Триггерные устройства. 
Средства автоматизации и управления

Устройство и работа электронного триггера

Триггер — это типовая ячейка, играющая исключительно важную роль при построении различных переключающих схем и схем с памятью, а также различного рода арифметических устройств. Само слово «триггер» в переводе с английского означает «курок», спусковое устройство. Поэтому схемы на триггерах называют также спусковыми схемами.

По существу статический триггер, наиболее широко распространенный в схемах автоматики и управления, представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока, охваченный глубокой положительной обратной связью. Это значит, что при малейшем изменении входного сигнала, ведущем к увеличению выходного сигнала, величина сигнала, поступающая на вход триггерного устройства за счет обратной связи, возрастет, что приведет к дальнейшему росту выходного сигнала и т. д. Процесс будет продолжаться лавиноообразно, пока на выходе триггера не установится единичное значение выходной величины, равное значению насыщения. Если затем выходная величина начнет уменьшаться, то это приведет к ее дальнейшему умень-: шению. Этот процесс падения значения выходной величины также будет происходить лавинообразно, пока на выходе не установится нулевое значение выходной величины. Переключение с «1» на «О» и с «О» на «1» осуществляется скачком. Таким об;

Схема, представленная на рис. 9.1, симметрична с равными попарно сопротивлениями резисторов ^ и R_s, /?, и /^, емкостями конденсаторов С, и С₂, одинаковыми транзисторами V, и V₄, а также одинаковыми диодами V₂ и V₃. Она работает следующим образом. При подаче напряжения питания и при отсутствии входных сигналов триггер установится в одно из устойчивых состояний, причем для каждого реального триггера это состояние будет одним и тем же. Будем считать, что высокий выходной потенциал одной из половин триггера (как говорят, одного плеча триггера), например, когда транзистор V, полностью открыт, а транзистор V₄ в то же время полностью закрыт, соответствует 1. Другое устойчивое состояние триггера соответствует 0. Это происходит потому, что даже при скачкообразном включении напряжения питания коллекторный ток транзисторов V, и V₄ не может увеличиться скачком вследствие наличия в схеме емкостей С, и С₂. Нарастание коллекторных токов транзисторов V, и V₄ происходит по-разному вследствие естественного разброса параметров используемых в схеме резисторов, емкостей, диодов и транзисторов. В результате для данного триггера коллекторный ток одного из транзисторов будет всегда при включении напряжения питания нарастать быстрее, чем коллекторный ток другого транзистора. Поэтому этот транзистор будет открываться быстрее другого и напряжение на его коллекторе будет падать быстрее, чем напряжение на коллекторе другого транзистора. Коллектор этого «опережающего» транзистора через соответствующий резистор связан с базой другого транзистора. Уменьшение напряжения на коллекторе этого транзистора приводит к уменьшению напряжения на базе другого транзистора, что, в свою очередь, приведет к увеличению напряжения на его коллекторе, дальнейшему увеличению напряжения на базе первого транзистора и увеличению его коллекторного тока и т. д. Этот процесс будет протекать лавинообразно, так что первый транзистор в результате подачи питания полностью откроется, а второй полностью закроется.

Для того чтобы изменить состояние триггера, необходимо на вход открытого транзистора подать отрицательный импульс напряжения. Ранее открытый транзистор при этом полностью закроется, а ранее закрытый транзистор — полностью откроется. Это новое состояние триггера также будет устойчивым, так как на базе открытого транзистора вследствие перекрестной обратной связи будет высокое (открывающее) напряжение, а на базе закрытого транзистора — низкое (закрывающее) напряжение.

Такой триггер называется статическим триггером с раздельными входами. Но эти два раздельных входа можно объединить и подавать на общий вход рассматриваемой ячейки импульс через разделительную последовательно включенную электрическую емкость. Электрическая емкость, как известно, представляет собой дифференцирующее звено. Можно исходить и из более простых физических соображений. Электрический конденсатор, по существу представляющий собой два параллельных проводящих листа, разделенных прокладкой из диэлектрика, является полным разрывом для постоянного тока. Однако он способен пропускать через себя переменный ток. При подаче на него прямоугольного импульса можно считать, что изменение этого сигнала происходит только на фронтах этого импульса, а на горизонтальной верхней площадке этого импульса никаких изменений сигнала не происходит. Итак, при подаче прямоугольного сигнала на общий вход триггера через разделительный конденсатор на базы обоих транзисторов поступает отрицательный импульс, соответствующий переднему фронту импульса, и положительный импульс, соответствующий его заднему фронту. Положительный импульс не оказывает никакого влияния на состояния обоих этих транзисторов. Отрицательный же импульс, не меняя состояния открытого транзистора, инициирует процесс отпирания ранее закрытого транзистора. Как мы уже видели, этот процесс, начавшись, приобретает лавинообразный характер, так что ранее закрытый транзистор полностью открывается, а ранее открытый транзистор полностью закрывается. Это представляет собой процесс переключения триггера, или, как говорят, триггер перебрасывается.

Временная диаграмма работы триггера со счетным входом приведена на рис. 9.2. На этой схеме триггер перебрасывается от переднего фронта импульса, подаваемого на общий (счетный) вход. Применяя соответствующее инвертирование, можно добиться, чтобы триггер перебрасывался от заднего фронта входного импульса.

Недостатком приведенной простейшей схемы триггера является ее небольшая выходная мощность. Поэтому непосредственно подключать индицирующее устройство (например, светодиод или неоновую лампу) или какое-либо исполнительное устройство в большинстве случаев оказывается невозможным. Обычно применяют более сложные схемы триггеров, например, с подключением нагрузки через эмиттерный повторитель, что при том же напряжении позволяет получать значительно большие рабочие токи, а следовательно, и использовать на выходе большую полезную мощность.