ТРИГГЕР
TRIGGER

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при создании переключающих, счетных, пороговых и запоминающих устройств, схем включения аппаратуры, а также для хранения и обработки двоичной информации в цифровой технике.
Известны триггеры - электронные устройства, обладающие двумя устойчивыми состояниями и способные длительно находиться в одном из этих состояний и чередовать их под действием внешних управляющих сигналов.
В качестве прототипа выбран симметричный триггер (см. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем, изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973, рис. 15-5, 15-7, стр.459, 461), как наиболее близкий по своей структуре.
Известный триггер представляет собой два параллельно соединенных транзисторных ключа, охваченных перекрестной положительной обратной связью так, что если один транзистор находится в проводящем состоянии и насыщен, второй транзистор обязательно закрыт. Такое состояние устанавливается под действием на входе триггера запускающих импульсов. При появлении напряжения высокого уровня на одном из выходов, на другом оно обязательно исчезает, таким образом, напряжение на втором выходе не несет никакой дополнительной информации. Поэтому обычно используется только один выход триггера.
Основной недостаток известного триггера заключается в том, что при подключении заземленной нагрузки к триггеру (см. рис. 15-5, стр.459 прототипа) коллекторный резистор триггера Rk и нагрузка образуют резисторный делитель напряжения, в котором нагрузка является выходным плечом и, следовательно, напряжение на нагрузке всегда меньше напряжения питания триггера. Для получения напряжения на нагрузке, близкого к напряжению питания, сопротивление коллекторного резистора должно быть много меньше сопротивления нагрузки, при этом, чем меньше значение сопротивления коллекторного резистора, тем больше тепловые потери на нем и, следовательно, тем меньше общий КПД схемы. Таким образом, применение известного триггера ограничено слаботочными сигнальными схемами.
Кроме того, недостатком известного триггера является то, что в силу симметрии, при включении питания, триггер всегда устанавливается в одно из устойчивых состояний, в том числе и без воздействия управляющего импульса, таким образом, информация на выходе триггера фактически может оказаться ложной.
Техническим результатом изобретения является создание триггера для управления заземленной и незаземленной нагрузкой значительной мощности с малыми тепловыми потерями и имеющего однозначное устойчивое состояние при подаче питающего напряжения.
Технический результат достигается тем, что в триггере, содержащем два транзистора одного типа проводимости, два коллекторных резистора и два резисторных делителя напряжения, в котором база первого транзистора соединена со средней точкой второго резисторного делителя напряжения, база второго транзистора соединена со средней точкой первого резисторного делителя напряжения, эмиттер первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора, крайними выводами обоих резисторных делителей напряжения и выводом первого потенциала, коллектор первого транзистора соединен с крайним выводом первого резисторного делителя напряжения и через первый коллекторный резистор соединен с выводом второго потенциала, коллектор второго транзистора соединен с крайним выводом второго резисторного делителя напряжения и через второй коллекторный резистор соединен с выводом второго потенциала, при этом базы обоих транзисторов также соединены с соответствующими выводами установки триггера в одно из устойчивых состояний, а коллекторы обоих транзисторов соединены с соответствующими выводами выходов триггера, согласно изобретению транзисторы являются транзисторами с различным типом проводимости и охвачены взаимной положительной обратной связью, при этом база первого транзистора соединена со средней точкой первого резисторного делителя напряжения, эмиттер первого транзистора соединен с крайним выводом первого резисторного делителя напряжения и с выводом второго потенциала, коллектор первого транзистора соединен с крайним выводом второго резисторного делителя напряжения, база второго транзистора соединена со средней точкой второго резисторного делителя напряжения, эмиттер второго транзистора соединен с крайним выводом второго резисторного делителя напряжения и с выводом первого потенциала, коллектор второго транзистора соединен с крайним выводом первого резисторного делителя напряжения.
Кроме того, один или каждый из выводов установки триггера в одно из устойчивых состояний соединен с коллектором соответствующего транзистора.
Кроме того, один или каждый вывод установки триггера в одно из устойчивых состояний соединен с базой или коллектором соответствующего транзистора через развязывающий диод, или через токоограничивающий резистор, или через развязывающий диод и токоограничивающий резистор, соединенных последовательно.
Кроме того, один или каждый вывод выхода триггера соединен с коллектором соответствующего транзистора через развязывающий диод.
Кроме того, база одного или каждого транзистора соединена с коллектором другого транзистора через форсирующий конденсатор.
Кроме того, эмиттер одного или каждого транзистора соединен с выводом соответствующего потенциала через эмиттерный резистор.
Кроме того, один или каждый транзистор является полевым транзистором соответствующего типа проводимости.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен триггер при положительном напряжении питания; на фиг.2 изображен вариант исполнения триггера с форсирующими конденсаторами; на фиг.3 изображен вариант исполнения триггера с эмиттерными резисторами; на фиг.4 изображен вариант исполнения триггера с полевым транзистором и развязывающими диодами.
Триггер на фиг.1 содержит:
1 - вывод второго потенциала;
2 - вывод второго выхода триггера;
3 - вывод первого потенциала;
4, 5 - резисторы, образующие первый резисторный делитель напряжения;
6 - транзистор n-p-n структуры;
7 - транзистор p-n-p структуры;
8, 9 - резисторы, образующие второй резисторный делитель напряжения;
10 - вывод первого выхода триггера;
11 - вывод установки триггера в одно из устойчивых состояний.
Триггер на фиг.2, кроме элементов триггера фиг.1, дополнительно содержит:
12, 13 - первый и второй форсирующие конденсаторы.
Триггер на фиг.3, кроме элементов триггера фиг.1, дополнительно содержит:
14, 15 - первый и второй эмиттерные резисторы.
Триггер на фиг.4 отличается от триггера на фиг.1 тем, что транзистор 7 является полевым транзистором 16, вывод 11 не используется, при этом триггер дополнительно содержит:
17, 18 - первый и второй развязывающие диоды;
19 - вывод установки триггера в устойчивое активное состояние;
20 - вывод установки триггера в устойчивое неактивное состояние.
Устройство имеет два статических состояния - устойчивое неактивное состояние и устойчивое активное состояние.
В устойчивом неактивном состоянии триггера фиг.1 на выводе 1 присутствует напряжение питания, ток через резисторы 4, 5, 8, 9 не протекает, транзисторы 7 и 6 закрыты, на выводах 2 и 10 присутствует незначительный второй и первый потенциалы, обусловленные током утечки через резисторы 4, 5 и 8, 9. При необходимости снизить влияние потенциалов на выводах 2 и 10 один или каждый вывод выхода триггера соединяется с коллектором соответствующего транзистора через развязывающий диод.
В устойчивом активном состоянии триггера фиг.1 транзисторы 7 и 6 находятся в проводящем состоянии, через резисторы 4, 5 и 8, 9 протекает ток, за счет падения напряжения на резисторе 4 обеспечивается проводящее состояние транзистора 7, за счет падения напряжения на резисторе 9 обеспечивается проводящее состояние транзистора 6. На выводе 2 присутствует первый потенциал 3, на выводе 10 присутствует второй потенциал 1.
Для установки триггера фиг.1 в устойчивое активное состояние необходимо перевести в проводящее состояние хотя бы один из транзисторов 6 или 7, для чего подать управляющий импульс на базу или коллектор одного из транзисторов 6 или 7.
Рассмотрим случай, когда управляющий импульс подается на базу транзистора 6. При подаче управляющего импульса положительного потенциала на базу транзистора 6 транзистор 6 переходит в проводящее состояние, замыкая вывод первого резисторного делителя напряжения на резисторах 4, 5 и вывод 2 выхода триггера на вывод 3 первого потенциала. При замыкании вывода первого резисторного делителя напряжения на резисторах 4, 5 на вывод 3 первого потенциала за счет падения напряжения на резисторе 4, на базу транзистора 7 относительно его эмиттера подается отрицательный потенциал, и транзистор 7 переходит в проводящее состояние. При переходе транзистора 7 в проводящее состояние напряжение с вывода 1 второго потенциала через транзистор 7 подается на второй резисторный делитель напряжения на резисторах 8, 9 и вывод 10 первого выхода триггера, обеспечивая поддержание положительного потенциала на базе транзистора 6 после окончания действия управляющего импульса. Триггер переходит в устойчивое активное состояние.
Для установки триггера фиг.1 в устойчивое неактивное состояние необходимо закрыть хотя бы один из транзисторов 6 или 7, для чего подать управляющий импульс на базу одного из транзисторов 6 или 7.
Рассмотрим случай, когда управляющий импульс подается на базу транзистора 6. При подаче управляющего импульса на базу транзистора 6 потенциал управляющего импульса должен быть не более напряжения насыщения перехода база-эмиттер транзистора 6 и обеспечивать его закрывание, таким потенциалом может быть, например, первый потенциал вывода 3. При закрывании транзистора 6 отрицательный потенциал с базы транзистора 7 снимается и транзистор 7 также закрывается, триггер переходит в устойчивое неактивное состояние.
В триггере фиг.2 для форсирования процесса открывания транзисторов 6 и 7 и получения более крутых фронтов на выходе триггера в схему введены форсирующие конденсаторы 12 и 13.
Для форсирования процесса открывания транзистора 6 введен первый форсирующий конденсатор 13, который подключается параллельно резистору 8, для форсирования процесса открывания транзистора 7 введен второй форсирующий конденсатор 12, который подключается параллельно резистору 5.
В устойчивом неактивном состоянии триггера фиг.2 состояние элементов 1-11 триггера аналогично состоянию элементов 1-11 триггера на фиг.1, при этом форсирующие конденсаторы 12 и 13 не заряжены и имеют низкое сопротивление.
В устойчивом активном состоянии триггера фиг.2 состояние элементов 1-11 триггера аналогично состоянию элементов 1-11 триггера на фиг.1, при этом форсирующие конденсаторы 12 и 13 заряжены и имеют высокое сопротивление.
В триггере фиг.2 форсирование процесса открывания транзисторов 6 и 7 происходит за счет большего базового тока в первый момент действия импульса включения триггера, так как форсирующие конденсаторы 12 и 13 имеют низкое сопротивление. По мере заряда форсирующих конденсаторов 12 и 13 их сопротивление увеличивается и базовый ток транзисторов 6 и 7 уменьшается.
В триггере фиг.3 для защиты транзисторов 6 и 7 триггера от перегрузки в эмиттерную цепь транзисторов введены резисторы 14 и 15, при этом для защиты транзистора 6 введен резистор 14, для защиты транзистора 7 введен резистор 15.
В устойчивом неактивном состоянии триггера фиг.3 состояние элементов 1-11 триггера аналогично состоянию элементов 1-11 триггера на фиг.1, при этом через резисторы 14 и 15 ток не протекает.
В устойчивом активном состоянии триггера фиг.3 напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 7 определяется разностью падений напряжений на резисторах 4 и 15. При номинальном токе эмиттера разница падений напряжения на резисторах 4 и 15 достаточна для насыщения перехода база-эмиттер транзистора 7, транзистор 7 находится в проводящем состоянии. Напряжение на переходе база-эмиттер транзистора 6 определяется разностью падений напряжений на резисторах 9 и 14. При номинальном токе через эмиттер разница падений напряжения на резисторах 9 и 14 достаточна для насыщения перехода база-эмиттер транзистора 6, транзистор 6 находится в проводящем состоянии.
По мере увеличения тока эмиттера транзистора 7 выше номинального падение напряжения на резисторе 15 увеличивается, следовательно, разница падений напряжений на резисторах 4 и 15 уменьшается, и, когда величина разности падений напряжений становится меньше достаточной величины напряжения насыщения перехода база-эмиттер транзистора 7, транзистор 7 закрывается и триггер переходит в устойчивое неактивное состояние, при этом время действия тока перегрузки определяется временем закрывания транзистора 7. Процесс перехода триггера в устойчивое неактивное состояние при перегрузке транзистора 6 аналогичен описанному процессу для транзистора 7.
В устойчивом неактивном состоянии триггера фиг.4 состояние элементов 1-6, 8-10 триггера аналогично состоянию элементов 1-6, 8-10 триггера на фиг.1, при этом транзистор 16 находится в закрытом состоянии.
В устойчивом активном состоянии триггера фиг.4 состояние элементов 1-6, 8-10 триггера аналогично состоянию элементов 1-6, 8-10 триггера на фиг.1, при этом за счет падения напряжения на резисторе 4 обеспечивается проводящее состояние транзистора 16.
Функционирование триггера фиг.4, в котором транзистор 7 является полевым транзистором 16, осуществляется аналогично триггеру фиг.1, при этом импульс установки триггера в устойчивое активное состояние подается на вывод 19, а импульс установки триггера в устойчивое неактивное состояние подается на вывод 20. Развязывающие диоды 17 и 18 обеспечивают развязку выводов 19 и 20.
Триггер может быть использован в переключающих устройствах и схемах включения (запуска) аппаратуры с малыми тепловыми потерями при значительных токах нагрузки.