Результат интеллектуальной деятельности: Триггер на транзисторах противоположного типа проводимости

Изобретение относится к радиотехнике, схемотехнике и промышленной электронике. Оно, в частности, может быть использовано в счётчиках, регистрах и блоках памяти.

Известен симметричный триггер [Гусев В.Г, Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. − М.: Высшая школа, 2004, стр. 615, рис. 8.17, а], содержащий два транзистора, шесть резисторов, два конденсатора и источники постоянных питающих напряжений.

Недостаток его заключается в том, что у него малая нагрузочная способность. Это объясняется тем, что электрический ток во внешней нагрузке триггера обеспечивается не двумя симметричными половинами схемы триггера, а только одной половиной. Внешняя нагрузка преимущественно подключается к коллектору одного из транзисторов. Если электрический ток в нагрузке обеспечивался бы ещё и второй половиной схемы триггера, то сила электрического тока в нагрузке существенно бы возросла. Но при реализации этого у триггера исчезает возможность выполнить свою функцию. Если во внешнюю нагрузку удалось бы направить оба выделенных электрических тока и первой половины схемы триггера и второй половины, то в результате возросла бы нагрузочная способность схемы.

Известна счётная декада на транзисторах [Шилов Л.В., Тютюнник В.С. Счётная декада на транзисторах. − Приборы и техника эксперимента, 1972, №3, с. 94-96], содержащая источники питающих постоянных напряжений, цифровую газоразрядную лампу, конденсатор, общеэлиттерный резистор, десять триггеров на транзисторах противоположного типа проводимости, каждый из которых включает в себя два транзистора, два резистора и конденсатор.

Недостатком её является то, что каждый триггер в счётной декаде имеет малую нагрузочную способность, т.к. в создании электрического тока их внешней нагрузки участвует не вся схема триггера, а только её часть (половина), а именно схема на n-p-n транзисторе. Схема на p-n-p транзисторе в каждом триггере счётной декады непосредственно не участвует в создании электрического тока внешней нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа, триггер с дополнительной симметрией [Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства. − М.: Связь, 1973, стр. 275, стр.4.18, в], содержащий два транзистора, четыре резистора и источники постоянных питающих напряжений.

Недостаток его заключается в том, что у него малая нагрузочная способность, т.к. относительно небольшая часть электрического тока, потребляемого от источника постоянного питающего напряжения, образует электрический ток внешней нагрузки. Сила этого тока нагрузки составляет только часть от силы электрического тока, потребляемого от источника питающего постоянного напряжения.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении нагрузочной способности триггера без увеличения числа транзисторов в схеме и без повышения значения силы электрического тока, потребляемого от источника питающего постоянного напряжения, и в пределе в приближении значения силы электрического тока внешней нагрузки к значению силы тока, потребляемого от источника питающего постоянного напряжения.

Это достигается тем, что в триггер на транзисторах противоположного типа проводимости, содержащий источник питающего постоянного напряжения, общая шина которого заземлена, последовательно соединённые первый резистор, первый транзистор (n-p-n) и второй резистор, свободный вывод первого резистора соединён с выходом источника питающего постоянного напряжения, другой вывод этого резистора соединён с коллектором первого транзистора, а эмиттер последнего соединён с одним из выводов второго резистора, а также имеются последовательно соединённые третий резистор, второй транзистор (p-n-p) и четвёртый резистор, свободный вывод третьего резистора подключен к общему выводу выхода источника питающего постоянного напряжения и первого резистора, другой вывод третьего резистора соединён с эмиттером второго транзистора, коллектор этого транзистора подключён к одному из выводов четвёртого резистора, а база соединена с общим выводом первого резистора и коллектора первого транзистора, база первого транзистора подключена к общему выводу коллектора второго транзистора и четвёртого резистора, свободный вывод последнего резистора подключён к свободному выводу второго, к общему выводу первого резистора, коллектора первого транзистора и базы второго транзистора подключен конденсатор, свободный вывод которого образует вход триггера и на него подаются входные импульсы, введен дополнительный резистор и определён выход триггера, дополнительный резистор включён между «землёй» и общим выводом второго и четвёртого резисторов, выход триггера относительно «земли» образует общий вывод резисторов второго, четвёртого и дополнительного.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1).

Последовательно между собой включены резистор 1, транзистор (n-p-n) 2, резистор 3 и резистор 4. Резистор 1 соединён с коллектором транзистора 2, его эмиттер − с резистором 3, а свободный вывод резистор 4 заземлён. Также последовательно между собой включены резистор 5, транзистор (p-n-p) 6 и резистор 7. Свободный вывод резистора 5 соединён со свободным выводом резистора 1, а другой вывод резистора 5 подключен к эмиттеру транзистора 6, его коллектор соединён с резистором 7, а свободный вывод последнего подключен к общему выводу резисторов 3 и 4. База транзистора 6 соединена с общим выводом резистора 1 и коллектора транзистора 2, а база последнего транзистора − с общим выводом коллектора транзистора 6 и резистора 7. К общему выводу резистора 1, коллектора транзистора 2 и базы транзистора 6 подключен конденсатор 8. Свободный вывод этого конденсатора образует вход триггера относительно «земли», на который подаются входные импульсы. Выход триггера относительно «земли» образует общий вывод резисторов 3, 4 и 7. К общему выводу резисторов 1 и 5 подключен источник 9 питающего постоянного напряжения. Минусовой вывод этого источника заземлён.

Триггер на транзисторах противоположного типа проводимости работает следующим образом. Он имеет два устойчивых состояния равновесия. В первом (условно) состоянии оба транзистора 2 и 6 находятся в непроводящем электрический ток состоянии и выходное напряжение триггера практически равно нулю. Во втором (условно) состоянии транзисторы 2 и 6 проводят электрический ток, который создаёт на выходе триггера сравнительно большое значение напряжения. В первом состоянии триггера нулевые значения силы электрического тока во всех элементах схемы предопределяет нулевые значения напряжения в том числе на резисторах 1 и 7. Нулевое напряжение с резистора 1 прикладывается между базой и эмиттером транзистора 6, а нулевое значение напряжения с резистора 7 − между базой и эмиттером транзистора 2. Эти нулевые значения меньше по абсолютной величине пороговых напряжений двух приведённых транзисторов, и поэтому они поддерживаются в непроводящем электрический ток состоянии.

Входной импульс отрицательной полярности поступает на базу транзистора 6 и переводит его в открытое состояние (проводящее электрический ток). Электрический ток этого транзистора создаёт на резисторе 7 падение напряжения, которое превышает пороговое напряжение транзистора 2 и плюсом приложено к его базе. Тогда транзистор 2 проводит электрический ток, который на резисторе 1 создаёт падение напряжения, минусом приложенное к базе транзистора 6. Такое напряжение поддерживает транзистор 6 в открытом состоянии и после окончания входного импульса отрицательной полярности. Значение напряжения на резисторе 1 превышает пороговые напряжение транзистора 6 по абсолютной величине. Таким образом, триггер теперь находится во втором состоянии и на его выходе имеется сравнительно большое значение напряжения.

Входной импульс положительной полярности переводит транзистор 6 (n-p-n транзистор) в закрытое состояние (не проводящее электрический ток). Тогда на резисторе 7 нулевое напряжение, транзистор 2 тоже закрыт и триггер снова в первом состоянии.

Эквивалентной нагрузкой рассматриваемой схемы (фиг. 1) являются параллельно включённые сопротивление резистора 4 и сопротивление внешней нагрузки , подключённой к выходу схемы

(1)

На эту нагрузку замыкаются не часть, а полные электрические токи обоих имеющихся транзисторов (фиг. 1) Если изменяется в широком диапазоне значений, особенно если оно может иметь очень большое значение, позволяет не превышать максимально допустимое значение эквивалентной нагрузки . Имеется возможность выбирать сравнительно большие значения (и очень большие) сопротивления резистора 4 и тогда основная (большая) часть электрического тока обоих имеющихся транзисторов 2 и 6 замыкается на внешнюю нагрузку и только небольшая (и даже весьма малая) часть этого электрического тока идёт на резистор 4. А в прототипе часть электрического тока только одной из двух имеющихся половин триггера замыкается на внешнюю нагрузку. Отсюда в рассмотренном триггере повышена нагрузочная способность без увеличения числа транзисторов в схеме и без увеличения значения силы электрического тока, потребляемого от источника питающего постоянного напряжения.