход управляющего сигнала, в отличие от статических триггеров, обеспечивают на выходе серию импульсов тока или напряжения.

Ниже рассматривается только симметричный потенциальный триггер, построенный на основе транзисторных ключей, замкнутых в петлю положительной обратной связи с коэффициентом петлевого усиления K_o > I.

Симметричный триггер. Принцип работы

Рис.1 Схема симметричного триггера и диаграмма.

На рис.1 изображена схема статического симметричного триггера на транзисторах типа p-n-p и диаграмма напряжений на коллекторах и базах. В каждом из состояний устойчивого равновесия один из транзисторов открыт (в режиме насыщения), другой закрыт (в режиме отсечки).

Пусть транзистор T₁ открыт, а Т₂ закрыт. При этом потенциал на коллекторе транзистора Т₁ близок к нулю; а на коллекторе Т₂ близок к -E_k. Из базы транзистора T₁ через резистор R₁» отбирается ток, удерживающий этот транзистор в состоянии насыщения.

Транзистор Т₂ закрыт, так как на его базе образуется положительное напряжение смещения за счет источника Е_см Конденсатор С₁‘ практически разряжен, а С₁» заряжен до напряжения близкого к E_k. В связи с тем, что коэффициент усиления по току транзисторов, находящихся в режиме отсечки и насыщения, равен нулю, общее усиление в петле обратной связи также равно нулю. Этим обеспечивается устойчивость описанного состояния.

Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое (т.е. его переключение или опрокидывание) осуществляется путем воздействия внешнего запускающего импульса на базы или коллекторы транзисторов. (Подробнее о запуске триггера см. ниже.) Причем параметры запускающего сигнала должны обеспечивать вывод транзисторов в активный режим работы, когда восстанавливается усиление по току у транзисторов и в течение времени опрокидывания действует положительная обратная связь между ключами.

После опрокидывания на коллекторе транзистора T₁ устанавливается отрицательный потенциал, близкий к -E_k, а на коллекторе T₂ потенциал, близкий к нулю. Конденсатор С₁‘ заряжается, a С₁» разряжается, и на базе транзистора T₁, устанавливается положительный потенциал, примерно равный Е_см, а на базе T₂ небольшой отрицательный потенциал (см. диаграмму). Новое устойчивое состояние триггера сохраняется до прихода очередного запускающего импульса.

Переходные процессы в триггере

Рассмотрим более подробно переходные процессы, происходящие в триггере при его переключении.

Вследствие инерционности транзисторов и наличия паразитных емкостей переключение триггера происходит не мгновенно, а в течение конечного промежутка времени. Характер и длительность переходного процесса переключения зависят от параметров и структуры схемы, а также от способа запуска и параметров запускающих импульсов (амплитуды, длительности, формы). Рассмотрим переходные процессы при раздельном запуске триггера.

Примем по-прежнему, что в исходном состоянии транзистор T₁ открыт и насыщен, а T₂ закрыт и пусть положительный запускающий импульс тока поступает в базу открытого транзистора. Под его действием начинается процесс рассасывания неосновных носителей в базе насыщенного транзистора и через некоторое время t_p (рис.2) этот транзистор окажется на границе насыщения. С этого момента начинает уменьшаться его коллекторный ток, что приводит к возрастанию отрицательного напряжения на коллекторе U_k1. Это вызовет снижение положительного напряжения смещения U_б2 на базе закрытого транзистора T₂. Время t_n, в течение которого положительное напряжение смещения уменьшается от начального значения до нуля, называется временем предварительного формирования отрицательного фронта на коллекторе T₁. Сумма t_p+t_n называется временем подготовки. По истечении этого времени, т.е. после достижения U_б2 = 0, транзистор T₂ открывается, восстанавливается усиление в петле положительной обратной связи, и в триггере за время t_рег происходит лавинообразный процесс опрокидывания (регенеративный процесс).

Рис.2 Диаграмма. Переходные процессы в триггере.

Действительно, при открывании транзистора T₂ появляется ток i_k2 в его коллекторной цепи. Приращение этого тока идет в базу транзистора T₁ и, складываясь с входным запирающим импульсом тока способствует запиранию транзистора T₁. Коллекторный ток i_k1 запирающегося транзистора T₁ уменьшается. Обратное приращение тока i_k1 передается в базу открывающегося транзистора T₂ вызывает его еще большее отпирание в т.д. Лавинообразный процесс заканчивается закрыванием транзистора T₁ и открыванием T₂. При этом положительная обратная связь между каскадами снова обрывается.

Длительность t_рег интервала опрокидывания составляет назначительную долю общей длительности переходного процесса. К моменту окончания опрокидывания при достаточно больших ускоряющих емкостях изменение тока базы |Δ i_б2| в отпирающемся транзисторе T₂ равно по величине изменению коллекторного тока |Δ i_k1| запирающегося транзистора T₁. Чем больше базовый ток к моменту окончания опрокидывания, тем быстрее происходит установление напряжения на коллекторе отпирающегося транзистора.

Установление напряжений и токов на коллекторах и базах транзисторов происходит в течение некоторого времени t_уст когда осуществляется перезарядка ускоряющих конденсаторов С₁.

До начала запускающего импульса конденсатор С₁‘ был разряжен, а С₁» заряжен до напряжения близкого E_k. При опрокидывании триггера конденсатор С₁‘ заряжается током, отбираемым из базы транзистора T₂ по цепи: плюс источника питания E_k, входное сопротивление транзистора T₂, конденсатор С₁‘ резистор R_k‘ минус источника E_k. Время заряда конденсатора определяется постоянной времени зарядной цепи t_зар=C₁R_k. Зарядный ток создает падение напряжения на сопротивлении R_k‘. Таким образом, нарастание отрицательного потенциала коллектора закрывающегося транзистора завершится тогда, когда прекратится зарядный ток, т.е. зарядится конденсатор С₁‘. Следовательно, время заряда конденсатора С₁‘ определяет отрицательный фронт t^(-)_ф выходного напряжения. Отрицательный фронт тем меньше, чем меньше величина ускоряющей емкости. По окончании заряда конденсатора С₁‘ базовый ток транзистора T₂ становится меньше, он определяется сопротивлениями резисторов R₁ и R₂.

Из анализа транзисторных ключей известно, что чем большим базовым током включается транзистор, тем быстрее время его включения, т.е. короче положительный фронт t⁽⁺⁾_ф (для транзисторов р-n-р типа). Очевидно также, что по мере заряда конденсатора С₁‘ зарядный ток уменьшается. Следовательно, если емкость ускоряющего конденсатора мала, то конденсатор успеет зарядиться до окончания опрокидывания триггера. Тогда базовый ток отпирающегося транзистора заметно уменьшится еще до окончания отпирания транзистора, и фронт нарастания коллекторного тока и коллекторного напряжения (положительный фронт t⁽⁺⁾_ф) увеличится. Таким образом, для уменьшения отрицательного фронта выходного напряжения нужно уменьшать емкость ускоряющих конденсаторов, а для уменьшения положительного фронта — увеличивать ее.

При опрокидывании триггера конденсатор С₁» получает возможность разрядиться по двум цепям:
а) левая обкладка С₁«, резистор R₂‘, источник смещения, сопротивление эмиттер-коллектор T₂, правая обкладка С₁«;
б) левая обкладка С₁«, сопротивление R₁«, правая обкладка С₁«. Вследствие разряда конденсатора С₁«, напряжение U_б1 на базе транзистора T₁ оказывается положительным и большим стационарного значения напряжения запирания (динамическое смещение). По мере разряда конденсатора С₁» разрядный ток убывает и U_б1 стремится к станционарному значению.

Способы запуска триггера

В зависимости от функции, выполняемой триггером, применяют два способа его запуска — раздельный и общий (или счетный). При раздельном запуске запускающие импульсы одной полярности поступают на входы (базы или коллекторы) транзисторов от двух разных источников (т.е. от одного источника запускающие импульсы поступают на вход одного транзистора, а от другого — на вход другого) (рис.3). Импульсы с одного из входов устанавливают триггер в одно из двух состояний равновесия. Если к приходу такого импульса триггер уже находится в этом состоянии, то оно не изменяется. Импульсы, подаваемые на второй вход устанавливают триггер в противоположное состояние.

Для раздельного запуска триггера требуются сравнительно короткие импульсы. Часто в качестве входного сигнала запуска используются перепады напряжений. В этих случаях формирование необходимых запускающих импульсов производится с помощью подключаемых ко входам триггера укорачивающих RC — цепей. Чтобы предотвратить срабатывание триггера от импульсов обратной полярности, возникающих на выходах укорачивающих цепей применяются диоды Дн.

При счетном запуске управляющие импульсы поступаю от общего генератора на один общий вход триггера (рис.4). При этом каждый импульс изменяет состояние триггера на противоположное.

В исходном состоянии напряжение на коллекторе насыщенного транзистора T₁ близко к нулю» диод Д_н‘ открыт, конденсатор С_у‘ разряжен. За счет высокого отрицательного потенциала закрытого транзистора T₂ передаваемого через сопротивление R_б«, диод Д_н» закрыт, а конденсатор С_у» заряжен до напряжения Е_к (в полярности, указанной на рис. 4 ). Следовательно, положительный запускающий импульс напряжения поступит только через открытый диод Д_н‘ на базу насыщенного транзистора и вызовет опрокидывание триггера.

Если действие положительного входного импульса не завершится до окончания опрокидывания триггера, то напряжение, прикладываемое к диоду Д_н«, окажется равным сумме положительного входного напряжения и отрицательного напряжения на конденсаторе С_у«. Так как обычно амплитуда входного сигнала меньше Е_к, то результирующее напряжение, приложенное к диоду Д_н» будет отрицательным, и диод попрежнему будет закрыт. По окончании входного импульса конденсатор С_у» разрядится через малое сопротивление открывшегося транзистора T₂ и внутреннее сопротивление источника запускающих импульсов, а конденсатор С_у‘ зарядится до напряжения Е_к. Диод Д_н» откроется, а Д_н‘ закроется. Очередной запускающий импульс пройдет через диод Д_н» и вызовет новое опрокидывание триггера.

Способы повышения быстродействия симметричного триггера

Быстродействие триггера как устройства, основанного на транзисторных ключах, определяется скоростью переключения выбранных транзисторных ключей.

Следовательно, основными методами повышения быстродействия триггера являются:
1) применение высокочастотных транзисторов;
2) устранение (или уменьшение) задержки выключения, обусловленной рассасыванием неосновных носителей в базе насыщенного транзистора;
3) применение специальных способов, уменьшающих время установления напряжения на коллекторах и ускоряющих конденсаторах.

С целью сокращения времени рассасываний неосновных носителей в базе применяются ненасыщенные ключи, например, за счет введения нелинейной отрицательной обратной связи через диоды Д_ос(рис.5). Ненасыщенный триггер обладает более высокой чувствительностью к запускающим импульсам, с чем связано снижение его помехоустойчивости.

Действие нелинейной обратной связи состоит в следующем. При отпирании транзистора входным током отрицательный потенциал его коллектора уменьшается. Когда он сравняется с потенциалом в точке «а», диод открывается, и часть входного тока замыкается через диод. Транзистор не входит в насыщение.

Для сокращения фронтов выходного напряжения (главным образом отрицательного фронта) может быть применена фиксация минимального коллекторного потенциала через диод Д_ф (рис.6). При отпертом транзисторе диод Д_ф заперт. При запирании транзистора отрицательное напряжение на его коллекторе растет, и когда достигает значения Е_ф, диод отпирается и фиксирует коллекторный потенциал на уровне — Д_ф. Как видно из рисунка, длительность отрицательного фронта существенно уменьшается, а положительного, как более крутого в первоначальной стадии, изменяется мало.

Влияние нагрузки на работу триггера

Обычно нагрузка R_н подключается параллельно транзистору (рис.7) и существенно влияет на работу триггера.

Если транзистор закрыт, то нагрузка приводит к снижению потенциала его коллектора (а значит, и выходного напряжения), так как напряжение Е_к делится между сопротивлениями R_к и R_н, и к уменьшению базового тока открытого транзистора. Транзистор может выйти из режима насыщения. Чтобы сохранить режим насыщения, надо уменьшать величину сопротивления резистора связи R₁.

Когда транзистор открыт, нагрузка практически не влияет на его режим работы, так как сопротивление открытого транзистора мало.

www.xn--b1agveejs.su

Триггер Шмитта на транзисторе и оптроне

Опубликовал admin | Дата 4 февраля, 2014

     Триггер, это устройство, имеющее два устойчивых состояния и способное под действием управляющего сигнала скачком переходить из одного устойчивого состояния в другое. Передаточная характеристика триггера представляет собой практически прямоугольную петлю гистерезиса с пороговыми уровнями напряжения, при которых происходит переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое.

     В отсутствии гистерезиса при входных медленно изменяющихся напряжениях, будет наблюдаться многократное переключение триггера (дребезг), что крайне не желательно. Гистерезис увеличивает стабильность работы триггера при напряжениях близких к пороговому. Триггер Шмитта, как нельзя лучше подходит для формирования фронтов и спадов импульсов управления мощными транзисторами.

Чем круче фронты и спады импульсов, тем меньше коммутационные потери транзистора, тем меньше рабочая температура транзистора при одинаковой коммутируемой мощности. При использовании триггера Шмитта для управления полевыми транзисторами, коммутирующими нагрузку в сети переменного тока 220В, последний не плохо бы гальванически развязать от блока управления, что повысит электробезопастность устройства.

Для этого первый транзистор в схеме триггера Шмитта заменим транзистором из оптрона (см. рис 1), например АОТ128, имеющим время нарастания и спада импульса выходного тока 5 мксек. Ниже приведены данные по времени нескольких популярных импортных оптронов. Как видим, время нарастания и спада тоже многовато.

В своем эксперименте в качестве оптрона я использовал 4N35 фирмы MOTOROLA. В качестве транзистора VT1 был выбран КТ3102Б. При указанных на схеме номиналах элементов и при напряжении питания 12В, триггер имел следующие показатели. Напряжение логического нуля на выходе триггера, это когда ток через светодиод оптрона отсутствует, составляет 1,3В. Напряжение логической единицы — через светодиод оптрона течет ток — 11,9В. В моем случае триггер срабатывает при входном токе через светодиод 11мА. Но, конечно, этот ток надо выбирать больше. У меня он был выбран около 20 мА, притом, что максимальный ток светодиода данного оптрона составляет 60 мА.

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:5 665

www.kondratev-v.ru

Триггеры на транзисторах (Шмитта) и реле (на логических элементах)

Для выполнения логических операций применяют двоичную систему счисления. На ее основе функционируют автоматизированные блоки защиты сетей питания и суперкомпьютеры, выполняющие расчеты прогноза погоды. Триггер – это типовой компонент простых и сложных контрольных, управляющих, вычислительных систем. Устройства данной категории поддерживают определенное состояние (0 или 1), которое изменяется при соответствующей комбинации входных сигналов. С применением специального механизма сбрасывает «память» в исходное или неопределенное состояние.

Симметричный триггер, собранный по типовой схеме на биполярных транзисторах

В этой публикации, кроме разновидностей триггеров, рассмотрено аппаратное и программное обеспечение. Примеры типовых схемотехнических решений пригодятся для создания работоспособных конструкций собственными руками.

История

Функциональный триггер можно создать из обычного реле с электромеханическим приводом. Установив нужным образом контакты управляющей цепи, обеспечивают включение силовой группы после определенной комбинации входных сигналов. Отдельной клавишей выполняют сброс.

Схема RS триггера на одном реле

Электронные аналоги были собраны в начале прошлого века из ламповых приборов. Действующие схемы впервые опубликованы российскими и английскими учеными в 1918-20 гг. Позднее стали применять полупроводниковые транзисторы. В наши дни соответствующие устройства создают с применением микроэлектронных технологий.

Определения

С учетом чрезмерного разнообразия следует уточнить применяемую терминологию. В следующем перечне приведены корректные ответы на вопрос, что такое триггер (trigger):

• устройство для записи (хранения) данных, поддерживающее два равновесных состояния;
• базовая ячейка памяти;
• переключающий элемент с несколькими положениями сохранения устойчивости;
• логический компонент, способный переходить в состояние «1» или «0» с прямым и обратным (инверсным) выходом.

Классификация

Изделия этой категории разделены на две основные группы по принципу сигналов управления. В первой – формируется заданная последовательность выходных сигналов, если установлено состояние «1». После переходе в «0» генерация прекращается. Вторая – способна переключать выходное напряжение соответствующим образом. Как правило, «1» примерно соответствует уровню источника питания.

Также триггеры различают по следующим параметрам:

• синхронность рабочих циклов;
• статические (динамические) способы управления;
• сложность логических схем;
• одно,- или двухступенчатые.

Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе

Для реализации статических триггеров хорошо подходит схема усилителя с двумя каскадами. Связь между ними организуют прямую либо с ограничительными резисторами в соответствующих цепях.

Триггер на логических элементах

Триггер (Trigger) Шмитта

Изделия этой категории могут быть созданы с применением разной элементной базы. В данном разделе рассмотрен триггер Шмитта на транзисторах. Он управляется изменением аналогового сигнала. В зависимости от уровня напряжения, выполняется переключение состояния памяти в соответствующее положение «0» или «1».

Триггер Шмидта на транзисторах с подключенной нагрузкой

Триггер что это такое

Общие принципы запоминающих элементов представлены выше. Триггером называется устройство, способное поддерживать 2 или больше устойчивых состояния, которые меняются под воздействием входных сигналов. Фактически речь о способе хранения минимального количества информации – 1 бит.

Любой триггерный автомат состоит из двух основных блоков. Первый – предназначен для сравнения или другого вида обработки входных сигналов. Второй – обеспечивает хранение данных и отображение состояния соответствующими выходными сигналами:

• «1» – высокий уровень, прямой, Q;
• «0» – низкое напряжение, обратный (инверторный), /Q.

Как правило, между функциональными блоками организована обратная связь. Входные сигналы также делят на группы:

• информационные – R, T, S;
• управляющие – V, C.

К сведению. Рабочие циклы описывают в табличной форме, которая наглядно показывает состояние памяти при разных комбинациях входных сигналов.

Типы триггеров

В следующих разделах представлены принципы функционирования стандартных устройств. Они могут работать автономно либо в различных комбинациях. Сочетания триггеров в электронике применяют для построения сложных логических схем.

Что такое trigger RS типа

Эти элементы делят на группы по способам управления. Для удобства здесь и далее пояснения сделаны с помощью логических компонентов. При необходимости можно собрать аналогичный триггер на реле или транзисторах.

RS-триггер асинхронный

Работоспособную схему можно собрать из двух типовых элементов «И-НЕ».

Схемотехника, таблица состояний, графики сигналов

RS-триггер синхронный

В этой схеме при подаче «1» на С устройство обеспечивает режим «прозрачности». Изменения на входах R и S с минимальной внутренней задержкой отображаются в промежуточных точках /R и /S. После установки управляющего сигнала «0» включается хранение данных.

Переключение состояний происходит только при наличии управляющего (тактового) сигнала

D-триггеры

Устройства этой категории отличаются временной задержкой рабочего цикла.

D-триггер синхронный

На графиках работы видно, что изменение выходного сигнала происходит только при наличии «1» на входе С. Данные сохраняются в неизменном состоянии до поступления следующего импульса синхронизации. В этом цикле обеспечивается беспрепятственная проводимость данных.

Эти устройства имеют отдельный вход для информационных сигналов

D-триггер двухступенчатый

Как и в предыдущем примере, здесь используется один канал поступления данных – D. На схеме показано, как создано более сложное устройство из двух одноступенчатых блоков.

Двухступенчатая «защелка» с управлением синхроимпульсом

T-триггеры

Эти устройства выполняют функции элементарных счетчиков.

Т-триггер асинхронный

Реализация счетчика на элементах «И-НЕ»

T-триггер синхронный

Такие устройства подходят для двукратного уменьшения частоты. На картинке показаны счетчики, собранные на базе триггеров RS и D типа.

Один выходной сигнал формируется на каждые два синхроимпульса

JK-триггер

Рабочие циклы этого устройства аналогичны рассмотренному выше триггеру типа RS. Главное отличие – изменение выходного сигнала на противоположное значение (инверсия) выходного сигнала после подачи «1» на K и J одновременно. Следует подчеркнуть отсутствие запрещенных комбинаций в информационных каналах.

Схема, собранная на элементах «И-НЕ»

Синхронные и асинхронные триггеры

Эти группы созданы по принципу зависимости состояний выхода от синхроимпульсов.

Асинхронные триггеры

Изделия данного типа изменяют состояние хранящейся информации после поступления соответствующих данных на вход. Незначительная задержка объясняется временем прохождения сигнала по цепи переключающих элементов схемы.

Синхронные триггеры с динамическим тактированием

В этой группе представлены изделия, управляемые синхроимпульсами. Переключение состояния выполняется по переднему или заднему фронту. При отсутствии активности на C данные сохраняются в неизменном состоянии, вне зависимости от поступления новой информации.

Троичные триггеры

Троичный триггер на транзисторах

Четверичные триггеры

По аналогии с предыдущим примером выполняют расчет более сложных схем.

Из двухтактных D-триггеров можно создать регистры сдвига с четырьмя и большим количеством разрядов

Триггеры с любым числом устойчивых состояний

Для улучшения количественных показателей при обработке информации применяют не только механическое увеличение числа логических элементов. Также используют различные комбинации управляющих сигналов.

Физические реализации триггеров

Базовый элемент создают из полупроводниковых приборов, используя современные технологические процессы для миниатюризации функциональных изделий.

Логический элемент на МОП транзисторах

Триггеры с тиристорами

Для повышения мощности подключаемой нагрузки можно собрать триггер с применением тиристоров. К управляющему электроду присоединяют вход S, к затвору – R. Для поддержания постоянного напряжения на аноде подойдет транзистор, включенный в соответствующую цепь.

Триггеры на релейно-контакторной базе

Несмотря на общие тенденции миниатюризации, вполне допустимо создать функциональный триггер из реле. Подобные решения, в частности, применяют для защиты цепей питания при включении мощных электроприводов.

Преимущества применения триггерных схем логики

Выяснив, что значит триггер, несложно использовать полученные знания для решения практических задач. С помощью логических элементов:

• автоматизируют работу систем освещения;
• обеспечивают безопасное подключение станков и других мощных нагрузок;
• предотвращают опасные режимы с использованием сигналов от внешних датчиков.

Для создания качественного устройства на основе триггеров рекомендуется в комплексе использовать представленную информацию. Следует учесть условия реальной эксплуатации, чтобы выбрать подходящие функциональные компоненты конструкции.

Видео

amperof.ru

Работа триггера, логические элементы.

Логические вентили(логические элементы).

Процессы, необходимые для функционирования любых технологических устройств ( в т. ч. и ПК) можно реализовать с помощью ограниченного набора логических элементов.

Буфер.

Буфер, представляет из себя усилитель тока, служащий для согласования различных логических вентилей, в особенности имеющих в своей основе разную элементную базу (ттл или КМОП).

Инвертор.

Элемент, служащий для инвертирования поступающих сигналов — логическая еденица превращается в ноль, и наоборот.

Логическая схема И.

И — элемент логического умножения. Еденица (высокий уровень напряжения) на выходе, появляется только в случае присутствия едениц, на обоих входах, одновременно.

Пример применения элемента И в реальном техническом устройстве:
По тех. заданию, механический пресс должен срабатывать, только при одновременном нажатии двух кнопок, разнесенных на некоторое расстояние. Смысл тех. задания заключается в том, что бы обе руки оператора были заняты на момент хода пресса, что исключило бы возможность случайного травмирования конечности. Это может быть реализовано как раз, с помощью логического элемента И.

Логическая схема И — НЕ.

И-НЕ — наиболее часто используемый элемент. Он состоит из логических вентилей И и НЕ, подключенных последовательно.

Пример применения элемента И-НЕ в реальном техническом устройстве:
По тех. заданию, ход стационарной транспортной платформы, управляемой электродвигателем, должен ограничиваться, нажатием путевых конечных выключателей — правого или левого.

Как видите, применение электронных элементов логики для выполнения простейших схематических решений нецелесообразно. Более сложные, многоходовые операции — циклы, другое дело. Применение аппаратных(непрограммируемых) контроллеров на основе электронных логических элементов, в оборудовании довольно частое явление.

Логическая схема ИЛИ.

ИЛИ — схема логического сложения. Логическая еденица на выходе, появляется в случае присутствия высокого уровня(еденицы) на любом из входов.

Логическая схема ИЛИ — НЕ.

ИЛИ — НЕ состоит из логических элементов ИЛИ и НЕ, подключеных последовательно. Соответственно, НЕ инвертирует значения на выходе ИЛИ.

Логическая схема исключающее ИЛИ.

Этот вентиль выдает на выходе логическую еденицу, если на одном из входов — еденица, а на другом, ноль. Если на входах присутствуют одинаковые значения — на выходе ноль.

Триггер Шмитта(Шмидта).

Триггер Шмитта выдает импульс правильной формы, при сигнале произвольной формы на входе. Применяется для преобразования медленно меняющихся сигналов в импульсы, с четко очерчеными краями.

На главную страницу

elektrikaetoprosto.ru

No related posts.