Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы

Чтобы получить транзисторную схему « или », нужно запереть транзистор сравнительно небольшим напряжением, чтобы любой попадающий на его вход импульс отпирал триод. Если при этом подавать импульсы от двух источников, то такая схема выполнит с этими импульсами операцию « или ». На выходе транзистора — на эмиттерной нагрузке R н — будет появляться выходной сигнал или под действием входного сигнала U вх-1 или под действием входного сигнала U вх-2 .

Для получения схемы « и » нужно подать на базу такое запирающее смещение, чтобы один импульс не мог открыть транзистор и чтобы для его отпирания понадобилось совместное действие и напряжения U вх-1 , и напряжения U вх-2 . Наконец, схему « не » можно получить, если включить нагрузку не в эмиттерную цепь, как в двух предыдущих схемах, а в коллекторную. При этом увеличение «минуса» на базе будет приводить к уменьшению «минуса» на коллекторе. То есть, по сути дела, схема в ответ на импульс напряжения будет реагировать понижением напряжения.

Одна из самых важных схем электронной автоматики — это так называемый триггер (рис. 122), который осуществляет деление на два.

Рис. 122. Триггер, переходя из одного устойчивого состояния в другое, может выполнять операцию «деление на два».

Триггер широко используется в вычислительных машинах, и различные сочетания триггеров позволяют производить самые различные математические операции, такие, как сложение, умножение, возведение в степень, извлечение корня, логарифмирование и др.

По своей схеме триггер очень напоминает мультивибратор: в нем также работают два транзистора и коллектор одного из них связан с базой другого. Главное отличие триггера лишь в том, что в нем не происходит «самовольного» переключения транзисторов, и если уж один из транзисторов заперт, а другой открыт, то никакие внутренние силы не могут вывести триггер из этого устойчивого состояния. Для того чтобы триггер переключился, нужно подать на его вход откуда-нибудь «со стороны» отпирающий импульс.

Каждый отпирающий импульс переводит триггер из одного устойчивого состояния в другое. Если, например, до появления отпирающего импульса триод Т 1 был закрыт, а триод Т 2 открыт, то под действием внешнего импульса картина переменится на обратную — открытым окажется Т 1 , а закрытым Т 2 .

Под действием следующего импульса триггер опять «перебросится» в первоначальное состояние, и транзистор Т 2 опять окажется открытым, а Т 1 закрытым и т. д. Триггер может находиться в устойчивом состоянии сколь угодно долго, потому что, коллекторы и базы транзисторов связаны не только по переменному току через емкость, как в мультивибраторе, но еще и по постоянному току через резисторы. Если один из триггеров окажется открытым, то «минус» на его коллекторе почти исчезнет (из-за падения напряжения на нагрузке). При этом исчезнет и постоянное отпирающее смещение на втором транзисторе, и он запрется (постоянным напряжением, которое открытый транзистор создает на общем резисторе R э ) и будет находиться в таком запертом состоянии до тех пор, пока не пройдет следующий внешний отпирающий импульс. На первый транзистор отпирающий импульс не повлияет — тот уже и без импульса открыт. А вот второй транзистор, который был закрыт, под действием отпирающего импульса откроется. Как только второй транзистор откроется, то «минус» на его базе исчезнет и одновременно исчезнет «минус» на базе первого транзистора. Теперь уже он окажется закрытым и будет дожидаться очередного отпирающего импульса.

Из этого краткого описания можно сделать такой вывод: триггер делит на два частоту поступающих на его вход отпирающих импульсов. То есть один из транзисторов триггера будет открываться только от четных импульсов, второй — только от нечетных. Если, например, на вход триггера поступает двадцать импульсов в. секунду, то на каждом из двух выходов триггера будут появляться чередующиеся импульсы с половинной частотой — десять импульсов в секунду. Ну, а если эти импульсы подать еще на один триггер, то мы получим деление на четыре: первый триггер разделит частоту входных импульсов на два, второй еще на два, а дважды два, как известно, четыре. С помощью цепочки триггеров можно осуществить деление на 8, 16, 32, 64 и т. д.

На рис. 123 приведена схема переключателя елочных гирлянд, который поочередно включает четыре группы лампочек, причем две из них «мигают» в два раза реже, чем две другие.

Рис. 123. Переключатель гирлянд с триггерами.

Основа переключателя, — тактовый генератор отпирающих импульсов. За ним следуют два триггера, один из которых делит частоту тактового генератора на два, а второй — еще на два. Каждый из транзисторов обоих триггеров управляет работой другого, мощного транзистора — своего рода транзисторного реле, которое и включает свою гирлянду.

Гирлянда лампочек является нагрузкой мощного транзистора. Когда транзистор открыт, то сопротивление его коллекторной цепи очень мало, все питающее напряжение, по сути дела, приложено к гирлянде, и лампочки горят. Когда же мощный транзистор заперт, то напряжение на нагрузке (на гирлянде) равно нулю, и лампочки не горят.

Роль тактового генератора выполняет уже знакомый нам мультивибратор ( T 2T 3 ). Элементы его схемы подобраны так, что тактовая частота составляет примерно один герц. То есть отпирающий импульс появляется примерно раз в секунду. С тактового генератора сигнал подается на так называемую дифференцирующую цепочку R 8C 5 . Она превращает прямоугольный импульс в два остроконечных импульса, так как ток в цепи конденсатора, а значит, и напряжение на R 8 появляется только во время изменения напряжения, проводимого к этой цепочке (рис. 25). Поэтому остроконечные импульсы на выходе дифференцирующей цепочки будут созданы только передним и задним фронтом прямоугольного импульса, который идет с мультивибратора.

Отрицательный остроконечный импульс отпирает триод усилителя ( T 4 ), и после усиления сигнал подается на вход первого триггера ( T 5T 6 ).

С коллекторной нагрузки каждого из транзисторов триггера постоянное напряжение подается на базу транзисторного реле ( T 9T 10 ), в котором работает мощный триод, например, П201. На эмиттер этого мощного триода всегда подается отрицательное (относительно общего провода) напряжение с делителя R 1R 2 . Это напряжение приложено «плюсом» к базе и поэтому запирает мощный транзистор. Необходимо сравнительно большое отрицательное напряжение, чтобы его отпереть, и именно такое отпирающее напряжение поступает с триггера. Когда какой-нибудь транзистор триггера закрыт, то на его коллекторе оказывается сравнительно большой «минус» — почти полное питающее напряжение, которое и отпирает мощный триод. Поскольку «минусы» на коллекторах появляются поочередно и держатся довольно долго — около одной секунды, — то и мощный транзистор оказывается открытым целую секунду в ожидании следующей «переброски» триггера.