9

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 R_К1 = R_К2

R_Б1 = R_Б2

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 R_Б2, R₂, R₁ и R_Б2. В базовые цепи обоих транзисторов включен общий источник напряжения смещения E_СМ.

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

U_К1 = E_К – I_К1R_К1

U_К2 = E_К – I_К2R_К2

редположим, что транзисторы триггера VТ1 и VТ2 открыты и в цепях ключей протекают одинаковые токи I_К1 = I_К2, I_Б1 = I_Б2 и т. д. При этом напряжения на коллекторах равны U_К1 = U_К2, поскольку:

(1)

Однако, это только наше предположение, что токи I_К 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 I_К1, увеличился и стал I_К1 > I_К2. Тогда согласно формуле (1) положительное напряжение на коллекторе VT1 U_К1 уменьшится. Отрицательное приращение коллекторного напряжения U_К1 < 0 передается делителем напряжения (R_Б2 – R₂) на базу транзистора VT2, что приводит к частичному его запиранию, т. е. к уменьшению тока I_К2.

В соответствии с (1) потенциал коллектора VT2 станет более положительным. Положительное приращение напряжения U_К2 > 0 передается делителем (R_Б1 – R₁) на базу транзистора VT1, что приводит к еще большему его отпиранию и дальнейшему увеличению тока I_К1. 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.

U_К1  0 .

К базе VT2 прикладывается напряжение

U_Б2 = U_R2 – E_СМ = I_Д2R₂ – E_СМ

Но т.к. I_Д2 = U_К1 / (R_Б2+R₂)  0 (поскольку U_К1  0), то U_Б2 = – E_СМ

Этим отрицательным напряжением на базе транзистор VT2 переводится в состояние отсечки и на его коллекторе устанавливается

U_К2 = +E_К

Напряжение на базе VT1 равно

U_Б1 = U_R1 – Е_СМ = I_Д1R₁ – Е_СМ

Поскольку в данном случае I_Д1 = = I_{Д1 МАКС}, то

U_R1 = I_Д1R₁ > E_СМ  и U_Б1 > 0 , что обеспечивает ток базы I_Б1, 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.