Триггеры
1. Общие сведения о триггерах
Триггером называется устройство, имеющее 2 устойчивых состояния и способное под воздействием внешнего сигнала переходить скачком из одного состояния в другое.
Триггер представляет одну из разновидностей широкого класса так называемых спусковых устройств. Процесс перехода спускового устройства из одного состояния равновесия в другое называют опрокидыванием, срабатыванием, или спуском. Отсюда произошло название: trigger (англ.) – спусковой крючок, курок. Токи и напряжения в спусковом устройстве в процессе опрокидывания за весьма короткое время резко изменяют свои значения.
Явление опрокидывания было впервые обнаружено советским ученым профессором М. А. Бонч – Бруевичем в 1918 г. при замыкании 2-х каскадного усилителя в петлю положительной ОС. Это открытие послужило основой создания различных спусковых устройств.
Триггер может быть построен на электронных лампах, других активных элементах и на электромагнитных реле.
В корабельной автоматике наибольшее распространение получили триггеры на транзисторах.
Триггеры составляют > 40% элементов ЦВМ. Они широко применяются в автоматике, телемеханике, измерительной технике, как делители частоты и элементы памяти.
По функциональному предназначению различают:
– триггеры с раздельным запуском (RS-триггеры);
– триггеры со счетным запуском (T-триггеры);
– триггеры с элементами задержки (D-триггеры);
– универсальные триггеры (JK-триггеры) и т. д.
По записи информации триггеры бывают:
– асинхронный (срабатывает сразу после изменения сигналов на входах);
– синхронный (тактируемые) – в которых запись информации со входов возможна лишь при наличии разрешающего тактового импульса.
Триггеры на транзисторах являются усилителем постоянного тока с положительной ОС, осуществляемой подачей выходного напряжения на его вход.
По способу создания положительной ОС наиболее часто встречающиеся на практике триггеры можно разбить на 2 основных класса:
– схемы с коллекторно-базовыми связями (симметричный триггер);
– схемы с эмиттерной связью (несимметричный триггер).
Рассмотрим подробно первый из них:
Триггер с коллекторно базовыми связями
Схема подобного триггера приведена на рис 1
Р ис. 1.
Если RК1 = RК2
RБ1 = RБ2
С1 = С2
VТ1 и VТ2 – одного типа,
то триггер называется симметричным.
Симметричный триггер состоит из 2 транзисторных ключей, соединенных так, что напряжение с коллектора первого ключа подается на базу второго и с коллектора второго на базу первого при помощи потенциометрических связей, образованных резисторами RБ2, R2, R1 и RБ2. В базовые цепи обоих транзисторов включен общий источник напряжения смещения EСМ.
Параметры триггера выбраны так, что в статическом состоянии один транзистор находится в режиме насыщения, а другой – в режиме отсечки. Одновременно находится в одном состоянии ключи в принципе не могут. Убедимся в этом.
П
UК1
= EК
– IК1RК1
UК2
= EК
– IК2RК2
(1)
Однако, это только наше предположение, что токи IК одинаковы. В реальных условиях этого быть не может. Оказывается даже постоянный ток претерпевает некоторые изменения, пусть даже самые малые (в нашем случае могут сказаться неоднородность структур транзисторов, различие характеристик транзисторов и изменение их во времени, случайный характер протекания тока и т. д.). Можно утверждать, что ток колеблется естественно.
Т очные приборы эти колебания могут фиксировать.
Предположим теперь, что в результате такого колебания ток IК1, увеличился и стал IК1 > IК2. Тогда согласно формуле (1) положительное напряжение на коллекторе VT1 UК1 уменьшится. Отрицательное приращение коллекторного напряжения UК1 < 0 передается делителем напряжения (RБ2 – R2) на базу транзистора VT2, что приводит к частичному его запиранию, т. е. к уменьшению тока IК2.
В соответствии с (1) потенциал коллектора VT2 станет более положительным. Положительное приращение напряжения UК2 > 0 передается делителем (RБ1 – R1) на базу транзистора VT1, что приводит к еще большему его отпиранию и дальнейшему увеличению тока IК1. В этом заключается действие положительной ОС, способствующей развитию возмущающего процесса.
Процесс развивается лавинообразно, в результате чего транзистор VT1 скачком откроется, а VT2 – закроется.
Работа Триггера
Итак, пусть в исходном состоянии транзистор VT1 – открыт и насыщен. Напряжение на его коллекторе близко к 0, т. е.
UК1 0 .
К базе VT2 прикладывается напряжение
UБ2 = UR2 – EСМ = IД2R2 – EСМ
Но т.к. IД2 = UК1 / (RБ2+R2) 0 (поскольку UК1 0), то UБ2 = – EСМ
Этим отрицательным напряжением на базе транзистор VT2 переводится в состояние отсечки и на его коллекторе устанавливается
UК2 = +EК
Напряжение на базе VT1 равно
UБ1 = UR1 – ЕСМ = IД1R1 – ЕСМ
Поскольку в данном случае IД1 = = IД1 МАКС, то
UR1 = IД1R1 > EСМ и UБ1 > 0 , что обеспечивает ток базы IБ1, достаточный для насыщения транзистора VT1.
Схема в таком положении может оставаться неограниченное время. Каким же образом изменять состояние схемы ?
Для перевода ее в другое состояние необходимо управляющим напряжением приоткрыть закрытый транзистор, либо прикрыть открытый, т.е. вывести любой из транзисторов в активный режим. После этого процесс переключения продолжается за счет положительной ОС.
Этот процесс может быть представлен графически в следующем виде:
Рассмотрим, какие существуют способы запуска триггера.