6. Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта)

Рассмотрим рисунки 2.18 и 2.19.

Применяют в импульсных устройствах как:

• пороговые элементы, для сравнения импульсов напряжения по амплитуде;

• для формирования напряжения прямоугольной формы из синусоидальной.

U_kэ

U_см

R₆

R₇

R₂

U_вых

U_вх

R

VT₁

VT₂

-E_k

R_k2

C

R_k1

R₁

Рисунок 2.18 – Электрическая схема несимметричного триггера с эмиттерной связью

U_вых

t

t

0

U_э2

U_б1

U_см

U₁

0

U₂

Рисунок 2.19 – Диаграммы напряжений на входе и выходе триггера

Работа схемы: в исходном состоянии транзистор VТ₂ отперт. Его ток I_э, создает падение напряжения на R_э, поддерживающее транзистор VТ₁ в запертом состоянии. При подаче на базу транзистора VТ₁ отрицательного импульса он отпирается. Отрицательное напряжение на его коллекторе и на базе VТ₂ падает. Поэтому уменьшается ток через транзистор VТ₂ и U_Rэ. Транзистор VT₁ еще более откроется и развивается лавинообразный процесс нарастания тока транзистора VT₁ и уменьшения тока транзистора VT₂ до тех пор, пока транзистор VT₁ не откроется, а транзистор VT₂ не закроется. Схема находится в этом состоянии, до тех пор, пока амплитуда входящего импульса не упадет до порога срабатывания, после чего схема возвращается в исходное состояние.

Характерно явление гистерезиса: уровень входного напряжения U₂, при котором триггер возвращается в исходное состояние, несколько ниже чем уровень U₁. Счетный запуск несимметричного VТ₂ триггера не применяется, так как запускающий импульс усиливается отпертым транзистором с переменной полярностью и компенсирует запускающий импульс на базе запертого транзистора.

Выходное напряжение U_вых снимается с коллектора VТ₂ не связанного с цепью ОС. Поэтому нагрузка не влияет на процессы в VТ₂ и длительность перепадов выходных импульсов меньше, чем в симметричном VТ₂.

Во время регенеративного процесса U_с не успевает изменить свое значение и знак. После окончания регенеративного процесса напряжение на W_б начинает перезаряжать C_б. Заряд – перезаряд C_б происходит через «б–э» и прекращается, когда U_б-э ≈ 0,7 В. При этом транзистор выходит из насыщения и входит в активный режим. В этот момент возникает обратный регенеративный процесс, быстро ведущий к запиранию транзистора.

6. Мультивибраторы

В импульсных устройствах чаще всего применяют прямоугольные импульсы напряжения, длительность фронта и среза которых мала по сравнению с длительностью импульса. Поэтому одна из наиболее важных задач импульсной техники – получение перепадов напряжения или тока с минимальной длительностью фронта.

В импульсной технике для генерирования прямоугольных импульсов и для создания резких перепадов напряжения широко применяются релаксационные генераторы импульсов (мультивибраторы и блокинг–генераторы) и спусковые схемы (триггеры).

Для получения незатухающих колебаний применяют автоколебательные системы, преобразующие энергию источника питания в энергию электрических колебаний, Колебания поддерживаются незатухающими благодаря периодическому поступлению энергии от источника питания. Устройством, регулирующим поступление энергии от источника, служат транзистор, электронная лампа или полупроводниковый прибор с отрицательным сопротивлением (туннельный диод, динистор, тиристор и др.).

Различают синусоидальные (гармонические) и релаксационные (разрывные) колебания Синусоидальные колебания получают при помощи транзисторного или лампового автогенератора, содержащего обычно колебательные контуры. Для получения релаксационных колебаний, которые могут быть почти прямоугольной формы, в импульсной технике применяют релаксационные генераторы (релаксаторы). В них колебательный контур, как правило, отсутствует, и колебания возникают вследствие «освобождения» запаса энергии клапаном (ключом), отдающим энергию импульсами. Обычно в качестве клапанов применяют транзисторы, работающие в ключевом режиме, или приборы с отрицательным сопротивлением. Релаксаторы на электронных лампах в последние годы применяют значительно реже. Когда ключ заперт, происходит накопление энергии, а когда отперт – отдача энергии. При этом частота колебаний определяется параметрами схемы, режимом работы транзистора (лампы) и напряжением источника питания. Колебания генераторов релаксационных колебаний легко и просто синхронизируются внешними импульсами различной формы.

Основное различие генераторов состоит в том, что в генераторе синусоидальных колебаний за период расходуется малая мощность, а в релаксационном генераторе – вся мощность, запасенная в реактивном элементе. Этим объясняется различие в форме колебаний: плавные (гармонические) в генераторе синусоидальных колебании и прерывистые (разрывные) в релаксационном генераторе.

Мультивибратор представляет собой релаксационный генератор колебаний почти прямоугольной формы. Он является двухкаскадным усилителем на резисторах с положительной обратной связью, в котором выход каждого каскада соединен с входом другого.

Название «мультивибратор» происходит от слов: «мульти» – много и «вибратор» – источник колебаний, поскольку колебания мультивибратора содержат большое число гармоник.

Мультивибратор может работать в следующих режимах: автоколебательном, синхронизации и ждущем. В автоколебательном режиме мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением, при этом выходное напряжение создается в результате процессов, происходящих в самой схеме. В режиме синхронизации на мультивибратор действует извне синхронизирующее напряжение, частота которого определяет частоту импульсов, генерируемых мультивибратором. В ждущем режиме мультивибратор работает как генератор с посторонним возбуждением. При этом процессы в нем совершают один цикл каждый раз в результате подачи на его вход запускающих импульсов.