Триггер на двух транзисторах

Триггер на двух транзисторах

среда, 8 июня 2011 г.

Триггер на электронных транзисторных ключах.

Электронный триггер — устройство с двумя устойчивыми состояниями предназначенное для хранения одного бита информации. Триггеры могут быть построены на электронных ключах. В предыдущей статье описан электронный ключ на биполярном транзисторе кт940А если два таких ключа соединить каскадно (выход первого со входом второго) после чего выход второго ключа соединить со входом первого то получится система с двумя устойчивыми состояниями представляющая собой неинвертирующий усилитель охваченный глубокой положительной обратной связью. Рассмотрим схему на рисунке 1:

Предположим что после подачи питания на схему открылся транзистор VT2 следовательно потенциал базы транзистора VT1, относительно земли, понизился и транзистор VT1 стал удерживаться в закрытом состоянии. Если на некоторое время замкнуть перемычкой коллектор и эмиттер транзистора VT1 то потенциал базы транзистора VT2, относительно земли, понизится, транзистор VT2 закроется следовательно повысится потенциал базы транзистора VT1 и он будет удерживаться в открытом состоянии таким образом триггер перейдет в другое состояние. Чтобы перевести триггер обратно в первое состояние можно на некоторое время замкнуть перемычкой коллектор и эмиттер транзистора VT2 или замкнуть перемычкой коллектор транзистора VT1 и плюс питания. Данный триггер можно использовать для запуска и остановки маломощного электродвигателя (например двигателя RF-310T-11400 рассчитанного на напряжение 5.9В) при этом триггер будет хранить одно из двух состояний: 1) когда двигатель запущен и работает или 2) когда двигатель остановлен и не работает.

Рисунок 2 — Схема триггера для запуска, остановки электродвигателя (например RF-310T-11400)

Схема на рисунке 2 обладает недостатками: когда двигатель работает часть тока проходит через открытый транзистор VT1, когда двигатель не работает ток проходит через открытый транзистор VT2. Данный триггер можно использовать для управления более мощными элементами коммутации силовых цепей.

На рисунке 3 приведен более безопасный но менее удобный вариант схемы:

Рисунок 3 — Схема триггера для запуска, остановки электродвигателя 2

При последовательном включении двух транзисторных ключей входной сигнал инвертируется дважды, т.е., в результате, не меняет своего логического состояния. На рисунке 2.2 показано каскадное включение двух транзисторных ключей.

Сигнал на выходе Q соответствует сигналу на входе. Таким образом, на входе и выходе присутствует одинаковый логический сигнал. Это позволяет, не опасаясь конфликта, соединить вход и выход схемы (рисунок 2.3).

Схема представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока, охваченный сильной положительной обратной связью. Оба каскада работают в режиме ключей, управляя первый вторым и второй – первым. У стройство может находиться в устойчивом состоянии неограниченное время. Если в точке Q присутствует уровень логической единицы, то в точке — логический ноль и наоборот. Установка в требуемое состояние может быть произведена подачей управляющего сигнала на базу соответствующего транзистора. Полученное устройство представляет собой один из наиболее распространенных и простых видов триггеров – RS -триггер на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями. Его традиционная схема представлена на рисунке 2.4.

Управляющий сигнал на входе S ( SET ) устанавливает триггер в единичное состояние ( Q = 1), аналогичный сигнал на входе R ( RESET ) сбрасывает триггер в нулевое состояние ( Q = 0).

Читайте также:  Как проверить выключатель стоп сигнала

На рисунке 2.5 приведены временные диаграммы напряжений на входах и выходах RS -триггера.

Из рисунка видно, что управляющий сигнал на входе S реализуется в виде импульса низкого уровня ( S = 0), обеспечивающего условия для запирания транзистора VT 1. При его воздействии триггер формирует на главном выходе Q высокий уровень Q = 1 и низкий уровень = 0 на инверсном выходе. Повторное воздействие отрицательного импульса на вход S не меняет состояния триггера: Q = 1. Для смены состояния триггера необходима подача аналогичного сигнала на вход R ( R = 0).

Триггер переходит из одного состояния равновесия в другое, если управляющее напряжение на его входе U вх достигает некоторого порогового значения U п, действующего в течение времени τ min смены состояний в триггере. Значения U п и τ min совместно определяют чувствительность триггера.

Рассмотрим подробно переходные процессы в схеме с раздельным запуском по базам, протекающие при каждом переключении и представленные на рисунке 2.6.

Пусть транзистор VT 1 открыт и насыщен, VT 2 — закрыт. Значения токов и напряжений для данного состояния равновесия на рисунке 2.6 показаны при t t напряжения на конденсаторах равны соответственно U C 1U К2 ≈ E П и U C 2U К1 ≈ 0. При подаче на базу открытого транзистора VT 1 в момент t запускающего импульса тока отрицательной полярности с амплитудой I m > I б C в триггере возникает переходной процесс, который можно разбить на три основных этапа:

1) длительность задержки фронта импульса на выходе триггера t зад = t р + t п = t 2– t 0,

где t р = t 1 – t 0 – время рассасывания заряда,

t п = t 2 – t 1 – время подготовки к опрокидыванию схемы;

2) опрокидывание ( регенерации ) триггера длительностью t оп = t 3 – t 2

3) установление нового состояния равновесия длительностью t у = t 5 – t 3

Если входы RS -триггера объединить, как показано но рисунке 2.7, получим схему с общим (счетным) входом — схему Т-триггера.

Т-триггер со счетным запуском по базам реализуется с помощью тех же элементов, что и RS -триггер, но запуск Т-триггера производится отрицательным импульсом, поступающим на базы транзисторов VT 1 и VT 2 с общей клеммы “Вход C ” через разделительный конденсатор C р и диодные ключи VD 1 и VD 2.

При запуске схемы с помощью последовательности одинаковых импульсов, поступающих на Т-вход, триггер переключается каждым из импульсов. При этом частота формируемых на выходе импульсов вдвое ниже частоты входных, т.е. Т-триггер можно рассматривать как делитель на два частоты входной последовательности.

Для счетного запуска используются обычные дифференцирующие R C -цепочки с отсекающими диодами. При прохождении через них отрицательный запускающий импульс обостряется и укорачивается, что позволяет ускорить процесс рассасывания избыточных носителей в базе запираемого транзистора.

Цепи счетного запуска должны обеспечивать надежное распределение переключающих импульсов между транзисторными ключами в зависимости от состояния схемы. Переключение триггера в этой схеме зависит от амплитуды запускающего импульса U зап . Пусть VT 1 открыт и насыщен, VT 2 – закрыт. Диоды VD 1 и VD 2 закрыты, но их запирающие потенциалы существенно различаются: небольшое базовое напряжение насыщения U бн транзистора VT 1 держит VD 1 близким к открытому состоянию, а — U б базы VT 2 надежно запирает VD 2 .

Читайте также:  Каталог многолетних цветов по алфавиту

Если U вх по модулю меньше запирающего напряжения U б , то отрицательный импульс проходит только на базу открытого транзистора, вызывает его запирание и развитие регенеративного процесса. Если же амплитуда запускающего импульса достаточно велика, то базовые напряжения оказываются недостаточными для управления .диодными ключами и внешний импульс попадет на оба транзистора.

Вследствие это VT 2 будет закрыт, а VT 1 удержан на время действия импульса t и в закрытом состоянии. При этом не обеспечивается опрокидывание триггера (дальнейшее отпирание VT 2 и запирание VT 1 ).

Схема Т-триггера с управляемым счетным запуском по базам реализуется с помощью дополнительных резисторов R упр1 и R упр2 , объединяющихся с коллекторами диодов и транзисторов рисунок 2.8 .

Это позволяет при запуске триггера управлять диодными ключами VD 1 и VD 2 напряжением с выходов триггера, что делает запуск более надежным при любой амплитуде | U зап | E п.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

В статье показано, каким образом, добавив цепь положительной обратной связи к паре Дарлингтона, можно создать триггер Шмитта с очень большим коэффициентом усиления тока (в типичном случае – 10,000). Я не знаю каких-либо решений, сравнимых по характеристикам, за исключением интегральных схем. Тем не менее, эта очень простая схема успешно выполняет универсальные функции. Схему можно рассчитать на работу с токами нагрузки от единиц миллиампер до ампер, причем при низких токах ее входное сопротивление может превышать 100 МОм.

На Рисунке 1 показана упрощенная схема в версии с входным NPN транзистором и активным низким уровнем, а на Рисунке 2 – с PNP транзистором и активным высоким уровнем. R2 и R3 (с учетом RL) задают напряжение на эмиттере Q1. Когда входное напряжение VIN возрастает от нуля до значения VIN(ON), определяемого выражением (1), Q1 начинает включаться. Возрастающий ток его коллектора, усиливаемый транзистором Q2, будет приводить к снижению выходного напряжения VOUT, вследствие чего напряжение на эмиттере Q1 будет уменьшаться, еще больше открывая транзистор. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока Q1 не войдет в насыщение. Предполагается, что положительная обратная связь через резистор R3 больше, чем отрицательная, обусловленная током эмиттера Q1.

Рисунок 1. Триггер Шмитта на двух транзисторах.

В этом и последующих уравнениях VBE и VCE с соответствующими индексами обозначают напряжения база-эмиттер и коллектор-эмиттер транзисторов Q1 и Q2.

(1)

Последнее иллюстрируется неравенством (2), которое должно выполняться, по крайней мере, с двукратным запасом. (В этой формуле β1 и β2 обозначают коэффициенты усиления токов транзисторов Q1 и Q2, соответственно, а RS – сопротивление источника сигнала VIN). Чем строже неравенство, тем большей будет величина гистерезиса.

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)

Решая неравенство (2), можно, в соответствии с выражениями (3) и (4), определить границы допустимых значений сопротивления нагрузки RL и входного сопротивления RIN (в нашей схеме оно обозначено как R1). Кроме того, из (4) и (5) определяем граничное значение R3, которое должно быть, по крайней мере, в β2 раз больше, чем RL, чтобы сопротивление RIN было положительным. Типичное значение R3 не превысит половины от этой величины. Очевидно, что это будет справедливо, если коэффициент усиления Q2 велик. Выбрав R3 и VIN(ON), можно по формуле (6) рассчитать R2.

Читайте также:  Чем удобрять картофель для хорошего урожая

В состоянии «включено» напряжение VOUT приблизительно описывается выражением (7), где оно обозначено как VOUT(ON). Поскольку основной член выражения зависит от усиления Q2, измеренное напряжение обычно несколько отличается, но в типичном случае не выходит за пределы диапазона 2…3 В.

Рисунок 2. Версия с активным высоким уровнем.

Ток, протекающий через RIN, увеличивает падение напряжения VR2 на резисторе R2 (уравнение 9), и если сопротивление R1 слишком мало, этот ток станет чрезмерно большим. (В предельном случае, если RIN равно 0, напряжение VOUT будет повторять VIN). При снижении входного напряжения VIN выход останется включенным до тех пор, пока Q1 не выйдет из насыщения. В этот момент положительная обратная связь выключит как Q1, так и Q2. Напряжение VIN(OFF), при котором этом произойдет, можно найти с помощью выражения (8). В связи с тем, что, скорее всего, вы захотите выбирать сопротивление R2, минимальным, чтобы минимизировать выходное напряжение низкого уровня, уровень VIN(OFF) будет зависеть от сопротивления резистора R1, но, опять же, значение VIN(OFF) зависит от коэффициентов усиления β транзисторов Q1 и Q2.

(7)
(8)
(9)

Это неточное определение точки выключения является одним из недостатков предлагаемой схемы. Однако для множества приложений высокая точность и не требуется. Как правило, сопротивления R2 и R3 вы будете выбирать минимально допустимыми с точки зрения возможности практической реализации схемы, не забывая про ток покоя, протекающий через RL. Сопротивление R1 может быть настолько большим, насколько это необходимо, но с учетом как ограничения, задаваемого уравнением (4), так и желаемого уровня VIN(OFF). Еще одним существенным недостатком можно считать относительно высокое напряжение на открытом транзисторе Q2, что при токах, превышающих несколько ампер, делает использование схемы непрактичным. Все вышесказанное делает нишей целесообразного использования схемы устройства с более высокими напряжениями и токами, чем это возможно реализовать на большинстве интегральных схем.

Рисунок 3. Дополнения для практической реализации.

На Рисунке 3 изображена схема из Рисунка 1, в которую добавлены три дополнительных компонента, сделавших ее пригодной для множества практических приложений. Диод D1 защищает переход база-эмиттер транзистора Q1 от пробоя в том случае, если в выключенном состоянии напряжение не эмиттере превысит 6…7 В. D2 уменьшает вклад R3 в выходное напряжение открытой схемы. D2 особенно необходим в случае, если R3 вы сделаете равным или меньшим R2. R4 способствует более уверенному закрыванию транзистора Q2 и предохраняет его от включения током утечки Q1.

В качестве Q2 можно использовать транзистор Дарлингтона. (Аналогичная замена транзистора Q1 существенного выигрыша не даст). Кроме того, любой из транзисторов, или оба можно заменить на MOSFET, соответствующим образом изменив расчетные уравнения.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector