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

Н. — Но тогда это будет схема с двумя устойчивыми состояниями!

Л. — Нет, Незнайкин, эта схема не с двумя, а с одним устойчивым состоянием — ее называют однотактным триггером. В самом деле, если в точку А поступает отрицательный импульс, он через конденсатор С' передается на катод диода Д. Через этот диод и конденсатор С импульс будет стремиться запереть транзистор Т1. Как только ток этого транзистора начинает снижаться, происходит повышение потенциала его коллектора (уменьшается падение напряжения на резисторе R1). Это повышение потенциала передается на базу транзистора T2, который начинает пропускать ток. Потенциал коллектора транзистора Т2 снижается, это снижение через конденсатор С передается на базу Т1 и усиливает воздействие первоначального импульса до тех пор, пока ему не удастся полностью запереть транзистор Т1 и ввести в состояние насыщения транзистор Т2.

Н. — А я что говорил — вот тебе второе устойчивое состояние!

Л. — Нет, это состояние не может удерживаться бесконечно долго. Не забывай, что теперь потенциал базы Т1 отрицательный. Через резистор R5 пойдет ток, он будет стремиться повысить потенциал базы транзистора Т1 и одновременно разрядить конденсатор С. Как только потенциал базы транзистора Т1 станет слегка положительным, через транзистор Т1 потечет ток и потенциал его коллектора снизится, что приведет к уменьшению тока транзистора Т2, а это в свою очередь вызовет повышение потенциала на коллекторе транзистора Т2. Это повышение, переданное через конденсатор С на транзистор Т1, ускорит происходящую в схеме эволюцию, в результате чего транзистор Т1 вновь придет в состояние насыщения, а транзистор Т2 окажется запертым.

Н. — Это дьявольски сложно. Все явления происходят одновременно и к тому же воздействуют друг на друга, поэтому я с большим трудом проследил за ними.

Л. — Для облегчения твоей задачи я вычертил на рис. 85 кривые, характеризующие изменения во времени потенциалов в различных элементах схемы. Как мы видим, в точку А в момент t0 подают отрицательный импульс. В этот момент потенциал коллектора транзистора Т1 стремится повыситься до +Е. Это повышение через цепочку R3 — R4 передается на базу транзистора T2, которая сначала была заперта напряжением —U, а теперь ее потенциал поднимается до нуля. Как ты видишь, это вызывает отпирание транзистора Т2 и доводит потенциал его коллектора почти до нуля. Снижение потенциала коллектора Т2 через конденсатор С передается на базу Т1 (первоначально ее потенциал был почти равен нулю) и доводит потенциал базы до величины, близкой к —Е.

Рис. 85. Эпюры напряжений в схеме с одним устойчивым состоянием, изображенной на рис. 84.

Н. — Я хотел бы знать, откуда берется эта величина —Е?

Л. — Но, Незнайкин, разве ты забыл известный принцип, что напряжение на выводах конденсатора не может измениться на конечную величину за равное нулю время. Если ты об этом вспомнишь, то увидишь, что перед самым приходом отрицательного импульса в точку А потенциал коллектора Т2 был равен Е (транзистор Т2 был заперт). Потенциал базы транзистора Т1 был почти равен нулю, следовательно, конденсатор С был заряжен до напряжения, очень близкого к Е. Сразу же после опрокидывания схемы он еще был заряжен до напряжения Е. При этом потенциал на нижней (базовой) обкладке равен —Е относительно верхней. Затем потенциал его верхней обкладки стал близким нулю (транзистор Т2 в состоянии насыщения замкнул верхнюю обкладку на корпус) и, следовательно, потенциал базы Т1, равный потенциалу нижней обкладки относительно верхней, стал близким —Е.

Н. — Признаюсь, что я не подумал о твоем знаменитом принципе, так как забыл вырезать его золотыми буквами на своем камине, но поверь мне, теперь за этим дело не станет. По твоим кривым я вижу, что сразу же после опрокидывания схемы потенциал базы транзистора Т1 начинает повышаться. Я полагаю, что причиной послужил ток, протекающий по резистору R5.

Л. — И ты не ошибся. Когда транзистор Т1 находится в состоянии насыщения, проходящий по резистору R5 ток течет по направлению к базе этого транзистора. А теперь при запертом транзисторе Т1 добавляется ток разряда конденсатора С. Через время, определяемое величиной CR5, потенциал базы транзистора Т1 доходит почти до нуля — это происходит в момент t1. Как ты видишь, в этот момент транзистор Т1 вновь начинает пропускать ток; потенциал его коллектора падает до нуля, что приводит к запиранию транзистора Т2, потенциал коллектора которого повышается до + Е.

Н. — А почему ты, Любознайкин, на своем рисунке на кривой потенциала коллектора транзистора Т2 изобразил участок возрастания относительно пологим?

Л. — Не забывай, что для повышения потенциала коллектора транзистора Т2 протекающий по резистору R2 ток должен сначала зарядить конденсатор С. На нижней обкладке последнего переход база — эмиттер проводящего транзистора поддерживает потенциал, почти равный нулю. Следовательно, этот конденсатор заряжается постепенно и вслед за ним медленно повышается потенциал коллектора Т2.

Н. — Я начинаю понимать работу твоей занятной схемы. И все же она производит очень странное впечатление. Стоит только транзистору Т2 начать пропускать ток, как его опять очень быстро запирают. Он должно быть чувствует себя обманутым.

Л. — Отложи, пожалуйста, на более подходящее время анализ чувств транзисторов, а пока займись вопросом практического использования схемы, которая во многих случаях может оказаться очень полезной.

Н. — Но мы сейчас имеем дело не с мультивибратором, так как наша схема только один раз работает как мультивибратор.

Л. — И это очень хорошо. Первое опрокидывание схемы производится внешним импульсом, а второе происходит самопроизвольно, поэтому эту схему можно назвать одновибратором. Впрочем, иногда встречается и название «однотактный мультивибратор». Но это название бросает меня в дрожь, потому что содержит в себе противоречие. С таким же успехом можно говорить о темном свете или металлическом ксилофоне[13]. Эта схема интересна тем, что при любом пришедшем в точку А импульсе при условии, что он достаточен для срабатывания схемы, с коллектора транзистора Т1 получают единственный сигнал, всегда одинаковый по длительности и амплитуде. Следовательно, эта схема — прекрасный инструмент для преобразования импульсов с целью придания им единой формы. Ты, вероятно, помнишь, что счетчик Гейгера — Мюллера дает совершенно разные по форме импульсы. Подав такие импульсы на однотактный триггер, например, изображенный на рис. 84, мы можем сделать их совершенно идентичными, что, помимо других преимуществ, в частности, облегчает их счет.

Н. — На мой взгляд, проще пропустить их через амплитудный ограничитель.

Л. — Но полученный результат был бы существенно хуже. Ведь данный счетчиком Гейгера — Мюллера очень высокий импульс одновременно больше других и по продолжительности, потому что в этом случае деионизация трубки занимает больше времени. При использовании простого амплитудного ограничителя мы получили бы импульсы одинаковой высоты, но разной ширины. Впрочем, есть еще одна весьма интересная область применения для нашего однотактного триггера. Представь себе, что напряжение с коллектора транзистора Т1 подается на дифференцирующую схему, которая, например, приведена на рис. 64. Что случится, если конденсатор С и резистор R взять с довольно малыми номиналами?