Лекции по схемотехнике
5.1.5 Несимметричные триггеры
Несимметричный триггер (триггер Шмита) имеет два устойчивых состояния, однако, в отличие от симметричного триггера, нахождение его в том или ином устойчивом состоянии зависит от величины входного сигнала.
Несимметричный триггер на дискретных элементах состоит из двух транзисторов, в эмиттерную цепь которых включён резистор RЭ (Рисунок 52). При таком включении напряжение на базе транзистора VT1 зависит от значения коллекторного тока IК2 транзистора VT2. В свою очередь, базовая цепь VT2 через делитель R1/R2 соединена с коллекторной цепью транзистора VT1. Эти цепи создают замкнутую петлю положительной обратной связи, которая, как и в симметричном триггере, обеспечивает быстрое переключение триггера Шмита из одного устойчивого состояния в другое, когда оба транзистора работают в активном режиме.
Рисунок 52 Триггер Шмита на транзисторах
В отсутствие входного напряжения (Uвх=0) триггер находится в устойчивом состоянии. При этом транзистор VT2 открыт и насыщен, так как на его базу через резисторы Rк1, R1 подаётся положительное напряжение, а транзистор VT1 закрыт. За счёт протекающего коллекторного тока IК2=E/(RК2+RЭ) на резисторе RЭ создаётся падение напряжения и на базе VT1 относительно эмиттера действует запирающее напряжение UБЭ1=–RЭIК2. В таком состоянии триггера напряжение на выходе UВЫХ=U0=RЭIК2+UКЭнас.
Если увеличивать входное напряжение, то пока Uвх<RЭIК2+UБЭнас триггер находится в исходном состоянии. Когда Uвх достигнет напряжения срабатывания UСРБ=RЭI2+UБЭнас, открывается транзистор VT1, снижается его коллекторный потенциал, а следовательно и базовый ток VT2. В результате транзистор VT2 переходит в активный режим и в схеме развивается регенеративный процесс, приводящий к быстрому закрыванию транзистора VT2 и отпиранию VT1.
(5.1)Параметры схемы несимметричного триггера рассчитываются таким образом, чтобы при уменьшении входного напряжения транзистор VT2 открывался и триггер переходил в исходное устойчивое состояние при напряжении отпускания UВХ=UОТП<UСРБ. При таком условии амплитудная передаточная характеристика имеет петлю гистерезиса (Рисунок 52,б).
Для открывания транзистора VT2 и перехода триггера в исходное устойчивое состояние необходимо уменьшить Uвх, чтобы транзистор VT1 перешёл из режима насыщения в активный режим работы. Только при этом условии напряжение на базе транзистора VT2 увеличится до UБЭнас.
(5.2)Из соотношений (5.1) и (5.2) следует, что для обеспечения принятого условия UСРБ>UОТП, необходимо, чтобы RК1>RК2.
Конденсатор C1 на устойчивые состояния триггера влияния не оказывает. Он выполняет функцию форсирующего конденсатора во время во время включения и выключения транзистора VT2 и тем самым способствует сокращению времени переключения триггера из одного устойчивого состояния в другое.
Несимметричный триггер может быть реализован на логических элементах. Для этого достаточно включить последовательно чётное число элементов НЕ и выход этой цепочки соединить со входом цепью обратной связи, образуемой резисторами R1 и R2 (Рисунок 53,а).
В отсутствие входного сигнала (Uвх=0) напряжение на выходе (Uвых=0). Если пренебречь входным током ЛЭ, то при Uвх>0 напряжение на входе D1 UВХ=UВХ–R1I, где I=(UВХ1–UВЫХ)/R2.
Таким образом,
UВХ1 = UВХ + (UВЫХ – UВХ1)R1/R2 (5.3)
Рисунок 53 Триггер Шмита на логических элементах
С ростом Uвх повышается напряжение Uвх1, но пока Uвх1<Uпор логические элементы остаются в исходном состоянии и на выходе сохраняется сигнал U0. Когда Uвх1=Uпор, происходит переключение логических элементов и на выходе возникает сигнал UВЫХ=U¹. В результате схема переходит в другое устойчивое состояние. Напряжение срабатывания можно определить из приведённого выше выражения (5.3), если принять Uвх1=Uпор, UВЫХ=U¹, Uвх=Uсрб:
UСРБ = UПОР + (UПОР – U0)R1/R2 (5.4)
Естественно, что при Uвх1>Uсрб на выходе схемы сохраняется состояние лог. «1».
При уменьшении Uвх триггер переходит в исходное состояние, когда Uвх=Uотп. Значение Uотп определяется из соотношения (5.3), если положить Uвх1=Uпор, Uвых=U1, Uвх=Uотп.
UОТП= UПОР + (U1 – UПОР)R1/R2 (5.5)
Из соотношений (5.4) и (5.5) следует, что Uсрб>Uотп и, таким образом, амплитудная передаточная характеристика несимметричного триггера на ЛЭ имеет петлю гистерезиса. Вычитая (5.5) из (5.4), получаем
UСРБ – UОТП = (U1 – U0)R1/R2
Откуда видно, ширина петли гистерезиса пропорциональна логическому перепаду ∆UЛ.
Несимметричные триггеры применяют в качестве формирователей импульсов прямоугольной формы при воздействии на вход, например, синусоидального напряжения (Рисунок 53,б).
Поскольку выходное напряжение резко возрастает при UВХ=UСРБ, то такие триггеры используют и в качестве компаратора напряжения — устройства, которое позволяет зафиксировать момент достижения сигналом некоторого заданного уровня.
5.2 Регистры
Регистры — это функциональные узлы на основе триггеров, предназначенные для приёма, кратковременного хранения (на один или несколько циклов работы данного устройства), передачи и преобразования многоразрядной цифровой информации.
В зависимости от способа записи информации (кода числа) различают параллельные, последовательные и параллельно — последовательные регистры.
5.2.1 Параллельные регистры (регистры памяти)
Запись кода в параллельные регистры осуществляется параллельным кодом, то есть во все разряды регистра одновременно. Их функция сводится только к приёму, хранению и передаче информации. В связи с этим параллельные регистры называют регистрами памяти.
Параллельный N-разрядный состоит из N триггеров, объединённых общими цепями управления.
В качестве примера на рисунке 54,а приведена схема 4-разрядного параллельного регистра, построенного на RS-триггерах D5…D8. Элементы D1…D4 образуют цепь управления записью, а элементы D9…D12 — цепь управления чтением.
