5. элементы импульсной и цифровой техники

5.3. Триггеры, регистры


5.3.1. Симметричный триггер


Триггером называется устройство, имеющее два устойчивых состояния равновесия и способные скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего (запускающего) напряжения. Процесс смены состояния триггера имеет несколько названий: переброс, переключение, опрокидывание.
Существует большое разнообразие схем триггеров. В цифровой электронной технике наиболее распространенной является схема симметричного триггера, основу которой составляют транзисторные ключи (рис.5.5).
Собственно триггер (триггерная ячейка) образована двумя ключевыми элементами, собранными на транзисторах VТ1, VТ2. Транзисторы VТ3, VТ4 являются вспомогательными ключами, служащими для управления триггерной ячейкой. При отсутствии запускающего импульсного сигнала эти транзисторы всегда закрыты и не влияют на работу триггера.
Триггер является двухкаскадным усилителем постоянного тока со 100% ПОС. Все элементы подбираются таким образом, чтобы схема была симметричной.
При включении питания через транзисторы VТ1, VТ2 начинают протекать токи. Поскольку обеспечить абсолютную симметричность схемы невозможно, эти токи будут несколько различаться.
Допустим, ток, протекающий в коллекторной цепи транзистора VТ1, несколько больше коллекторного тока, протекающего через транзистор VТ2. При этом падение напряжения на сопротивлении R₁ в цепи коллектора первого транзистора будет больше падения напряжения на сопротивлении R₂, а напряжение на коллекторе первого транзистора – меньше напряжения на коллекторе второго транзистора. Поскольку коллекторные напряжения определяют смещающие (открывающие) напряжения на базах противоположных транзисторов, то транзистор VТ2 призакрывается, а транзистор VТ1 еще более открывается. Процесс происходит лавинообразно и триггер после включения переходит в одно из устойчивых состояний: транзистор VТ1 - полностью открыт (режим насыщения), транзистор VТ2 – закрыт (состояние до момента t₁ временных диаграмм на рис. 5.5,б). В этом состоянии триггер при наличии питающего напряжения может находиться сколь угодно долго.

Пусть на базу транзистора VТ4 (вход R), который в отсутствии управляющих сигналов находился в закрытом состоянии, в момент t₁ поступает запускающий импульс положительной полярности U_ВХ2 (рис. 5.5, б). Под действием этого импульса транзистор VТ4 резко открывается, его коллекторное напряжение, и соответственно, коллекторное напряжение транзистора VТ2 уменьшается практически до нуля, и увеличится закрывающий потенциал базы транзистора VТ1. Это приведет к закрытию транзистора VТ1 и полному открытию транзистора VТ2, причем процесс за счет 100% ПОС происходит лавинообразно. Триггер переходит в другое устойчивое состояние (опрокидывается).

Очередное опрокидывание триггера произойдет только в случае, если управляющий сигнал поступит на первый вход (вход S) триггера.
Таким образом, запуск триггера осуществляется раздельно, путем попеременной подачи управляющих импульсов на входы схемы. Одновременная подача управляющих импульсов запрещена. Под действием управляющих сигналов все транзисторы окажутся в открытом состоянии, а при снятии управляющих сигналов триггер может равновероятно перейти в одно из устойчивых состояний.
Симметричный триггер является составной частью многих цифровых устройств.