Инновации бизнесу. Триггер с тремя устойчивыми состояниями и общим выходом

ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.

Номер

30-007-06

Наименование проекта

Триггер с тремя устойчивыми состояниями и общим выходом

Назначение

Для фиксации сигнала на входе и определения его полярности.

Рекомендуемая область применения

При создании переключающих, счетных, пороговых и запоминающих устройств. Для хранения и обработки двоичной информации в цифровой технике.

Описание

Описание к ИЛ № 30-007-06

Результат выполнения конструкторской разработки.

Цель изобретения заключается в создании триггера, обладающего тремя устойчивыми состояниями и способного чередовать эти состояния под воздействием нулевого напряжения, запускающих импульсов противоположной полярности, поступающих на один вход так, что нулевое напряжение возвращает триггер в исходное состояние с выходным напряжением, равным нулю, а запускающие импульсы противоположной полярности вызывают появление на том же выходе напряжения также противоположной полярности.

Триггер такого типа не дает ложной информации при включении, позволяет снять устаревшую информацию, фиксирует не только факт появления сигнала на входе, но и его признак, например, знак (+) или (-).

Принципиальная электрическая схема триггера показана на фиг. 1.

Триггер образован двумя параллельными основными ветвями ab и cd, каждая из которых представляет транзисторный ключ и содержит транзистор и коллекторный резистор t₁r_к1 и t₂r_к2. Ветви питаются от двух последовательно включенных источников напряжения e, имеющих заземленную общую точку o.

Транзисторы основных ветвей имеют разный тип проводимости p-n-p и n-p-n. Их коллекторы соединены и образуют общий выход устройства.

Параллельно основным ветвям включена добавочная ветвь положительной обратной связи mn. Она представляет собой два последовательно включенных усилителя на транзисторах t₃ и t₄ разного типа проводимости. Эмиттеры усилителей соединены между собой и заземлены через сопротивление r, базы соединены между собой и общей точкой коллекторов транзисторов основных ветвей. Коллекторные нагрузки усилителей образованы двумя последовательно соединенными резисторами r'₃r''₃ и r'₄r''₄. Их общая точка соединена с базой того транзистора основной цепи, который имеет противоположный тип проводимости по отношению к проводимости транзистора, образующего усилитель.

Для описания работы предлагаемого устройства воспользуемся его упрощенной схемой (фиг. 2). В отличие от принципиальной схемы (фиг. 1) она содержит только основные ветви, представляющие собой два параллельных транзисторных ключа с соединенными в точке o' коллекторами транзисторов t₁ и t₂. Для простоты будем считать, что характеристики транзисторов t₁ и t₂ идентичны и отличаются только направлениями тока и напряжения.

В симметричной системе, имеющей r_к1= r_к2, при равновесии i_к1=i_к2; u_к1= u_к2 и потенциал в точке О равен нулю, и выходное напряжение .

Транзисторные ключи принято рассматривать используя их нагрузочные прямые. Они представляют собой зависимость тока от напряжения при выбранных значениях напряжения источника питания и сопротивления коллекторного резистора [2], изображенную на поле статических характеристик транзистора. На фиг. За показана нагрузочная прямая для транзистора n-p-n, включенного как показано на фиг. 3в.

Нагрузочная прямая транзистора p-n-p отличается только направлением токов и напряжений. Она показана на фиг.Зв.

Для рассматриваемого случая, когда питание ключей осуществляется от двух последовательно соединенных источников напряжения e с заземленной общей точкой, нагрузочные прямые получаются путем сдвига нагрузочных прямых на величину Е на оси напряжений и величину e/2r по токовой оси, как показано на фиг. 3с и 3d.

Нагрузочная прямая всего устройства получается в результате объединения нагрузочных прямых основных ветвей. Нагрузочные прямые ветвей ab и cd совпадают и образуют единую нагрузочную прямую, показанную на фиг.4. В каждый момент состояние устройства соответствует точке, лежащей на нагрузочной прямой. Эта точка в зависимости от напряжения на базах транзисторов передвигается на участке между точками b и c. Например, точка a соответствует равновесию, напряжение в точке o' и ток равны нулю.

В крайних точках b и c один транзистор находится в состоянии насыщения, другой в состоянии отсечки тока. Например, в точке b транзистор t₁ проводит ток и насыщен, а t₂ закрыт. В точке c насыщен t₂, a t₁ находится в состоянии отсечки.

Все точки на нагрузочной прямой bc являются неустойчивыми и если под действием кратковременного запускающего импульса на базе одного из транзисторов устройство оказывается в состоянии одной из таких точек, после прекращения действия импульса состояние меняется.

Для фиксирования состояния в точках b и c служит ветвь положительной обратной связи mn.

Если, например, под действием запускающего импульса схема оказалась в точке b, где транзистор t₁ насыщен, а транзистор t₂ заперт, напряжение в точке o' превышает ноль, а на базах транзисторов t₃ и t₄ соединены вместе, появляется положительное напряжение. Оно открывает транзистор t₃ и по его коллекторному резистору r₃ = r'₃ + r''₃ протекает ток, создавая на r'₃ напряжение насыщения на базе t₁. Это напряжение существует как угодно долго, поскольку в результате положительной обратной связи транзистор t₃ открыт за счет падения напряжения на r_к1, а ток через резистор r_к1 обеспечивается напряжением на r'₃.

Транзистор t₂, так же как транзистор t₄, во время работы транзисторов t₁ и t₃ находится в состоянии отсечки. Эмиттеры транзисторов t₃ и t₄ соединены с землей через резистор r, сопротивление которого составляет величину порядка сотни ом. Он стабилизирует состояние, делая его более устойчивым, и ограничивает напряжение на базах t₃ и t₄, которое равно

В состоянии равновесия ток через резистор r не протекает и эмиттеры t₃t₄ имеют потенциал Земли.

Для перевода устройства в противоположное состояние, в точку c, необходимо на вход подать запускающий импульс отрицательной полярности. Он запирает транзистор t₃ и одновременно открывает транзисторы t₄ и t₂. Процесс идет в обратной последовательности.

В состоянии, соответствующем точке b, выходное напряжение u_вых = u_oo' положительно и амплитуда его почти достигает (+ e), для точки c это напряжение близко к (-e).

Запуск триггера и его опрокидывание могут осуществляться путем подачи запускающих импульсов на соединенные базы транзисторов t₃ и t₄ или подачи их непосредственно на базы транзисторов t₁ и t₂. Второй вариант осуществляет раздельный запуск, при котором связь между входом и выходом отсутствует.

При включении питания напряжение на выходе триггера u_oo' устанавливается равным нулю и это состояние равновесия устойчиво. Оно сохраняется до прихода в точку o' запускающего импульса. Положительный запускающий импульс вызывает появление тока в коллекторной цепи транзистора t₃. Протекание этого тока по коллекторному резистору r'₃ создает на нем напряжение, поступающее на базу t₁ и открывающее его. Возникающий ток транзистора t₁ создает в результате падение напряжения на r_к1. Это напряжение u_oo' и является выходным.

Отрицательный запускающий импульс вызывает появление выходного напряжения противоположного знака. Если при наличии выходного напряжения точку o' заземлить, ток в транзисторах t₃ и t₄ прекратится, транзисторы t₁ и t₂ станут также непроводящими и схема возвратится в исходное состояние.

Триггер может быть использован и в устройствах троичной системы счисления, но общая точка источников o должна быть изолирована от Земли всего устройства в целом.