риггеры на биполярных транзисторах. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения

ПЛАН
1 Триггеры
2 Генераторы линейно-изменяющегося напряжения

1 Триггеры

Электронный триггер - устройство с двумя устойчивыми состояниями предназначенное для хранения одного бита информации.
Триггером называется спусковое устройство имеющее два электрических состояния устойчивого равновесия, способное скачком переходить из одного состояния в другое при воздействии на вход триггера управляющего сигнала.

Схема и диаграмма работы симметричного триггера

Принцип работы симметричного триггера
В каждом из состояний устойчивого равновесия один из транзисторов открыт (в режиме насыщения), другой закрыт (в режиме отсечки).
Пусть транзистор T1 открыт, а Т2 закрыт. При этом потенциал на коллекторе транзистора Т1 близок к нулю; а на коллекторе Т2 близок к -Ek. Из базы транзистора T1 через резистор R1" отбирается ток, удерживающий этот транзистор в состоянии насыщения.
Транзистор Т2 закрыт, так как на его базе образуется положительное напряжение смещения за счет источника Есм Конденсатор С1' практически разряжен, а С1" заряжен до напряжения близкого к Ek. В связи с тем, что коэффициент усиления по току транзисторов, находящихся в режиме отсечки и насыщения, равен нулю, общее усиление в петле обратной связи также равно нулю. Этим обеспечивается устойчивость описанного состояния.
Переход триггера из одного устойчивого состояния в другое (т.е. его переключение или опрокидывание) осуществляется путем воздействия внешнего запускающего импульса на базы или коллекторы транзисторов. (Подробнее о запуске триггера см. ниже.) Причем параметры запускающего сигнала должны обеспечивать вывод транзисторов в активный режим работы, когда восстанавливается усиление по току у транзисторов и в течение времени опрокидывания действует положительная обратная связь между ключами.
После опрокидывания на коллекторе транзистора T1 устанавливается отрицательный потенциал, близкий к -Ek, а на коллекторе T2 потенциал, близкий к нулю. Конденсатор С1' заряжается, a С1" разряжается, и на базе транзистора T1, устанавливается положительный потенциал, примерно равный Есм, а на базе T2 небольшой отрицательный потенциал (см. диаграмму). Новое устойчивое состояние триггера сохраняется до прихода очередного запускающего импульса.

Переходные процессы в триггере

Примем по-прежнему, что в исходном состоянии транзистор T1 открыт и насыщен, а T2 закрыт и пусть положительный запускающий импульс тока поступает в базу открытого транзистора. Под его действием начинается процесс рассасывания неосновных носителей в базе насыщенного транзистора и через некоторое время tp (рис.2) этот транзистор окажется на границе насыщения. С этого момента начинает уменьшаться его коллекторный ток, что приводит к возрастанию отрицательного напряжения на коллекторе Uk1. Это вызовет снижение положительного напряжения смещения Uб2 на базе закрытого транзистора T2. Время tn, в течение которого положительное напряжение смещения уменьшается от начального значения до нуля, называется временем предварительного формирования отрицательного фронта на коллекторе T1. Сумма tp+tn называется временем подготовки. По истечении этого времени, т.е. после достижения Uб2 = 0, транзистор T2 открывается, восстанавливается усиление в петле положительной обратной связи, и в триггере за время tрег происходит лавинообразный процесс опрокидывания (регенеративный процесс).

Действительно, при открывании транзистора T2 появляется ток ik2 в его коллекторной цепи. Приращение этого тока идет в базу транзистора T1 и, складываясь с входным запирающим импульсом тока способствует запиранию транзистора T1. Коллекторный ток ik1 запирающегося транзистора T1 уменьшается. Обратное приращение тока ik1 передается в базу открывающегося транзистора T2 вызывает его еще большее отпирание в т.д. Лавинообразный процесс заканчивается закрыванием транзистора T1 и открыванием T2. При этом положительная обратная связь между каскадами снова обрывается.
Длительность tрег интервала опрокидывания составляет назначительную долю общей длительности переходного процесса. К моменту окончания опрокидывания при достаточно больших ускоряющих емкостях изменение тока базы |Δ iб2| в отпирающемся транзисторе T2 равно по величине изменению коллекторного тока |Δ ik1| запирающегося транзистора T1. Чем больше базовый ток к моменту окончания опрокидывания, тем быстрее происходит установление напряжения на коллекторе отпирающегося транзистора.
Установление напряжений и токов на коллекторах и базах транзисторов происходит в течение некоторого времени tуст когда осуществляется перезарядка ускоряющих конденсаторов С1.
До начала запускающего импульса конденсатор С1' был разряжен, а С1" заряжен до напряжения близкого Ek. При опрокидывании триггера конденсатор С1' заряжается током, отбираемым из базы транзистора T2 по цепи: плюс источника питания Ek, входное сопротивление транзистора T2, конденсатор С1' резистор Rk' минус источника Ek. Время заряда конденсатора определяется постоянной времени зарядной цепи tзар=C1Rk. Зарядный ток создает падение напряжения на сопротивлении Rk'. Таким образом, нарастание отрицательного потенциала коллектора закрывающегося транзистора завершится тогда, когда прекратится зарядный ток, т.е. зарядится конденсатор С1'. Следовательно, время заряда конденсатора С1' определяет отрицательный фронт t(-)ф выходного напряжения. Отрицательный фронт тем меньше, чем меньше величина ускоряющей емкости. По окончании заряда конденсатора С1' базовый ток транзистора T2 становится меньше, он определяется сопротивлениями резисторов R1 и R2.
Из анализа транзисторных ключей известно, что чем большим базовым током включается транзистор, тем быстрее время его включения, т.е. короче положительный фронт t(+)ф (для транзисторов р-n-р типа). Очевидно также, что по мере заряда конденсатора С1' зарядный ток уменьшается. Следовательно, если емкость ускоряющего конденсатора мала, то конденсатор успеет зарядиться до окончания опрокидывания триггера. Тогда базовый ток отпирающегося транзистора заметно уменьшится еще до окончания отпирания транзистора, и фронт нарастания коллекторного тока и коллекторного напряжения (положительный фронт t(+)ф) увеличится. Таким образом, для уменьшения отрицательного фронта выходного напряжения нужно уменьшать емкость ускоряющих конденсаторов, а для уменьшения положительного фронта - увеличивать ее.
При опрокидывании триггера конденсатор С1" получает возможность разрядиться по двум цепям:
а) левая обкладка С1", резистор R2', источник смещения, сопротивление эмиттер-коллектор T2, правая обкладка С1";
б) левая обкладка С1", сопротивление R1", правая обкладка С1". Вследствие разряда конденсатора С1", напряжение Uб1 на базе транзистора T1 оказывается положительным и большим стационарного значения напряжения запирания (динамическое смещение). По мере разряда конденсатора С1" разрядный ток убывает и Uб1 стремится к станционарному значению.

2 Генераторы линейно-изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) представляют собой электронные устройства, напряжение на выходе которых в течение некоторого времени изменяется по линейному закону.

Часто такое напряжение меняется периодически.
Если напряжение изменяется от меньшего значения к большему (по абсолютному значению), то его называют линейно нарастающим, если от большего значения к меньшему, то - линейно падающим.
Периодически изменяющееся напряжение называют пилообразным.

Простейший ГЛИН

ГЛИН С ООС

При введении положительной обратной связи через резистор на его верхнем выводе должна действовать сумма напряжений источника питания Ек и Uвых. Заменив R на Rвн (рис. 16, б), получим схему простого ГЛИН, к выходу которого подключен неинвертирующий усилитель с Кп < 1. Для такой схемы коэффициент нелинейности получается минимальным при Кп > 1