МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ДОСЛІДЖЕННЯ СИМЕТРИЧНОГО ТРИГЕРА НА ТРАНЗИСТОРАХ ЗВІТ до лабораторної роботи №3 з курсу "ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ" МЕТА РОБОТИ Метою роботи є практичне ознайомлення з роботою транзисторного симетричного тригера, принципом його дії, схемами запуску, основними розрахунковими співвідношеннями. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП Тригером називають спусковий пристрій, який має два стани стійкої рівноваги і може переходити з одного в інший стрибком, кожний раз, коли керуюча напруга, що діє на його вхід, досягає певного рівня, що називається порогом спрацювання чи відпускання. Стан тригера, в якому напруга на його виході висока, позначається цифрою (1(, а стан тригера, в якому напруга на його виході низька - цифрою (0( (очевидно, що можна прийняти і протилежні позначення). Звичайно тригер поряд з основним (прямим) виходом Q має ще один вихід
- інверсний, потенціал якого приймає значення, протилежне значенню потенціалу прямого виходу, тобто, якщо на прямому виході Q напруга висока (Q=1), то на інверсному виході буде низький потенціал (
=0) і навпаки. Використовують два способи запуску тригера - роздільний і спільний (лічильний). Умовне позначення тригера з роздільним запуском (чи з роздільними входами), так званого RS-тригера, наведено на рис. 1а. При роздільному запуску управляючі (керуючі) сигнали надходять на два входи тригера від двох джерел: при надходженні управляючого сигналу на вхід S (установлення (1() тригер установлюється в стан 1 (Q=1,
=0), а при надходженні управляючого сигналу на вхід R (установлення (0() тригер установлюється в стан 0 (Q=0,
=1). Якщо на момент надходження управляючого сигналу на вхід S (чи R) тригер вже знаходився в стані 1 (чи 0), то його стан не зміниться. Умовне позначення тригера із спільним (лічильним) запуском, так званого Т-тригера, наведено на рис. 1б. При спільному (лічильному) запуску управляючі сигнали надходять на один спільний вхід Т-тригера і при цьому тригер спрацьовує від кожного сигналу, тобто кожний вхідний сигнал змінює стан тригера на протилежний. На практиці використовують тригери з більш складним управлінням, наприклад RST-тригер (рис. 1в), тобто тригер з лічильним і роздільними входами. Принцип роботи симетричного тригера на транзисторах Схема утворена з’єднанням виходу одного резисторно-транзисторного ключа з входом другого і виходом останнього з входом першого. Цю схему можна представити двокаскадним резисторним підсилювачем, замкненого в петлю позитивного оберненого зв’язку. Конденсатори С є прискорюючими. Вони зменшують час переключення тригера з одного стійкого стану в інший. Напруга зміщення подається від незалежного джерела зміщення
. В схемі, в принципі, можливий стан електричної рівноваги, при якому обидва транзистори
і
відкриті, струми
і
дорівнюють один одному і всі напруги в схемі постійні. Однак цей стан є нестійким. Якщо припустити, що коефіцієнт підсилення двокаскадного підсилювача, замкненого в петлю позитивного зворотного зв’язку, перевищує одиницю, то будь-яка зміна струмів і напруг приведе до виникнення лавиноподібного, регенеративного процесу наростання струму одного транзистора і зменшення струму другого. Це можливо при запиранні одного транзистора (наприклад
) і насиченні другого (
). В обох випадках настане стійка рівновага. Параметри схеми вибираються так, що в статичному стані один з транзисторів закритий, а другий - відкритий і насичений (в цьому випадку тригер називається насиченим). В результаті перекидання на колекторах транзисторів утворюються додатні і від’ємні перепади струмів і напруг, які можна використати для управління другими тригерами чи різноманітними ключовими схемами. Амплітуда
вихідного перепаду напруги дорівнює зміні напруги на колекторі транзистора в результаті перекидання
, (1) де
- колекторна напруга закритого транзистора,
- колекторна напруга відкритого транзистора в насиченому режимі;
, (2) де
- напруга на базі насиченого транзистора. Враховуючи, що в насичених тригерах звичайно
(
і
(
можна записати
. (3) Для забезпечення статичних режимів, тобто двох стійких станів, повинні бути виконані умови запирання одного транзистора і насичення другого. Для схеми, що розглядається, ці умови приймають вигляд таких нерівностей:
;
. (4) Розрахунок тригера 1. Вибір напруги живлення
. Враховуючи, що амплітуда вхідних імпульсів менша напруги джерела живлення, вибираємо
, виходячи з умови
. (6) 2. Вибір джерела зміщення
. Збільшення напруги джерела
зменшує швидкодію тригера. Тому напругу
вибрати великою недоцільно. Для надійного запирання звичайно вибирають
=(1(2,5)В. 3. Вибір транзистора. При виборі транзистора повинні виконуватись наступні умови: а) допустима напруга повинна бути більшою напруги джерела
; (7) б) частотні властивості транзистора повинні забезпечувати необхідну швидкодію:
. (8) 4. Розрахунок опору
. Величина опору
розраховується виходячи з величини ємності колекторного переходу транзистора
:
, (9) З іншого боку, необхідно, щоб струм через транзистор не перевищував допустимий, отже:
. (10) 5. Розрахунок прискорюючої ємності С. Прискорюючу ємність розраховують за формулою:
. (11) 6. Розрахунок дільника
,
. Опір
розраховуємо виходячи з умови забезпечення стабільності роботи тригера при зміні температури (
), а також враховуючи розкид величин опорів
і нестабільність величини напруг живлення
. Звичайно допускають
і знаходять максимальне значення опору:
. (12) З другого боку величина опору базового дільника
,
повинна бути такою, щоб при максимальній частоті імпульсів запуску прискорююча ємність, що підключена до колектору транзистора, який відкривається, встигала розрядитись. Рахуючи, що

. (13) Опір
розраховується за формулою, виходячи з умови забезпечення насичення транзистора у найбільш несприятливому випадку: пониженій напрузі живлення
і підвищеній напрузі зміщення
, пониженій величині опорів
і
і підвищеній величині
:
, (14) де S – коефіцієнт насичення (при достатньо високоомному навантаженні рекомендується вибирати S=1,2(1,5);
; a – коефіцієнт пропорційності, який дорівнює 0,005(0,01 1/град. 7. Розрахунок амплітуди і тривалості імпульсів запуску. Амплітуда імпульсів запуску повинна бути більшою напруги зміщення
на деяку величину
. Однак перепад
після запирання відкритого транзистора через прискорюючу ємність передається на колектор закритого транзистора, створюючи на ньому паразитний викид, тому величина
не повинна бути великою. Звичайно вибирають
. (15) Під час запуску генератор повинен забезпечити струм, який трохи перевищує струм насичення
. (16) Мінімальна тривалість вхідного імпульсу
визначається часом розсмоктування заряду в насиченому транзисторі:
. (17) Звичайно тривалість вхідного імпульсу вибирають з двократним чи трикратним запасом
. (18) 8. Розрахунок перехідної ємності С. За час тривалості імпульсу перехідна ємність не повинно істотно розрядиться
, (19) де
– збільшення напруги на ємності за час дії імпульсу. Звичайно вибирають
=(0,03(0,05)В. 9. Вибір діодів.