Триггеры. Симметричный триггер на биполярных транзисторах. RS-триггеры на логических элементах

6. Триггеры

6.1. Общие сведения. Триггерами, или спусковыми устройствами, называют устройства, имеющие два состояния устойчивого равновесия. Каждое из этих состояний может сохраняться сколь угодно длительное время. Переход из одного состояния устойчивого равновесия в другое осуществляется скачком под воздействием внешнего управляющего напряжения.

Перепады выходного напряжения или устойчивые состояния триггера можно принять в качестве логической информации «0» и «1». Поэтому триггер можно использовать в качестве запоминающего устройства, которое хранит один разряд числа, представленного в двоичном коде.

Триггеры подразделяются на две группы — статические и динамические. Статическими называют триггеры, у которых каждое состояние характеризуется неизменным уровнем (потенциалом) выходного напряжения. Статические триггеры называют также потенциальными. В динамических триггерах одно из состояний (обычно единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определенной частоты, а другое (нулевое) — отсутствием импульсов.

Статический триггер реализуется на двухкаскадном усилителе с положительной ОС. Каждый усилитель образует одно плечо триггера. Если оба плеча обладают симметрией по схемотехнике и по параметрам входящих в них элементов, то такой триггер называют симметричным. Если симметрия отсутствует, то триггер называется несимметричным.

Интегральные триггеры используются как самостоятельные устройства и, кроме того, входят в состав различных функциональных устройств: счетчиков, регистров, запоминающих устройств и т.п. Современные интегральные триггеры часто строятся на основе нескольких логических элементов, объединенных в одну микросхему. Они могут иметь несколько входов и различаться способами ввода входной информации.

На схемах входы триггера обозначают буквами латинского алфавита в соответствии с табл. 6.1. По названиям информационных входов называют и триггеры: RS-триггер, D-триггер, JK-триггер и др.

В зависимости от схемы управляющего устройства триггеры делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные триггеры имеют только информационные (логические) входы, и в них запись информации осуществляется в момент ее поступления. В синхронных триггерах запись информации, поступившей на информационные входы, происходит только при поступлении на синхронизирующий (тактирующий) вход дополнительного командного импульса. Синхронные триггеры могут иметь и асинхронные входы, которые обычно служат для установки триггера в нужное исходное состояние.

Асинхронные триггеры используются в качестве коммутаторов, ключей, счетчиков импульсов, делителей частоты повторения импульсов и т.п. Синхронные триггеры применяются в вычислительной и цифровой технике.

Таблица 6.1. Функциональное назначение входов триггера

Условное обозначение

Назначение

S R J K T D V C

Информационные входы Вход для раздельной установки триггера в состояние 1 Вход для раздельной установки триггера в состояние 0 Вход для установки в состояние 1 JK-триггера Вход для установки в состояние 0 JK-триггера Счетный вход триггера Вход для установки триггера в состояния 0 или 1 Управляющие входы Подготовительный вход для разрешения приема информации Подготовительный вход для осуществления приема информации. Вход синхронизации

Триггеры, переключающиеся по уровню входных сигналов, называют триггерами со статическим управлением, а по фронтам и срезам — триггерами с динамическим управлением.

Рис. 6.1. Условные обозначения триггеров

На схемах триггер изображают прямоугольником, разделенным вертикальной линией на две части (рис. 6.1.): правая часть — основное поле, левая — дополнительное. В основном поле помещается буква Т, а в дополнительном у каждого входа пишется буква (метка), указывающая на его функциональное назначение в соответствии с табл. 6.1. Статические прямые входы и выходы отображают прямыми линиями без каких-либо индикаторов, а инверсные имеют дополнительный индикатор в виде маленького кружка на стороне прямоугольника (рис. 6.1, а). Динамические входы обозначают небольшими треугольниками. У прямых динамических входов, вызывающих «опрокидывание» триггера при изменении уровня сигнала от 0 к 1, острие треугольника направлено внутрь поля (рис. 6.1, б), а у инверсных, вызывающих опрокидывание триггера при изменении уровня сигнала от 1 до 0, — наружу (рис. 6.1, в).

У триггера может быть несколько информационных входов, связанных в группы операциями И либо ИЛИ. Группа входов, связанная операцией И, в дополнительном поле помечается символом логического умножения. Группа входов, связанная операцией логического сложения ИЛИ, дополнительных символов в условном обозначении не имеет (рис. 6.1, г).

6.2. Симметричный триггер на биполярных транзисторах. Упрощенная принципиальная  схема симметричного транзисторного триггера приведена на рис. 6.2, а, а его временные диаграммы — на рис. 6.2, б. Если допустить, что после подачи напряжения источника  на триггер оба транзистора VТ1 и VТ2 оказались открытыми, то вследствие даже незначительного отличия параметров элементов первого и второго плеч появятся различия в коллекторных токах и напряжениях, которые благодаря действию положительной ОС будут увеличиваться до тех пор, пока один из транзисторов не закроется, а другой не перейдет в режим насыщения.

Рис.6.2. Схема симметричного триггера (а) и графики напряжений на его входах и выходах

Если после подачи напряжения  транзистор VТ1 оказался в режиме насыщения, а транзистор VТ2 — в режиме отсечки, то первый отрицательный импульс, поступивший на базу VТ1, вызывает уменьшение тока  и увеличение напряжения . Скачок напряжения  поступает на базу транзистора VТ2.

Это приводит к увеличению тока  и уменьшению напряжения , которое передается на базу VТ1.

В результате действия положительной ОС транзистор VТ1 запирается, а транзистор VТ2 отпирается и переходит в режим насыщения. Такое состояние триггера сохраняется до прихода отрицательного импульса на базу транзистора VТ2 (второй вход). Уменьшение напряжения  вызывает уменьшение тока  и увеличение напряжения . Создаются условия для нового срабатывания триггера.

Транзистор VТ1 открывается и переходит в режим насыщения, а транзистор VТ2 запирается. В таком состоянии триггер будет находиться до поступления на первый вход следующего отрицательного импульса, который вызовет его «опрокидывание» в первое устойчивое состояние, и т. д.

Напряжения на коллекторах транзисторов служат выходными сигналами триггера. Из приведенных графиков и принципа работы следует, что уровни сигналов на выходах являются взаимно инверсными и по состоянию одного выхода можно судить о состоянии другого. Один из выходов называют прямым и обозначают буквой . Другой выход — инверсный — обозначается . В силу симметрии схемы прямым или инверсным может быть назначен любой выход триггера.