Жан-Поль Эймишен - Электроника?.. Нет ничего проще!

Н. — А если я также медленно начну снижать напряжение U вх , то когда оно вновь пройдет величину А , схема также резко опрокинется обратно?

Л. — Схема действительно резко опрокинется обратно, но это произойдет не при прохождении величины А , а при прохождении величины В меньшей, чем А . При первом опрокидывании схемы на коллекторе транзистора Т 1 высокий потенциал на базе Т 2 , следовательно, тоже относительно высокий (это же относится к потенциалу эмиттеров). Поэтому для отпирания транзистора Т 1 напряжение U вх должно подняться довольно высоко.

В отличие от этого при втором опрокидывании, соответствующем снижению потенциала базы транзистора Т 1 ,ток проходит через транзистор Т 1 . Потенциал на его коллекторе низкий, потенциал базы Т 2 тоже; это же относится и к эмиттерам. В этих условиях транзистор Т 2 окажется вновь запертым только при более низком напряжении U вх , а именно, когда оно достигнет величины В . Все происходит точно так, как в реле: когда язычок реле замкнул контакт, можно снизить ток в катушке значительно ниже уровня тока, потребовавшегося для срабатывания реле.

Н. — А что произойдет в твоей странной схеме, если напряжение U вх будет держаться в пределах между А и В ?

Л. — Моя странная схема называется триггером Шмитта. А если ты будешь удерживать значение напряжения U вх между А и В , я не смогу сказать, в каком состоянии будет триггер. В этих условиях транзистор Т 1 может оказаться запертым, если напряжение U вх достигло своего значения, поднимаясь с величины, меньшей В ; но транзистор Т 1 может оказаться и открытым, если напряжение U вх подошло к данному значению, уменьшаясь относительно величины, большей А. Все происходит, как в реле; если значение тока в катушке находится между током срабатывания реле I с и его током отпускания I о , я не могу определенно сказать, замкнут язычок реле или нет. Впрочем, если язычок не замкнут, нажми на якорь и язычок останется притянутым, а если он замкнут, оттяни якорь и язычок сохранит воздушный зазор.

Н. — Я не понимаю, зачем нужна твоя схема?

Л. — Схема интересна тем, что она не может находиться в промежуточном состоянии. У нее имеется два возможных устойчивых состояния и из-за этого свойства ее называют «бистабильной».

Н. — Но тогда для нее невозможно начертить кривую, показанную на рис. 59.

Л. — Ты ошибаешься — возможно, но немного сложнее. Для тебя я начертил такую кривую на рис. 62. Но это уже не простая кривая, а «петля». Если напряжение U вх меньше В , все ясно — выходное напряжение равно U к2 мин . Начнем повышать напряжение (следи за стрелкой на рис. 62): при прохождении U вх значения А схема опрокидывается и выходное напряжение U K2 «подскакивает» от ( U к2) мин до величины +Е (здесь поднимающаяся ветвь строго вертикальна). Дальнейшее повышение напряжения U вх никак не сказывается на выходном напряжении U к2 — оно остается на уровне +Е . Начнем теперь снижать напряжение U вх ;при прохождении А ничего не происходит (продолжай следить за соответствующей стрелкой на рис. 62), когда же напряжение U вх станет меньше В , схема вновь опрокинется.

Рис. 62. Кривая, характеризующая изменение напряжения коллектора транзистора Т 2триггера Шмитта в зависимости от напряжения U вх, свидетельствует о существовании явления, аналогичного гистерезису. Это уже не простая кривая, а петля.

Н. — Твоя кривая мне что-то напоминает… совершенно верно, она идентична петле гистерезиса ферритов, которые используются в запоминающих устройствах цифровых электронных вычислительных машин.

Л. — Оооохх!!!

Н. — Прошу тебя, не падай в обморок. Откровенно говоря, я недавно попытался прочитать популярную статью на эту тему и теперь имею некоторое представление о значении этих выражений.

Л. — Теперь мне лучше. Позднее я объясню тебе это несколько подробнее, но твое замечание было так верно, что у меня вдыхание перехватило.

Н. — А теперь, прежде чем идти дальше, я попросил бы тебя рассказать, как используется триггер Шмитта и при каких обстоятельствах прибегают к амплитудным ограничителям.

Л. — Сейчас я приведу один пример из практики. Видел ли ты на выставках системы с фотоэлементом, считающие посетителей?

Н. — Видел. В проходе установлен фонарь, посылающий луч света на небольшую коробочку, в которой должно быть находится фотоэлемент. При входе посетитель прерывает луч света.

Л. — Правильно. В такой установке при отсутствии посетителей никогда нельзя знать интенсивность попадающего на фотоэлемент света, так как световой поток от лампы может изменяться (немного со временем и значительно больше от колебаний напряжения сети). А когда посетитель перекрывает собой луч света, остаточный свет также не достаточно известен (на фотоэлемент всегда попадает сбоку некоторое количество света от других источников).

Н. — И особенно, если посетитель немного прозрачен!

Л. — Установка не рассчитана для подсчета полупризраков. Во всяком случае, как ты видишь, поступающий в фотоэлемент сигнал точно неизвестен. Поэтому представляется целесообразным установить на выходе фотоэлемента триггер Шмитта; благодаря ему мы получим совершенно определенный выходной сигнал «все или ничего». Кроме того, сигнал будет иметь крутые фронт и спад, что очень важно, если мы захотим превратить сигналы в короткие импульсы, которые я тебе скоро покажу. При необходимости лишь «подрезать» сигналы сверху, можно ограничиться схемой LTP с рис. 58 или даже простым транзисторным усилителем с очень сильной перегрузкой. Как ты видишь, на рис. 63 нагрузочная прямая пересекает характеристику при I б. э = 0 в точке А и характеристику при I б. э = 100 мка, например, в точке В . В точке А транзистор почти заперт (проходит лишь ток утечки), а в точке В транзистор находится в состоянии насыщения; он может пропустить значительный ток коллектора при разности потенциалов коллектор — эмиттер 0,1 в или даже меньше. Если мы сделаем так, что в усилителе выходной транзистор будет возбуждаться током базы, то снижающимся до нуля (и возможно даже изменяющим направление), то значительно превышающим 100 мка, выходное напряжение будет очень хорошо ограничено сверху и его размах (или удвоенная амплитуда выходного напряжения) будет практически равен напряжению £ питания последнего каскада.