Несимметричный триггер с эмиттерной связью (триггер Шмитта)

Триггер с эммитерной связью применяют в импульсных устройствах:

– как пороговый элемент для сравнения импульсов напряжения по амплитуде;

– для формирования напряжения прямоугольной формы из синусоидальной.

Рассмотрим рисунки 20 и 21.

Рисунок 20 – Электрическая схема несимметричного триггера с эмиттерной связью

t

R1

RК1

C

RК2

–EК

VT2

VT1

R

Uвх

Uвых

R2

RЭ

RЗ

Uсм

UКэ

Uвых

U2

U1

Uсм

UБ1

UЭ2

t

Рисунок 21 – Диаграммы напряжений на входе и выходе триггера

Работа схемы: в исходном состоянии транзистор VТ₂ открыт. 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, 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 открытым 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.

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 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 открыт – 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 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 колебаний 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.