Состояние триггеров

Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: /g, f/бэ, IK и UK3. Две из этих величин можно считать независимыми, а две другие могут быть выражены через них. Из практических соображений в качестве назависимых удобно выбирать величины /б и */„. Тогда губэ=/ч(/б, {/„) и IK=F2(I6, UK3).

Состояние транзистора, при котором отсутствует напряжение на р — n-переходе между эмиттером и базой, называется равновесным ( 6.2, а). В равновесном состоянии на обоих переходах устанавливается динамическое равновесие между потоками дырок и электронов, протекающих в обе стороны. Эмиттер и коллектор транзистора являются низкоомными слоями, а база — высокоомным слоем. В результате потенциалы Ферми эмиттера фрэ и коллектора ФРК лежат вблизи уровней акцепторов, а у базы уровень Ферми расположен вблизи середины запрещенной зоны.

Схема работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала транзистор VTI открыт и насыщен, а транзистор VT2 закрыт, реле K.L обесточено. Открытое состояние транзистора обеспечивается током в цепи базы через резисторы R1 и R3 от источника коллекторного питания Е„. Транзистор VT2 при этом находится в режиме отсечки, так как напряжение на его базе положительно относительно эмиттера и примерно равно напряжению смещения которое задается диодом VD2.

Когда на входе усилителя ( 4.19, а) появляется переменный сигнал, при положительной полуволне открывается транзистор типа п-р-п, пропуская в нагрузку ток, а состояние транзистора типа р-п-р не изменяется. При поступлении на вход отрицательной полуволны сигнала, наоборот, работает транзистор типа р-п-р. Таким образом, в нагрузке проходит переменный ток в течение всего периода. Постоянный ток в случае, если транзисторы имеют идентичные параметры и сигналы одинаковы по амплитуде, через нагрузку RH не проходит. Поскольку оба транзистора в схеме включены по отношению к нагрузке как эмиттерные повторители, согласование выходного сопротивления усилителя с сопротивлением нагрузки (обычно низкоом-ной) значительно упрощается и КПД схемы может оказаться достаточно высоким.

телыюго потенциала. Поскольку напряжение на конденсаторе Cei мгновенно измениться не может, то это приращение прикладывается к базе транзистора Т^, подзапирая его. Коллекторный ток /К2 при этом уменьшится, напряжение на коллекторе транзистора Ту станет более отрицательным и, передаваясь через конденсатор С6-2 на базу транзистора Т\, еще более отпирает его, увеличивая ток /К. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор Т\ входит в режим насыщения, а транзистор Тч — в режим отсечки. Схема переходит в о/но из своих временных устойчивых состояний (квазиустойчивое состояние). При этом открытое состояние транзистора Т\ обеспечивается смещением от источника Ек через резистор /?в, а запертое состояние транзистора Г2 — положительным напряжением на конденсаторе С(,\ (Uс.,,, — ^62 > 0), который через открытый транзистор Т\ включен в промежутке база — эмиттер транзистора 7Y На временных графиках ( 6.24,6) описанные процессы соответствуют моменту времени / = 0. Теперь конденсатор С62 быстро заряжается по цепи + ?к — эмиттер — база Т\ — С62 — RK2 — Е*. до напряжения ?к. Конденсатор Cai, заряженный в предыдущий период, перезаряжается через резистор /?в2 и открытый транзистор Т\ током источника питания ?к, и напряжение на нем стремится уменьшиться до — ?к ( 6.24, б). В момент времени t\ напряжение UCe, = Uuv меняет знак, что вызывает отпирание транзистора Тч и появление тока /К2. Увеличение тока /К2 приводит к процессу, аналогичному описанному при увеличении тока /К. В результате транзистор 7*2 войдет в режим насыщения, а транзистор Т\ — в режим отсечки (второе временно устойчивое состояние). В промежуток времени t\ — ti происходит зарядка конденсатора Cei и перезарядка

Схема реле выполнена так, что при входном токе /вх, меньшем тока срабатывания реле /ср, выходной сигнал равен 0 ( в алгебре логики), а при /вх>^ср выходной сигнал меняется на 1. С учетом этого при /вх
Обратным током эмиттера можно пренебречь ввиду его малости по сравнению с обратным током коллектора. Ток базы имеет обратный знак, а по абсолютному значению равен току /Кбо ( 49, а). Уменьшение базового тока до нуля не обеспечивает полного запирания транзистора, так как при /6 = 0 по цепи коллектора будет протекать ток /к~Р/кб, который может быть значительным (точка А') (см. 48). В цепи коллектора протекает только обратный ток /к = /кбо, и напряжение на коллекторе ?/кэ— — (Ек — 1КбоЯк) « — ЕК, Внутреннее сопротивление транзистора в режиме отсечки велико. На семействе выходных характеристик режим отсечки соответствует нижнему пологому участку, на котором ток коллектора /к = /кбо. Так как токи, протекающие через транзистор, малы, то закрытое состояние транзистора соответствует разомкнутому состоянию ключевого элемента.

ток выключения /выкл — наименьшее значение эмиттерного тока, при котором сохраняется открытое состояние транзистора;

В исходном состоянии схемы на вход х поступает сигнал 0. От источника положительного смещения +?/см через резисторы Кб\ и RQZ делителя напряжения протекает ток по цепи: +UCM, резисторы RQI и Rez, OB источника сигналов. Падение напряжения на сопротивлении резистора RQZ создает на базе транзистора Т (относительно эмиттера) положительный потенциал, который обеспечивает закрытое состояние транзистора. На выходе схемы будет иметь место высокий уровень напряжения — UK (t/=l), так как сопротивление закрытого транзистора велико по сравнению с сопротивлением коллекторного резистора RK, и большая часть напряжения, созданного обратным током коллектора /ибо, падает на сопротивлении транзистора, а меньшая — на сопротивление резистора RK.

Мультивибратор М214 ( 121) формирует тактовые импульсы отрицательной полярности с частотой следования 20 кГц для ЭФМ «Зоемтрон-382/383» и 25 кГц для ЭКВМ «Зоемтрон-220». Формирование импульсов мультивибратором происходит в последовательности, аналогичной формированию импульсов основной схемой мультивибратора. При первоначальном включении машины источник питания +12 В создает на базе транзистора Т2 более положительный потенциал, чем потенциал базы транзистора Т1, обеспечивает закрытое состояние транзистора Т2 (R& ^> R7) и повышает надежность запуска мультивибратора. В результате на выходе мультивибратора вырабатывается сигнал t/вых = 0. Одновременно от корпуса через эмиттер — база открытого транзистора Tl, R4, R1, — 12В протекает базовый ток, который создает на сопротивлении базы транзистора Т1 небольшой отрицательный потенциал по отношению к эмиттеру и удерживает транзистор Т1 в открытом состоянии.

Открытое состояние транзистора Т2 поддерживается отрицательным потенциалом, поступающим на его базу от источника —Ек через резистор R. Отрицательный потенциал на базе по абсолютному значению больше отрицательного потенциала эмиттера транзистора Т2, чем и обеспечивается работа транзистора в режиме насыщения. Конденсатор С будет заряжен до напряжения Uс = Ек — /к2#з, где /к2#з — падение напряжения на резисторе R3.

Перед началом работы счетчика все его разряды устанавливаются в состояние Qt = ??2 = (?з = 0. В момент окончания первого счетного импульса триггер младшего разряда 7Т, переключается, а состояние триггеров старших разрядов 7У2 и ТТ3 не изменяется, т. е. значение двоичного числа на выходе счетчика равно Q3QtQi =001. В момент окончания второго счетного импульса триггер TTi снова переключается и логическое значение выхода младшего разряда изменяется с 1 на 0. Поэтому одновременно переключится и триггер ТТг, т. е, СзбгС?» = 010. Далее переключение триггеров происходит аналогично, так что число импульсов на входе счетчика соответствует числу в двоичной системе счисления на его выходе ( 10.117, б).

На лабораторной панели ( 8.4) размещены: четырехразрядный реверсивный двоичный счетчик К155ИЕ7, два четырехразрядных сдвиговых регистра К155ИР1, набор логических элементов И—НЕ (К155ЛАЗ) и ИЛИ—НЕ (К155ЛЕ1), а также тумблеры и кнопки управления режимом работы цифровых устройств. Состояние триггеров счетчика и регистров индицируется светодиодами. Состояние логических устройств можно контролировать с помощью индикаторного светодиода.

На 8.38, б показаны временные диаграммы счетчика. Табл. 8.2 иллюстрирует состояние триггеров. Если в исходном положении все триггеры были в состоянии «О», то по окончании первого входного импульса триггер 7\ перейдет в состояние «1» (х0=1). По

Номер входного импульса Состояние триггеров Номер входного импульса Состояние триггеров

Из табл. 8.2 видно, что состояние триггеров отражает число поступивших на вход счетчика импульсов в двоичной системе счисления (двоичном коде). Общее число возможных состояний (модуль) N счетчика определяют числом триггеров п: N=2". В нашем случае N=8.

Номер входного импульса Состояние триггеров Номер входного импульса Состояние триггеров

Перед началом работы счетчика все его разряды устанавливаются в состояние d = Q2 = бз = 0. В момент окончания первого счетного импульса триггер младшего разряда TTi переключается, а состояние триггеров старших разрядов 7TZ и 7Т3 не изменяется, т. е. значение двоичного числа на выходе счетчика равно 636261 = 001. В момент окончания второго счетного импульса триггер TTj снова переключается и логическое значение выхода младшего разряда изменяется с 1 на 0. Поэтому одновременно переключится и триггер 7Т2, т. е. 636161 - 010. Далее переключение триггеров происходит аналогично, так что число импульсов на входе счетчика соответствует числу в двоичной системе счисления на его выходе ( 10.117, б).

Перед началом работы счетчика все его разряды устанавливаются в состояние 6i = 6i = 6з = О- В момент окончания первого счетного импульса триггер младшего разряда 7Tt переключается, а состояние триггеров старших разрядов ТТг и 7Т3 не изменяется, т. е. значение двоичного числа на выходе счетчика равно 636261 = 001- В момент окончания второго счетного импульса триггер ТТг снова переключается и логическое значение выхода младшего разряда изменяется с 1 на 0. Поэтому одновременно переключится и триггер 7Т2, т. е. 636261 = 010. Далее переключение триггеров происходит аналогично, так что число импульсов на входе счетчика соответствует числу в двоичной системе счисления на его выходе ( 10.117, б) .

Допустим, что в исходном состоянии в счетчике зафиксировано число 0000. Тогда по спаду первого входного импульса триггер 1 будет переведен в состояние Q = 1, состояние триггеров 2—4 останется без изменений, так как на используемые входы J поданы сигналы, соответствующие 0, в счетчике запишется число 0001. Второй счетный импульс переведет триггер 1 в состояние Q = 0, а триггер 2 — в состояние Q^ ~ *> так как по вх°ДУ J будет разрешено прохождение сигнала. После прохождения второго импульса в счетчике зафиксируется число 0010. Триггеры 3 и 4 останутся в прежнем состоянии. После третьего счетного импульса в счетчике будет зафиксировано число 0011 и подготовлены условия для прохождения последующего (четвертого) импульса через триггеры 2 и 3, который переведет счетчик в состояние 0100.

Триггеры Т2-Т4 образуют счетчик-делитель на 5, при этом счетные импульсы подаются на вход С^ Рассмотрим его работу. Допустим, что в исходном состоянии в счетчик было занесено число 000. Тогда по спаду первого входного импульса триггер Т2 перейдет в состояние Q^ - 1, так как на его J-вход подан сигнал Q^ = 1. Состояние триггеров ТЗ и Т4 останется без измене-

Рассмотрим в качестве примера порядок передачи по регистру кода 001 ( 151, б). При подаче на вход xz сигнала 1 триггер 3 подготовлен к срабатыванию и после первого синхроимпульса «Сдвиг» он перейдет в состояние 1. Перед вторым синхроимпульсом на вход xz поступает сигнал 0, а на вход Х2 — сигнал 1. После второго синхроимпульса триггер 2 перейдет в состояние 1 и состояние триггеров станет 010. Третий синхроимпульс переведет в состояние 1 триггер 1, а триггеры 2 п 3 будут в состоянии 0. Единица оказывается «передвинутой» из триггера 3 в триггер 1.