29. Тригери, мультивібратори та блокінг-генератори.

Триггер (англ. trigger — защелка) — это дискретный элемент с двумя устойчивыми состояниями, опрокидываемый управляющими импульсами. Различают собственно триггеры, построенные на ЭК с положительными обратными связями, и логические триггеры, построенные на логических элементах. Триггер на базе двух оди­наковых ЭК является симметричным, на базе неодинаковых ЭК — несимметричным. Основное применение получили триггеры на базе транзисторных ключей.

Симметричный триггер представляет собой два транзисторных ключа с перекрестными коллекторно-базовыми RC-связями (рис. 29.1, а). При подаче коллекторного напряжения — Εc и напряжения смещения + Е_в транзисторы находятся в рав­ных условиях, но незначительное несовпадение их характеристик порождает режим соперничества, который заканчивается насыще­нием одного и отсечной второго транзистора. В насыщенном тран­зисторе выходное напряжение на коллекторе близко к нулю, а в цепи базы протекает достаточно большой ток, определяемый ре­зультирующим напряжением (— Е_с + Е_в). В транзисторе с от­сечкой выходное напряжение на коллекторе близко к — Е_с, а к базе приложено положительное напряжение + Е_в.

Существует два метода запуска триггера: раздельный (устано­вочный), осуществляемый разнополярными импульсами на входе одного транзистора или однополярными импульсами на входах обоих транзисторов, и общий (счетный), осуществляемый одно- и разнополярными импульсами на объединенном (счетном) входе.

Рис. 29.1. Симметричный (а — схема; б — диаграммы переходных процессов) и несимметричный (в — схема, г — релейная характеристика) триггеры

Несимметричный триггер (триггер Шмитта) представляет собой два транзисторных ключа с эмиттерной связью (рис. 76, в). Связь транзисторов VT1 и VT2 осуществляется через эмиттерный резистор R_e. В исходном состоянии VT1 находится в отсечке, a VT2 — в насыщении. При появлении входного сигнала и достижении им уровня срабатывания е₁ транзистор VT1 отпи­рается, и схема скачком переходит в новое устойчивое состояние, в котором VT1 насыщен, a VT2 находится в отсечке. Дальнейшее повышение входного сигнала приводит к увеличению степени на­сыщения VT1 и отсечки VT2. При понижении входного сигнала до нижнего порогового значения е₂ триггер скачком переходит в первоначальное состояние. Наличие коллекторно-базовой связи VT1 с VT2 и эмиттерной связи VT2 с VT1 обеспечивает триггеру релейную характеристику (рис. 29.1 г). Это позволяет использовать несимметричный триггер в качестве коммутирующего и порогового элемента, формирователя прямоугольных импульсов и др.

Мультивибратор (MB) — это двухкаскадный усилитель с пе­рекрестными положительными ОС, формирующий периодические или одиночные импульсы с Q = 2 …10 и f= 1 … 10⁴ Гц. В пер­вом случае MB называется автоколебательным, а во втором — жду­щим.

Автоколебательный MB состоит из двух ЭК с пере­крестными коллекторно-базовыми С-связями (рис. 29.2, а). Работа автоколебательного MB сводится к поочередному отпиранию и запиранию транзисторов VT1 и VT2. При подаче коллекторного напряжения Εс режим соперничества приводит к скачкообразному насыщению, например транзистора VT1, и отсечке — VT2. Это состояние сохраняется до полной за­рядки конденсатора С2, после чего ток в цепи эмиттер—база VT1 снижается до тока запирания, что приводит к опрокидыванию MB.

В новом состоянии MB находится до полной зарядки конденсатора С1 и разрядки С2, после чего наступает новое опрокидывание MB и т. д. Период следования выходных сигналов определяется дли­тельностью перезаряда хронирующих конденсаторов С1 и С2. Для симметричного MB он равен Τ ≈1,4 CR_B. Регулировка пе­риода может осуществляться изменением С или R_B. Длительность выхрдного импульса соответствует tп ≈ 0,5 Т.

Ж д у щ и й MB (одновибратор) выполняется в двух вариантах: с коллекторно-базовыми связями и с эмиттерной связью.

Одновибратор с коллекторно-базовыми связями имеет схему (рис. 29.2, б), совмещающую транзисторные ячейки триггера и авто­колебательного MB. В исходном состоянии VT2 находится в от­сечке, a VT1 насыщен. Конденсатор С2 полностью заряжен. Устой­чивость такого состояния объясняется тем, что при подаче коллек- торного напряжения Εс транзистор VT1 отпирается большим на­чальным током зарядки конденсатора С2, а затем удерживается отпертым током резистора R_B. После подачи на вход отрицатель­ного стартового сигнала транзисторы переходят в активное состоя­ние, заканчивающееся отсечкой VT1 и насыщением VT2. Запертое состояние VT1 поддерживается положительным напряжением на его базе, создаваемым заряженным конденсатором С2. Насыщение VT2 создается током базы, протекающим через резисторы R1 и После разрядки С2 схема опрокидывается, а по окончании но­вой зарядки С2 переходит в исходное состояние и готова к форми­рованию нового импульса. Длительность формируемого импульса на выходе VT1 определяется временем разрядки конденсатора и составляет /_и ≈ 0,7 C₂R_B.

Рис. 29.2. Мультивибраторы:

а — автоколебательный; б — ждущий с коллекторно-базовыми связями; г — ждущий с эмиттерной связью

Схема одновибратора с эмиттерной связью показана на рис.77, в. В исходном состоянии VT2 находится в насыщении, VT1 — в от­сечке, а конденсатор С полностью заряжен. Устойчивость этого ^ Достояния обеспечивается подбором резисторов R_B, R_e, R1 и R2, ^<:при котором на базе VT1 поддерживаются положительное, а на ⁴⁵ базе VT2 — отрицательное напряжения. После подачи на вход отрицательного стартового сигнала процессы происходят анало­гично предыдущей схеме. Рассмотренный одновибратор по сравнению с предыдущим обладает более высокой нагрузочной способ­ностью и стабильностью длительности импульсов.

MB используются в качестве задающих генераторов прямо­угольных импульсов, формирователей импульсов заданной дли­тельности, синхронизаторов, делителей частоты импульсов и др.

Блокинг-генератор (БГ) — это однокаскадный усилитель с трансформаторной положительной ОС, генерирующий мощные прямоугольные импульсы с Q>5 и f= 10² . . . 10⁴ Гц. Б Г вы­полняются ламповыми или транзисторными и подраз­деляются на самовозбуж­дающиеся и ждущие.

Самовозбужда­ющийся БГ непрерывно генерирует периодические импульсы. Его типовая транзисторная схема и диа­грамма выходного им­пульса приведены на рис. 29.3, а и б. При включении источников питания — Е_с и — Ε _в транзистор VT отпирается и по обмотке w_c трансформатора Τ проте­кает ток i_c, намагничиваю­щий сердечник. ЭДС, индуцированная в обмотке w_B, повышает ток і_в и еще больше отпирает транзистор. Наличие положительной ОС по току приводит к лавинообразному переходу VT в режим глубокого насыщения к моменту времени Длительность фронта импульса t_ф = t₁ определяется глубиной ОС и инерционностью VT. Ток базы і_в заряжает конденсатор С до положительной поляр­ности, а ЭДС на обмотке w_B компенсирует положительное напря­жение Uq и удерживает VT в открытом состоянии. Однако по мере увеличения Uс ток і_в уменьшается, а затем меняет направление. Начинается рассасывание избыточного заряда неосновных носи­телей, после чего в момент времени t₂ транзистор выходит из на­сыщения. Уменьшение тока коллектора іс вызывает размагничи­вание сердечника трансформатора, поэтому в обмотке w_B наводится ЭДС, увеличивающая обратный ток базы. В результате этого в схеме возникает регенерационный процесс, приводящий к запи­ранию транзистора до окончания разрядки конденсатора С (момент времени t₃). Все процессы повторяются с периодом, определяемым величиной формирующей емкости С и"сопротивления R_B.

Рис.29.3. Самовозбуждающийся блокинг-генератор (а) и диаграммывыходного импульса (б).