КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Электротехника иэлектроника»
Москва 2009
Расчетвыпрямителя источников электропитания электронных устройств
Заданыосновные параметры выпрямителя:
Uн.ср=15 [B]
Iн.ср=0,2 [A]
Pвых=0,03
Uн.ср – среднее значение выпрямленногонапряжения на нагрузке
Iн.ср – среднее значение выпрямленноготока
Pвых – допустимый коэффициент пульсацийнапряжения нагрузки
Требуется:
1. Начертить принципиальную электрическую схему однофазного мостовоговыпрямителя и описать его работу.
/>
Рассчитываемыйвыпрямитель состоит из трансформатора, четырех диодов и сглаживающего фильтра
2. Выбрать тип диодов выпрямителя.
Для выборатипа диодного выпрямителя рассчитаем максимальное обратное напряжение на диоде– U обр. макс. и среднее значение прямоготока диода I пр. ср.
Максимальноеобратное напряжение на диодах
/>[В]
Среднийпрямой ток каждого диода
/>[А]
С учетомтребуемого запаса в 30% по прямому току и максимальному обратному напряжению рассчитываемнеобходимые параметры диода
/>
Uобр.макс. д ≥ 1,3 Uобр.макс
/> [А]Uобр.макс. д≥ 74 [B]
Наосновании выполненных расчетов по справочной литературе выбираемсоответствующий тип диода Д312
3. Рассчитать действующие значения напряжения вторичной обмоткитрансформатора U2, токов обмотоктрансформатора I1 и I2.
Действующеезначение напряжения вторичной обмотки трансформатора U2определяется из соотношения
/>
Следовательно,
/>[B]
Сопротивлениенагрузки
/>[Ом]
Максимальныйток вторичной обмотки трансформатора
/>[A]
Действующеезначение тока вторичной обмотки трансформатора
/>[A]
4. Определение габаритной мощности трансформатора.
/>[Вт]
где S1 и S2 – расчетныемощности первичной и вторичной обмоток трансформатора.
5. Рассчитать параметры элементов Г – образного сглаживающего фильтраRC.
Для двухполупериодных однофазных выпрямителей коэффициент пульсаций равен />. Коэффициентсглаживания RC фильтра
/>
Величинусопротивления фильтра Rф определяют исходя изоптимальной величины КПД фильтра (обычно 0,6÷0,8) и тогда Rф=0,25Rн=0,25∙288=72[Ом]
Значениеемкости сглаживающего фильтра
/>[мкФ]
где m – число фаз выпрямителя (для рассчитываемоговыпрямителя m=2).
Рабочеенапряжение выбранного конденсатора
/>
/>[В]
6) Рассчитать и построить временные диаграммы:
а) напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора
б) напряженияи тока в активной нагрузке при отсутствии сглаживающего фильтра
Работувыпрямителя рассмотрим с помощью временных диаграмм напряжений и тока на входе /> /> на выходе /> />.
/>
Напряжениена выходе
/>
Ток навходе
/>
Ток навыходе
/>
Мультиплексоры
Мультиплексорыосуществляют подключение одного из сходных каналов к выходному под управлениемуправляющего (адресующего) слова. Разрядности каналов могут быть различными,мультиплексоры для коммутации многоразрядных слов составляются из одноразрядных
/>
Рис. 2.9.Упрощенное представление мультиплексора многопозиционным ключом (а) иреализация мультиплексора на элементах И-НЕ (б)
Входымультиплексора делятся на две группы: информационные и адресующие. Работумультиплексора можно упрощенно представить с помощью многопозиционного ключа.Для одноразрядного мультиплексора ого представлено на рис. 2.9, а.Адресующий код А задает переключателю определенное положение, соединяя свыходом F один из информационных входов X;.
При нулевомадресующем коде переключатель занимает верхнее положение хо, с увеличением кодана единицу переходит в соседнее положение х, и т.д.
Работа мультиплексора описывается соотношением
F = x0an_ian‑2»^i2oVxia [1_1an «2…a, a0V-X2n_1an_] an_2‑a1a0,
котороеиногда называется мультиплексной формулой. При любом значении адресующего кодавсе слагаемые, кроме одного, равны нулю. Ненулевое слагаемое равно х;, где i – значениетекущего адресного кода. Схемотехнически мультиплексор реализует электроннуюверсию показанного переключателя, имея, в отличие от нею, только одностороннююпередачу данных. На рис. 2.9, б показан мультиплексор с четырьмяинформационными входами, двумя адресными входами и входом разрешения работы.При отсутствии разрешения работы (Е = 0) выход F становится нулевым независимоот информационных и адресных сигналов.
Встандартных сериях размерность мультиплексоров не более 16x1.
Наращиваниеразмерности мультиплексоров возможно с помощью пирамидальной структуры изнескольких мультиплексоров. При этом первый ярус схемы представляет собоюстолбец, содержащий столько мультиплексоров сколько необходимо для получениянужного числа информационных входов. Все мультиплексоры столбца адресуютсяодним и тем же кодом, составленным из соответствующего числа младших разрядовобщего адресного кода (если число информационных входов схемы равно 2П, тообщее число адресных разрядов равно п. младшее поле ni адресного кодаиспользуется для адресации мультиплексоров первого яруса). Старшие разрядыадресного кода, число которых равно п – п^ используются во втором ярусе,мультиплексор которого обеспечивает поочередную работу мультиплексоров первогояруса на общий выходной канал.
Пирамидальнаясхема, выполняющая функции мультиплексора «32–1» и построенная намультиплексорах меньшей размерности, показана на рис. 2 10 (сокращение MUXот английского MUltipleXer).
Демультиплексорывыполняют операцию, обратную операции мультиплексоров – | передают донные изодного входного канала в один из нескольких каналов-приемников.
Многоразрядныедемультиплексоры составляются из нескольких одноразрядных. Условное обозначениедемультиплексоров па примере I размерности м 1–4» показано на рис. 2.11.
Нетруднозаметить, что дешифратор со входом разрешения работы будет работать в режимедемультиплексора, если на вход разрешения подавать информационный сигнал.Действительно, при единичном значении этого сигнала адресация дешифратора(подача адресного кода на его входы) приведет к возбуждению соответствующеговыхода, при нулевом – нет. А это и соответствует перс-I даче информационногосигнала в адресованный выходной канал.
В связи суказанным, в сериях элементов отдельные демультиплексоры могут отсутствовать, адешифратор со входом разрешения часто называетсядешифратором-демулътиплексором.
/>
Универсальныелогические модули на основе мультиплексоров
Универсальныелогические модули (УЛМ) на основе мультиплексоров относятся к устройствам,настраиваемым на решение той или иной задачи Универсальность их состоит в том,что для заданного числа аргументов можно настроить УЛМ на любую функцию.Известно, что общее число функций п аргументов выражается как 22» С ростом пчисло функций растет чрезвычайно быстро. Хотя практический интерес представляютне все существующие функции, возможность получить любую из огромного числафункций свидетельствует о больших перспективах применения УЛМ.
Первымспособом настройки, используемым в УЛМ, является фиксация некоторых входов. Дляэтого способа справедливо следующее соотношение между числом аргументов ичислом настроечных входов. Пусть число аргументов п и требуется настройка налюбую из функций. Тогда число комбинаций для кода настройки, равное числуфункций, есть 22. Для двоичного кода число комбинаций связано с разрядностьюкода выражением 21П, где т – разрядность кода. Приравнивая числовоспроизводимых функций к числу комбинаций кода настройки, имеем для числанастроечных входов соотношение m = 2П.
/>
Полученномувыражению отвечает соотношение между числом входов разного типа длямультиплексора. При этом на адресные входы следует подавать аргументы функции,а на информационные входы – сигналы настройки (рис. 2.12, я). Такимобразом, для использования мультиплексора в качестве УЛМ следует изменитьназначение его входов.
Рис. 2.12,а – иллюстрирует возможность воспроизведения с помощью мультиплексора любойфункции п аргументов. Действительно, каждому набору аргументов соответствуетпередача на выход одного из сигналов настройки. Если этот сигнал есть значениефункции на данном наборе аргументов, то задача решена. Разным функциям будутсоответствовать разные коды настройки. Алфавитом настройки будет {0,0 – настройкаосуществляется константами 0 и 1. На рис. 2.12, 6 показан примервоспроизведения функции неравнозначности xj и хг с помощью мультиплексора «4–1».
Большоечисло настроечных входов затрудняет реализацию УЛМ. Для УЛМ, расположенныхвнутри кристалла, можно вводить код настройки последовательно в сдвигающийрегистр, к разрядам которого подключены входы настройки. Тогда внешним входомнастройки будет всего один, но настройка будет занимать не один такт, а 2» тактов.Возможны и промежуточные последовательно-параллельные варианты ввода коданастройки.
Большоечисло входов настройки наталкивает па поиск возможностей их уменьшения. Такиевозможности существуют и заключаются в расширении алфавита настроечныхсигналов. Если от алфавита {0,1} перейти к алфавиту {0,1, Xj}, где X; – литералодного из аргументов, то число входов аргументов сократится на единицу, а числонастроечных входов – вдвое. Напомним, что под литералом переменной понимаетсялибо сама переменная, либо ее инверсия. Перенос одного из аргументов в числосигналов настройки не влечет за собою каких-либо схемных изменений. На гом жеоборудовании будут реализованы функции с числом аргументов на единицу больше,чем при настройке константами.
Для новогоалфавита код настройки находится следующим образом. Аргументы за исключениемx:L полаются на адресующие входы, что соответствует их фиксации в выражении дляискомой функции, которая становится функцией единственного аргумента Xj. Этуфункцию, которую назовем остаточной, и нужно подавать на настроечные входы.
Еслиискомая функция зависит от л аргументов и в число сигналов настройки будетперенесен один из аргументов, то возникает п вариантов решения задачи, т. к.в сигналы настройки может быть перенесен любой аргумент Спрашивается, какойименно аргумент целесообразно переносить в сигналы настройки? Здесь можноопираться на рекомендацию: и настроечные сиi налы следует переводить аргумент,который имеет минимальное число вхождений в термы функции. В этом случае буду гмаксимально использованы как бы внутренние логические ресурсы мультиплексора, асреди сигналов настройки увеличится число констант, что и считаетсяблагоприятным для схемной реализации УЛМ.
Проиллюстрируемсказанное примером воспроизведения функции трех аргументов F= х, Х2Х3\/х^з – Минимальноечисло вхождений в выражение функции имеет переменная xj, которую и перенесем вчисло сигналов настройки. Остаточная функция определится табл. 2.3, а.
/>
Схема УЛМприведена на рис. 2.12, е.
По путирасширения алфавита сигналов настройки можно идти и дальше, но при этомпонадобятся дополнительные логические схемы, воспроизводят ие остаточныефункции, которые будут уже зависеть более чем от одного аргумента.
/>
Рис. 2.13.Логический блок выработки сигналов настройки УЛМ с переносом, двух аргументов всигналы настройки (а) и пример схемы воспроизведения функции четырех аргументовна мультиплексоре «4–1» (б)
[Если всигналы настройки перевести два аргумента, то дополнительные логические схемыбудут двухвходовыми вентилями, что мало усложняет УЛМ и может оказатьсяприемлемым решением. В этом случае для сохранения универсальности УЛМмультиплексору нужно предпослать блок выработки остаточных функций, в которомформируются все функции 2‑х переменных |(за исключением констант 0 и 1 илитералов самих переменных, которые не требуется вырабатывать). Такой блокпоказан на рис. 2.13, я. Пример реализации функции F = х, х2\/Хз^4 ПРИалфавите настройки {0,1, зц, х» 2} показан на рис. 2.13, б. Таблицаостаточной функции для этого примера приведена в табл. 2.3, б.
Пирамидальныеструктуры УЛМ
Дальнейшеерасширение алфавита настройки за счет переноса трех и более переменных всигналы настройки требует вычислений остаточных функций трех или болеепеременных. Вычисление таких остаточных функций с помощью мультиплексоровприводит к пирамидальной структуре (рис. 2.14), в которой мультиплексорыпервого яруса реализуют остаточные функции, а мультиплексор второго ярусавырабатывает искомую функцию.
/>
Показаннаяпирамидальная структура – каноническое решение, которое приводит к нужномурезультату, но не претендует на оптимальность. Дело в том, что вариантыпостроения схем из нескольких мультиплексоров для воспроизведения функциймногих переменных разнообразны, но алгоритм поиска оптимальной по затратамоборудования или какому-либо другому критерию отсутствует. Имеются работы, вкоторых найдены решения более высокого качества, но это результаты изобретений,касающиеся частных случаев и не относятся к регулярному методу поиска структур.
При чистоэлектронной настройке константами 0 и I схема воспроизводит функцию паргументов, где п = к + р, причем к – число аргументов, подаваемых намультиплексор второго яруса, р – число аргументов, от которых зависятостаточные функции, воспроизводимые мультиплексорами 0…2к – 1 первого яруса.
Дляуменьшения аппаратных затрат в схеме следует стремиться к минимизации числамультиплексоров в столбце, т.е. минимизации к и соответственно, максимальным р,поскольку их сумма к + р постоянна и равна п.
Сигналынастройки для мультиплексоров первого яруса можно искать разными способами:
LПодстановкой (фиксацией) наборов аргументов, подаваемых на адресные входымультиплексоров для получения остаточных функций и, далее, сигналов настройки.Этот способ уже рассмотрен (см. табл. 2.3).
2, Спомощью разложения функции по Шеннону. Это разложение можно произвести поразному числу переменных. По одному из аргументов разложение имеет вид
F=(*0. x «»., xnM)=x0F (0, Xl – .x^A/XoFO, х,…,)^).
Справедливостьтакого разложения видна из подстановки в него значений хд = 0 и хо = 1, чтодает непосредственно функции F (О, Х (,…, х» j) и F (1, X,…, Хп – !).
Разложениефункции по двум аргументам
F=(x0, x1,…, xn_I) = 3^x^(0, 0, x2,…, xn_I) Vxox1F (0, 1, x2,…, xn_l)\/V*^, F (1, 0, x2>…, xI1_1) WiF (l» 1. Х2*->*п-ди, наконец, разложение по к аргументам F=(x0, x^».Jxnrl) = x{) SI…xk_2xk «1F(0> 0,…, 0, х^.^х^Л/ X/XoXj. – .x^Xj^jFiO, 0,…, 0, 1, xk,…, xn,) V… _ – ..\AoXi…Xk-^-lF(l, I,-, I, 4>~*Xn-i) = = x^1…xk_2xk_1F0Vx0xI…xk_2xk «1F,\/ – ..\/xoXi…xk_2xk_1F2L1,
где
F0 = F (0,0,…, 0, xk,…, xn_,), F, = F (0, 0,…, 0, l, xk,…, xn_,),
F2* –i = F (l, l,-, l. Xk,…,)^,).
Структураформул разложения полностью соответствует реализации двухъярусным УЛМ. В первомярусе реализуются функции F» (i = 0,…, 2k – 1), зависящие от и – к аргументов,которые используются как настроечные для второго яруса, мультиплексор котороговоспроизводит функцию к аргументов. 3. Сигналы настройки можно получитьнепосредственно из таблицы истинности функции. Для удобства просмотра таблицыее следует записать гак. чтобы аргументы, переносимые в сигналы настройки,играли роль младших разрядов в словах-наборах аргументов. Пусть имеется функция4‑х переменных \^х2Х\Щ), и переменная х-* считается старшим разрядомвектора аргументов. Пусть, далее, функция задана перечислением набороваргументов, на которых она принимает единичные значения, причем заданыдесятичные значения этих наборов: 3, 4, 5, 6, 7, 11, 15. Заметим, чтоаналитическое значение этой функции имеет вид F – х^хД / Хг^з Значенияфункции сведены в табл. 2.4.
/>
Приэлектронной настройке УЛМ константами 0 и 1 требуется мультиплексор размерности«16–1», на настроечные входы УЛМ подаются значения самой функции из таблицы.
Припереносе *о в сигналы настройки (алфавит настройки {О, I, *о}) требуется найтиостаточную функцию, аргументами которой является вектор переменных x3x2Xi.Каждая комбинация этих переменных встречается в двух смежных строках таблицы.Просматривая таблицу по смежным парам строк, можно видеть, что остаточная функциясоответствует другой таблице (табл. 2.5).
Таблица 2.5Для реализации этого варианта УЛМ достаточен
/>/>
Припереносе в сигналы настройки двух переменных (Хд и «Xj) для поиска остаточныхфункций следует просмотреть четверки смежных строк таблицы с неизменныминаборами Х2Х3 – аргументами, подаваемыми на адресные входы УЛМ. Этот просмотрприводит к следующей таблице (табл. 2.6).
Из таблицывидно, что для воспроизведения функции достаточно использовать мультиплексор «4–1»с дополнительным конъюнктором для получения произведения xlxO. Но приперестройке на другую функцию потребуются и другие функции двух переменных, т.е.универсальный логический модуль должен включать в свой состав дополнительныйлогический блок (см рис. 2.13, я).
Логическиеблоки на мультиплексорах используются в современных СБИС программируемойлогики, выпускаемых ведущими мировыми фирмами. Э [и блоки работают поизложенным выше принципам, однако, зачастую универсальность в смыслевоспроизводимости всех без исключения функций данною числа аргументов непреследуется, что упрощает схемы блоков, и в то же время достаточно широкиелогические возможности.
В данномслучае модули относятся к настраиваемым и характеризуются порождающей функцией,реализуемой модулем, когда все его входы используются как информационные (т.е.для подачи на них аргументов). Эта функция при введении настройки, когда частьвходов занята под настроечные сигналы, порождает некоторый список подфункций,зависящих от I меньшего числа аргументов в сравнении с порождающей функцией.Создается перечень практически важных подфункций для того или иного настраиваемогомодуля.
|На рис. 2.15,а показан логический блок, используемый в СБИС программируемой логики фирмыActel (США). Изображены обозначения фирмы для мультиплексоров «2‑Г'(адресующие входы расположены сбоку). При S = 0 на выход передается сигнал верхнеговхода, при S = 1 – нижнего. Функциональная характеристика (порождающая функция)для этого блока имеет вид
F = S^ «1(SAA0VSAA1) V(S0VSi) (S» BB0VSBBl).
Варьируяподачу на входы блока констант и входных переменных, можно реализовать 702практически полезные переключательные функции.
На рис. 2.15,tf показан логический блок (вернее его комбинационная часть) фирмы Quicklogic(США) с более широкими логическими возможностями.
/>
Рис. 2.15.Мультиплексорные логические блоки, используемые в микросхемах фирм Actel (а) иQujcklogic (б)
Триггеры
Триггерами называют устройства, обладающие двумя состояниямиустойчивого равновесия и способные под воздействием внешнего управляющегосигнала скачком переходить из одного устойчивого состояния в другое.
Триггеры выполняют как на отдельных (дискретных) элементах, так иметодами интегральной технологии. Их широко используют в различных устройствах,в которых они выполняют функции переключающих, счетных, пороговых изапоминающих элементов. Они составляют 20–40% оборудования ЭВМ. Триггеры винтегральном исполнении будут рассмотрены в следующей главе.
Несмотря на то что в настоящее время триггеры на дискретных схемахвыполняют редко, физические процессы удобнее рассмотреть на таких схемах. Напрактике наиболее часто встречаются схемы с коллекторно-базовыми связями(симметричные) и с эмиттерной связью.
/>
В качестве активного элемента используют биполярные и полевыетранзисторы, туннельные диоды.
/>
Рассмотрим схему триггера с коллекторно-базовыми связями набиполярных транзисторах с независимым смещением (рис 20.4). Она структурноблизка к рассмотренной ранее схеме мультивибратора и представляет собойдвухкаскадный усилитель постоянного тока с положительной обратной связью (100%),осуществляемой через цепи R1C1 и R2C2, которые соединяют коллектор одноготранзистора с базой другого. Схема полностью симметрична. Поэтому параметры RBl= ЯБ2, RK1 = RKb Rt = R2, Сi = C2, транзисторы Tt и Т2 одного типа. Отличие отсимметричного мультивибратора состоит в том, что в схеме триггера имеетсяисточник смещения (Ев > 0), запирающий транзисторы (благодаря чему триггерыимеют два устойчивых состояния равновесия) и резисторы Я1 и Я 2 в цепях связимежду усилительными каскадами.
Для обеспечения устойчивой работы триггера его параметры подбираюттак, чтобы открытый транзистор находился в режиме насыщения, а закрытый – врежиме отсечки. Отметим, что открытый транзистор имеет потенциал коллектора,близкий к нулю, его можно считать низким и приписать ему уровень 0. Закрытыйтранзистор имеет потенциал коллектора, близкий к напряжению источника смещения.Для транзистора с р-и-р-структурой фк» – Ек, а для и-р-и-структуры фк х + Ек.Этот потенциал можно считать высоким и ему приписать уровень 1. Несмотря на гочто триггер симметричен, при подаче на него напряжения питания один транзисторобязательно окажется закрытым, а другой – открытым, так как абсолютнуюсимметрию в реальных схемах обеспечить невозможно и в схеме при включении еесразу же начнется лавинообразный процесс, который происходит почти мгновенно изаканчивается переходом одного транзистора в режим отсечки, другого – в режимнасыщения. Это состояние триггера устойчивое (в отличие от мультивибратора) идлится до тех пор, пока на вход триггера не будет подан запускающий импульс.
Запускающий импульс осуществляет переход (переброс) триггера вдругое устойчивое состояние, при котором открытый ранее транзистор закрывается,а закрытый – открывается. Так с подачей запускающего импульса триггер переходитиз одного устойчивого состояния в другое. На выходах триггера при этомформируется перепад напряжений. Рассмотрим происходящие при этом процессы.
Пусть триггер (рис. 20.4, й) находится в таком устойчивомсостоянии, когда транзистор Tt открыт, а транзистор Т2 закрыт. Если на базуоткрытого транзистора подать запускающий импульс положительной полярности, тоза некоторый очень малый промежуток времени транзистор Tt выйдет из режиманасыщения и перейдет в активный режим. При этом ток базы, а следовательно, иколлектора транзистора Tt (iKl) уменьшится, что вызовет изменение потенциалаколлектора фК1 = uKi = – Ек + ^к1гкь он станет более отрицательным.Отрицательный скачок напряжения на коллекторе вызовет примерно такой же скачокнапряжения на базе закрытого транзистора Т2 и под действием изменившегося наего базе напряжения Т2 из режима отсечки перейдет в активный режим. Такимобразом, за очень малый промежуток оба транзистора оказываются в активном режиме,в котором они обладают усилительными свойствами.
За счет положительной обратной связи в схеме начнетсярегенеративный процесс. Ток коллектора iK закрывающегося транзистора Tt будетуменьшаться. За счет этого будет более отрицательным потенциал коллектора Ti.Небольшой отрицательный скачок напряжения на коллекторе транзистора Tt черезрезистор обратной связи Rt приложится к базе транзистора Т2 и приоткроет его.Это вызовет значительное увеличение тока коллектора iK2 транзистора Т2 за счетбольшого коэффициента усиления по току в схеме с ОЭ (H2i3 ~ P) – Потенциалколлектора транзистора Т2, равный ц>К2=ик2=–Ек +RKiK2, станет положительнее,и положительный скачок напряжения на коллекторе Т2 будет значительно большевызвавшего его отрицательного скачка напряжения на коллекторе транзистора Ti.Усиленный положительный скачок напряжения через резистор обратной связи R2приложится к базе транзистора Ti и еще более призакроет его и т.д. Процессбудет развиваться лавинообразно и закончится закрыванием открытого транзистораTi и открыванием закрытого транзистора Т2. Чтобы вывести схему из этогоустойчивого состояния, нужно подать запускающий импульс на базу открытоготеперь транзистора Т2.
Имеющиеся в схеме конденсаторы Сл и С2 шунтируют резисторы P-iиR2. Их обычно называют ускоряющими. Это объясняется следующим. В устойчивомсостоянии, когда, например, транзистор Tt открыт, а транзистор Т2 закрыт,конденсаторы заряжены соответственно до напряжений uCi х 0 и ис2х – Ек. Вовремя лавинообразного процесса их состояние практически не изменяется (всоответствии со вторым законом коммутации). Но как только открытый транзисторTt закроется и напряжение на его коллекторе станет равно – Ек, разряженныйконденсатор Ct начнет заряжаться и в цепи базы открывающегося транзистора Т2потечет большой зарядный ток, который добавится к току, втекающему в базу. Этозначительно ускорит процесс открывания транзистора Т2.
Отметим, что конденсатор С2 после опрокидывания схемы будетперезаряжаться и напряжение на нем к концу перезарядки станет равным иК2 ~ 0.При лавинообразном процессе напряжение на конденсаторах не изменяется. Такимобразом, они представляют собой коротко замкнутые участки цепи, т.е. шунтируютрезисторы Rt и R2. Поэтому скачки напряжения на коллекторе одного транзистора почтиполностью прикладываются к базе другого транзистора. Если бы не былоконденсаторов, часть напряжения скачков падала бы на резисторах Rt u.R2 и токибазы, коллектора, а соответственно, и скачки напряжения были бы меньше, апроцесс – более длительным. На рис. 20.4, б показаны входные импульсы мвх1и мвх2 и напряжения иК1 и иК2 на коллекторах транзисторов 7i и Т2. Амплитудавыходного импульса равна перепаду напряжения на коллекторе при переходетриггера из одного устойчивого состояния в другое. Когда транзистор открыт,напряжение на его коллекторе = 0; когда транзистор закрыт, иК1шкъ – Ек. Такимобразом, амплитуда выходного импульса будет равна примерно Ек.
Схемы запуска триггера. Триггер переводят из одного устойчивогосостояния в другое путем подачи на его входы (или выходы) запускающихимпульсов. Существует два способа запуска: раздельный и общий.
Раздельный запуск осуществляется подачей импульсов однойполярности поочередно на базы транзисторов (входы триггеров). Импульс, поданныйна один из входов, устанавливает триггер в одно из устойчивых состояний.Импульс, подаваемый на другой вход, устанавливает триггер в противоположноеустойчивое состояние. Схема триггера с раздельным запуском с подачейзапускающих импульсов на базы через диоды показана на рис. 20.5.
К элементам цепи запуска относятся диоды Дх и Д2, конденсаторы Сз1и С32, резисторы R3l и R32. Пусть триггер находится в таком устойчивомсостоянии, когда транзистор Tt открыт и насыщен, а транзистор Т2 закрыт. На Bxtподается прямоугольный импульс. Он продифференцируется цепочкой Яз1С31и из негосформируются два коротких импульса остроконечной формы противоположнойполярности. Поскольку транзистор Tt открыт, потенциал его коллектора фК1 низкий(0). Так как потенциал анода диода Д, примерно равен потенциалу коллектора (онменьше на небольшое значение падения напряжения на резисторе Яз1), диод Дхбудет находиться в проводящем состоянии и пропустит положительный импульс набазу. С приходом этого импульса в базу транзистор Г, начнет выходить изнасыщения, а транзистор Т2 – из области отсечки. Когда оба они окажутся вактивном режиме, петля положительной обратной связи замкнется и в схеменачнется лавинообразный процесс, в результате которого транзистор 7~iзакроется, а транзистор Т2 откроется (этот процесс переброса триггера былподробно рассмотрен ранее).
Такое состояние триггера будет сохраняться до тех пор, пока непоступит новый запускающий импульс на второй вход (Вх2). Так как после переходаобоих транзисторов в активный режим процесс развивается за счет внутреннихпроцессов, без участия запускающего импульса, цепь запуска после опрокидываниядолжна отключить триггер от генератора. Это обеспечивается следующим образом.На коллекторе закрывающегося транзистора Тх устанавливается высокий потенциалФк1 * (– Ек)> поэтому и на аноде диода Дл имеется примерно такой жепотенциал. Диод Ду находится в непроводящем состоянии и отключает Bxt от базытранзистора Т^ (поэтому диоды Дх и Д2 называют отсекающими). До подачиследующего импульса конденсатор Сз1 разряжается через резистор Кз1.
/>
Триггер с раздельным запуском называют RS‑триггером..RS‑триггеримеет два входа и два выхода. Входы, на которые подают запускающие импульсы,называют установочными и обозначают R и S. Буква S означает раздельный входустановки в состояние 1, буква R – раздельный вход установки в состояние 0.Выходы обозначают Q и Q.
Счетный запуск. При счетном запуске импульсы одной полярностиподаются на общий вход С триггера и каждый из импульсов приводит копрокидыванию триггера. Возможны два варианта подачи запускающего импульса: набазы (рис. 20.6) и на коллекторы. В отличие от схемы, показанной на рис. 20.5,здесь конденсаторы С3| и Сз2 соединены вместе, образуя общий вход. Конденсаторысвязи Ct и С2 включены для ускорения процесса переключения триггера. Входнойимпульс положительной полярности, подаваемый на вход триггера,продифференцируется цепочкой ЯлСъ2 и из образованных двух остроконечныхимпульсов положительный через диод Д2, находящийся в проводящем состоянии,поступит в базу насыщенного транзистора.
Управление цепями запуска производится следующим образом. Спомощью резисторов R3l и Кз2 задают отрицательный потенциал соответственноаноду диода Д, или Д2 с коллектора закрытого транзистора. При этом. диодзакрывается и отключает цепь базы транзистора от цепи запуска.
/>
Открытый транзистор имеет низкий потенциал коллектора (ф «0), по этомусоответствующий диод через резистор R32 находится в проводящем состоянии. Пустьтриггер находится в одном из устойчивых положений: транзистор Tt открыт инаходится в режиме насыщения (фк, = иК1 к 0, фБ1 = иы 0).Потенциал анода диода Дг (через R3l) равен примерно нулю. Потенциал катодадиода Дг равен примерно фБ2
Потенциал анода диода Д2 (через R32) примерно равен фК2 = икг ~ – Ек.Потенциал катода диода Д2 несколько больше нуля. Диод Д2 надежно запертотрицательным потенциалом на аноде, равным Ек. Конденсаторы С3] и С32заряжены соответственно до напряжений иСз1 х 0 и исз2 ~ – Ек (через резисторыR3l и R32 и выходное сопротивление генератора запуска). Положительныйзапускающий импульс, продифференцированный цепочкой R3iC3i, проходит черезоткрытый диод Дх на базу транзистора Tv В результате транзистор Ti выходит изобласти насыщения (плюс на базе), ток iK1 уменьшается, а так как фК1 = – £к+ Як1'кь то потенциал фк, = мК1 становится более отрицательным. Отрицательныйперепад напряжения передается на базу транзистора Т2, и он открывается. С этогомомента транзисторы Ti и Т2 открыты, замыкается петля положительной обратнойсвязи и возникает лавинообразный процесс уменьшения коллекторного тока одноготранзистора и увеличения тока другого транзистора. В результате транзистор Ttзакрывается, – а Г2 переходит в режим насыщения.
После переключения триггера конденсаторы С3, и Сз2 начнутперезаряжаться через резисторы R3l и R32 и напряжения на конденсаторах станутсоответственно равными С/Сз1» – Ек, С/Сз2 х 0. Перед окончанием перезарядкиконденсаторов закончится запускающий импульс, поэтому он успеет пройти толькочерез диод Д2 на базу открытого транзистора Т2. Таким образом, диоды Дг и Д2пропускают каждый запускающий импульс только на базу открытого транзистора, аконденсаторы C3i и Сз2, «запоминая» состояние схемы до очередного переключения,препятствуют обратному опрокидыванию ее под действием еще не закончившегосяимпульса запуска.
На процесс опрокидывания триггера существенно влияет длительностьзапускающих импульсов. Если импульс, например, очень короткий, то за время егодействия транзистор не успевает выйти из насыщения и триггер не опрокинется.Максимальная частота переключения триггера со счетным запуском примерно вдвоеменьше, чем при раздельном запуске, поэтому раздельный запуск предпочтительнее.Триггер со счетным запуском называют Т-триггером (буквой Т обозначают счетныйвход).
Были рассмотрены триггеры, имеющие один или два входа. Выпускаюттриггеры, имеющие три входа и более. Рассмотрим универсальный триггер, которыйназывают JK‑триггером, одна из схем которого показана на рис. 20.7.Он имеет пять входов: J, К, R, S и С. JK‑триггер может работать как RS‑триггер(если на входы подавать поочередно положительные импульсы) и как Т-триггер(если вход J подсоединить к коллектору, транзистора Т» а вход К – к коллекторутранзистора Т2). Таким образом, наличие входов J и К значительно расширяетвозможности JK‑триггера.
/>
Разрешающее время и быстродействие триггера. Наименьший интервалвремени между запускающими импульсами, вызывающими бесперебойное переключениеимпульса, называют разрешающим временем Траз. Величина, обратная разрешающемувремени, называется быстродействием триггера (Гц):
/>
Быстродействие триггера определяет наибольшее возможное числобесперебойных переключений триггера в 1 с при неизменном интервале Траз междузапускающими импульсами и достигает значений порядка 100 МГц. Эффективностьмногих электронных устройств зависит от быстродействия триггеров. Набыстродействие триггера влияет скорость переключения транзисторов, работающих всхеме в ключевом режиме. Для повышения быстродействия используютвысокочастотные транзисторы, ключи в ненасыщенном режиме (для устранениязадержки выключения, которая связана с процессом рассасывания не основныхносителей в базе насыщенного транзистора). Кроме того, применяют специальныемеры, уменьшающие время установления напряжения на коллекторах транзисторов иускоряющих конденсаторах.