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 Uсрб, а переход от высокого уровня к низкому происходит при другом входном напряжении, которое ниже порога отпускания Uотп. По модулю Uотп меньше Uсрб.
Несимметричный триггер строится на основе усилителя постоянного тока, охваченного положительной О.С.
Uвых Uвых.max Uвх.дф 0 Uвых.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:
Uвых.= Uвых.max либо Uвых.= Uвых.min.
1. Схема триггера на ненасыщенных транзисторах
+UП1 Rк Rк Выход R1 Вход VT1 VT2 R2 I0 –UП2 |
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 Uвх 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 Uвх превысит Uсрб, 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 Uвх до уровня порога отпускания . Как только Uвх станет меньше Uотп, 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.
Uвых=Uк.2
U1вых=UП1
Uвых=Uвх U0вых
0 Uотп Uсрб Uвх |
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
+UП R1 Rк.1 Rк.2 R3 Uвых C VT1 VT2
R2 R4 Rэ Uэ.0 (Uэ.1)
|
Исходное состояние:
VT1 закрыт, VT2 насыщен.
Условие запирания VT1:
Условие насыщения VT2:
Iб.2 ³ Iб.2гр .
Отсюда
После переключения VT1 насыщен, VT2 закрыт. При этом должно быть меньше Uэ.0, т.е. Rк.1 > Rк.2. Условие запирания VT2 выполняется всегда:
Условие насыщения VT1: Iб.1 ³ Iб.1гр обеспечивается при
Совместное решение приведенных выражений дает значения сопротивлений R1, R2, R3 и R4.