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.
Рисунок 2.2
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).
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. Устройство 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).
Рисунок 2.4
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 VT1. 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).
Рисунок 2.5
Триггер переходит из одного состояния равновесия в другое, если управляющее напряжение на его входе Uвх достигает некоторого порогового значения Uп, действующего в течение времени τminсмены состояний в триггере. Значения Uп и τminсовместно определяют чувствительность триггера.
Рассмотрим подробно переходные процессы в схеме с раздельным запуском по базам, протекающие при каждом переключении и представленные на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6
Пусть транзистор VT1 открыт и насыщен, VT2 — закрыт. Значения токов и напряжений для данного состояния равновесия на рисунке 2.6 показаны при t < t0 напряжения на конденсаторах равны соответственно UC1 ≈ UК2 ≈ EП и UC2 ≈ UК1 ≈ 0. При подаче на базу открытого транзистора VT1 в момент t0 запускающего импульса тока отрицательной полярности с амплитудой Im > IбC в триггере возникает переходной процесс, который можно разбить на три основных этапа:
1) длительность задержки фронта импульса на выходе триггера tзад = tр+tп = t2– t0,
где tр = t1 – t0 – время рассасывания заряда,
tп = t2 – t1 – время подготовки к опрокидыванию схемы;
2) опрокидывание ( регенерации ) триггера длительностью tоп = t3 – t2
3) установление нового состояния равновесия длительностью tу = t5 – t3
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 VT1 и VT2 с общей клеммы “Вход C” через разделительный конденсатор Cр и диодные ключи VD1 и VD2.
Рисунок 2.7
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 RC-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 Uзап. Пусть VT1 открыт и насыщен, VT2 – закрыт. Диоды VD1 и VD2 закрыты, но их запирающие потенциалы существенно различаются: небольшое базовое напряжение насыщения Uбн транзистора VT1 держит VD1 близким к открытому состоянию, а —Uб базы VT2 надежно запирает VD2.
Если Uвх по модулю меньше запирающего напряжения Uб, 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 VT2 будет закрыт, а VT1 удержан на время действия импульса tи в закрытом состоянии. При этом не обеспечивается опрокидывание триггера (дальнейшее отпирание VT2 и запирание VT1).
Схема Т-триггера с управляемым счетным запуском по базам реализуется с помощью дополнительных резисторов Rупр1 и Rупр2, объединяющихся с коллекторами диодов и транзисторов рисунок 2.8.
Это позволяет при запуске триггера управлять диодными ключами VD1 и VD2 напряжением с выходов триггера, что делает запуск более надежным при любой амплитуде |Uзап|<+Eп.
