Триггеры Шмитта на биполярных транзисторах

Несимметричные триггеры

Несимметричные триггеры – это регенеративные устройства, у которых выходное напряжение может принимать два значения: высокого и низкого уровня. В отличие от симметричного, несимметричный триггер не обладает свойством запоминания предыдущего состояния. То или иное состояние несимметричного триггера поддерживается присутствующим входным сигналом и зависит от его значения. Переход от низкого уровня выходного напряжения к высокому происходит при определенном значении входного сигнала, превышающего порог срабатывания U_срб, а переход от высокого уровня к низкому происходит при другом входном напряжении, которое ниже порога отпускания U_отп. По модулю U_отп меньше U_срб.

Несимметричный триггер строится на основе усилителя постоянного тока, охваченного положительной О.С.

U_вых   U_вых.max     U_вх.дф   0   U_вых.min  

Передаточная характеристика УПТ, охваченного положительной О.С., имеет очень высокую крутизну на активном участке. Если петлевое усиление cK>1, то состояние УПТ в пределах линейного участка становится неустойчивым, возникает регенера-тивный процесс и схема переключается в одно из устойчивых состояний:

U_вых.= U_вых.max либо U_вых.= U_вых.min.

1. Схема триггера на ненасыщенных транзисторах

+U_П1     R_к R_к Выход R1 Вход VT1 VT2     R2 I₀     –U_П2

В основе схемы триггера Шмитта – переключатель тока (дифференциальный каскад), охваченный положительной О.С. Потенциал базы VT2 создается делителем R₁,R₂, подключенным к коллектору VT1. Для упрощения полагаем, что делитель R₁,R₂ не потребляет тока и не влияет на потенциал коллектора VT1. Тогда

Если U_вх мало и VT1 закрыт, а VT2 открыт (через него течет весь ток I₀), то

При этом, если у открытого VT2 потенциал коллектора выше потенциала базы, т.е.

,

то он находится в активной области, в противном случае – в насыщении.

Такое состояние триггера сохраняется, пока . Таким образом, напряжение срабатывания . Когда U_вх превысит U_срб, оба транзистора окажутся в активной области и, благодаря положительной О.С., начнется регенеративный процесс переключения, который закончится запиранием VT2. При этом весь ток I₀ переключится в VT1. После срабатывания триггера потенциал коллектора VT1 опустится до уровня , а потенциал базы VT2 соответственно до . Транзистор VT1 будет в активной области при .

Чтобы триггер переключить в первоначальное состояние, нужно понизить U_вх до уровня порога отпускания . Как только U_вх станет меньше U_отп, транзистор VT1 начнет запираться, а VT2 – открываться, и произойдет регенеративный процесс обратного переключения. Как видно, напряжение отпускания меньше напряжения срабатывания. Это соотношение принципиально для триггера Шмитта.

Выходной сигнал снимается с коллектора VT2, свободного от внутренних связей, и по этой причине, а так же вследствие активного режима транзисторов, длительность переходных процессов и фронтов выходного напряжения оказывается предельно короткой.

U_вых=U_к.2 U¹_вых=U_П1

U_вых=U_вх

U⁰_вых

0 U_отп U_срб U_вх

Передаточная характеристика

Наличие двух пороговых напряжений приводит к появлению на характеристике “петли гистерезиса”.

Ширина петли

.

Чем меньше коэффициент О.С. g, тем уже петля и ближе пороги переключения. Однако значение g не может быть меньше критического, при котором обеспечивается условие регенерации.

2. Схема триггера Шмитта на насыщенных транзисторах

+U_П

R1 R_к.1 R_к.2

R3 U_вых

C VT1 VT2

R2 R4 R_э U_э.0 (U_э.1)

Исходное состояние:

VT1 закрыт, VT2 насыщен.

Условие запирания VT1:

Условие насыщения VT2:

I_б.2 ³ I_б.2гр.

Отсюда

После переключения VT1 насыщен, VT2 закрыт. При этом должно быть меньше U_э.0, т.е. R_к.1 > R_к.2. Условие запирания VT2 выполняется всегда:

Условие насыщения VT1: I_б.1 ³ I_б.1гр обеспечивается при

Совместное решение приведенных выражений дает значения сопротивлений R₁, R₂, R₃ и R₄.

Дата добавления: 2015-05-09