RU1790029C - Flip-flop - Google Patents

Abstract

Использование: в импульсной технике в качестве дискриминаторов амплитуды, формирователей пр моугольных сигналов. Сущ- ность изобретени : триггер Шмитта содержит 2 транзистора п-р-п-типа (1, 5), 1 транзистор р-п-р-типа (3), 1 резистор (7), 3 источника стабильного тока (4, 6, 8), 1 источник входного напр жени  (2), 1 широкополосный преобразователь тока в напр жение с малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразовани  (9). 1 ил. 0+ЈUsage: in pulsed technology as amplitude discriminators, rectangular signal shapers. The inventive Schmitt trigger contains 2 pnp type transistors (1, 5), 1 pnp type transistor (3), 1 resistor (7), 3 sources of stable current (4, 6 , 8), 1 input voltage source (2), 1 broadband current to voltage converter with a small input resistance and a stable conversion coefficient (9). 1 ill. 0 + Ј

Description

°. .°. .

Изобретение относитс  к импульсной технике, а именно несимметричным тран- §истЬр нь1й1 тр йггёрам, которые используютс  is качестве дискриминаторов амплитуды, формирователей пр моугольных сигналов и Наход т широкое применение в устройствах амплитудного отбора аналоговых сигналов. Триггер Шмитта (ТШ)  вл етс  необходи- мымЭлементом приборов дл  измерени  й ОниЗйрующих излучений. В этой области техники к ТШ предъ вл ютс  требовани  высокой скорости переключени , высокой стабильности, а дл  переносной аппаратуры - еще и малой потребл ющей мощности.The invention relates to a pulsed technique, namely asymmetric transistors, which are used as amplitude discriminators, rectangular signal conditioners, and are widely used in amplitude selection devices for analog signals. Schmitt Trigger (TS) is a necessary element of instruments for measuring radiation protection. In the art, high switching requirements, high stability, and low power consumption are required for portable equipment.

Известен триггер Шмитта, содержащий резистивный делитель з последовательно соединенных первого, второго и третьего резисторов, включенных между шиной питани  и землей; первый транзистор, коллектор которого присоединен к точке, объединени  .первого и второго резистора, база - к источнику входного напр жени , а .эмиттер- к эмиттеру второго транзистора и четвертому резистору, вторым выводом присоединенному к земле; второй транзистор , база которого присоединена к точке объединени  второго и третьего резисторов , коллектор - к четвертому резистору, вторым выводом присоединенному к шине питани .A Schmitt trigger is known, comprising a resistive divider with series connected first, second and third resistors connected between the power rail and ground; a first transistor, the collector of which is connected to a point, combining the first and second resistor, the base to the source of the input voltage, and the emitter to the emitter of the second transistor and the fourth resistor, the second terminal connected to ground; the second transistor, the base of which is connected to the point of combination of the second and third resistors, the collector to the fourth resistor, the second terminal connected to the power bus.

Недостатками данного ТШ  вл ютс  низка , при малых токах потреблени , скорость переключени , нестабильность скорости переключени , порогов срабатывани  и отпускани  при изменении напр жени  питани , сложна  зависимость величины порога срабатывани , порога отпускани  и гистерезиса от параметров элементов схемы , отсутствие возможности независимой регулировки порога срабатывани  и величины гистерезиса. ,The disadvantages of this TS are the low, at low currents, switching speed, instability of switching speed, thresholds and tripping when the supply voltage changes, the dependence of the threshold value, the release threshold and hysteresis on the parameters of the circuit elements, the inability to independently adjust the threshold and hysteresis values. ,

Скорость переключени  определ етс  степенью насыщени  транзисторов ТШ, сопротивлени ми и емкост ми в коллектор- ных цеп х транзисторов. Величина гистерезиса определ етс  напр жением питани  и практически всеми элементами схемы При изменении напр жени  п ита ни  мен ютс  режимные токи и нарушаютс  услови  ненасыщенного режима работы транзисторов , что ведет к изменению скорости переключени  ТШ.The switching speed is determined by the degree of saturation of the transistors TS, resistances and capacitances in the collector circuits of the transistors. The hysteresis value is determined by the supply voltage and almost all elements of the circuit. When the supply voltage changes, the operating currents change and the conditions of the unsaturated operation of the transistors are violated, which leads to a change in the switching speed of the transistor.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  ТШ, содержащий первый резистор, включенный между шиной питани  и точкой объединени  коллектора первого транзистора и базы второго транзистора; первый транзистор, база которого присоединена к источнику входного напр жени , а эмиттер - к эмиттеруClosest to the invention in technical essence is a TS containing a first resistor connected between the power rail and the collector combining point of the first transistor and the base of the second transistor; the first transistor, the base of which is connected to the input voltage source, and the emitter to the emitter

третьего транзистора и второму резистору, вторым выводом присоединенному к земле; второй транзистор, коллектор которого присоединен к шине питани ; третий транзистор , коллектор которого присоединен к третьему резистору, вторым выводом присоединённому к шине питани , а база - к средней точке резистивного делител  из четвертого и п того резисторов, включенного между эмиттером второго транзистора и землей. „ ;-. . .a third transistor and a second resistor, a second terminal connected to ground; a second transistor whose collector is connected to a power bus; the third transistor, the collector of which is connected to the third resistor, the second terminal is connected to the power bus, and the base is to the midpoint of the resistive divider of the fourth and fifth resistors connected between the emitter of the second transistor and ground. „; -. . .

.ДанныйТШ имеет вбзможность независимой регулировки порога срабатывани  и величины гистерезиса, но сохран ет перечисленные выше недостатки.аналога.This TSh has the ability to independently adjust the response threshold and hysteresis value, but retains the above disadvantages of the analogue.

Целью изобретени   вл етс  повышение скорости переключений ТШ при малых токах потреблени , повышение стабильности порога срабатывани , порога отпускани  и величины гистерезиса при изменении напр жени  питани  в широких пределах.The aim of the invention is to increase the speed of switching TS at low currents, increase the stability of the threshold, drop threshold and the value of the hysteresis when changing the supply voltage over a wide range.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ТШ, содержащий первый транзистор п-р- n-типа, к базе которого присоединен источник входного напр жени , а к эмиттеру - эмиттер второго транзистора п-р-п-типа; резистор , включенный между базой второго транзистора и землей, введены; первый источник стабильного тока, включенный между коллектором первого транзистора и шиной питани ; второй источник стабильного тока, включенный между точкой объединени  эмиттеров первого и второго транзисторов и землей; третий источникThe goal is achieved in that in a TS containing the first pnp type transistor, to the base of which an input voltage source is connected, and the emitter of the second pnp type transistor; a resistor connected between the base of the second transistor and ground is introduced; a first stable current source connected between the collector of the first transistor and the power rail; a second stable current source connected between the combining point of the emitters of the first and second transistors and ground; third source

стабильного тока, включенный между кол- лектором второго транзистора и шиной питани ; третий транзистор p-n-p-типа, база которого присоединена к базе первого транзистора и источнику входного напр жени ,a stable current connected between the collector of the second transistor and the power bus; a third p-n-p-type transistor, the base of which is connected to the base of the first transistor and the input voltage source,

эмиттер - к коллектору первого транзистора и первому источнику стабильного тока, а коллектор-к точке соединени  базы второго транзистора и рез истора; широкополосный преобразователь тока в напр жение сemitter to the collector of the first transistor and the first source of stable current, and the collector to the junction point of the base of the second transistor and the resistor; broadband current to voltage converter with

малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразовани , вход которого присоединен к коллектору второго транзистора и третьему источнику стабильного тока. .- : : / low input impedance and a stable conversion coefficient, the input of which is connected to the collector of the second transistor and the third source of stable current. .-:: /

На чертеже дана электрическа  схемаThe drawing shows an electrical diagram

предлагаемого ТШ.proposed TSH.

Триггер.Шмитта содержит первый транзистор 1 п-р-п-типа, база которого присоединена к источнику входного напр жени  2Schmitt trigger contains the first transistor 1 pnp type, the base of which is connected to the input voltage source 2

и базе третьего транзистора 3 р-п-р-типа, коллектор - к эмиттеру транзистора 3 и первому источнику стабильного тока 4, вторымand the base of the third r-p-p-type transistor 3, the collector - to the emitter of the transistor 3 and the first source of stable current 4, the second

Выводом присоединенному к шине питани , а эмиттер - к эмиттеру второго транзистораThe output is connected to the power bus, and the emitter to the emitter of the second transistor

5 п-р-п-типа и второму источнику стабильного тока 6, вторым выводом присоединенному к земле; резистор 7, включенный между точкой объединени  базы транзистора 5 с коллектором транзистора 3 и землей; третий источник стабильного тока 8, включен- ный между точкой соединени  коллектора транзистора 5 с входом широкополосного преобразовател  тока в напр жение 9 с малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразовани  и шиной питани .5 p-p-p-type and the second source of stable current 6, the second terminal connected to the ground; a resistor 7 connected between the base of the transistor 5 and the collector of the transistor 3 and ground; a third stable current source 8 connected between the junction point of the collector of transistor 5 with the input of the broadband current transformer into voltage 9 with a low input impedance and a stable conversion coefficient and power bus.

При отсутствии на входе ТШ напр жени  сигнала исигн 0 транзистор 1 закрыт и входное напр жение ТШ DBX определ етс  выражением . . . If there is no signal at the TS input and signal 0, the transistor 1 is closed and the input voltage DB TSX is determined by the expression. . .

UBX U61 + Исигн Об1,UBX U61 + Isign Ob1,

где U61 - напр жение смещени  на базе транзистора 1.where U61 is the bias voltage at the base of transistor 1.

Если выполн етс  условие Uei 1)55. где U65 - напр жение смещени  на базе транзистора.5, то транзистор 5 открыт и его коллекторный ток равен току источника тока 8 Is. Если токи источников тока 6 и 8 равны Об Is), то входной ток преобразовател  тока в напр жение 9 равен нулю. Порог срабатывани  ТШ UCp определ етс  выражениемIf condition Uei 1) 55 is satisfied. where U65 is the bias voltage at the base of the transistor. 5, then the transistor 5 is open and its collector current is equal to the current of the current source 8 Is. If the currents of current sources 6 and 8 are equal to Ob Is), then the input current of the current transformer of voltage 9 is equal to zero. The threshold of operation TS UCp is determined by the expression

Ucp U65-U6i l4xR-U6i, .(1)Ucp U65-U6i l4xR-U6i,. (1)

где 4 - ток источника тока 4;where 4 is the current of the current source 4;

R - сопротивление резистора 7.R is the resistance of the resistor 7.

При этом транзистор 3 находитс  в активном режиме и задает напр жение на коллекторе транзистора 1 UK1, определ емое выражениемIn this case, the transistor 3 is in active mode and sets the voltage on the collector of transistor 1 UK1, defined by the expression

ик1 ивх + ибэЗ,ik1 ivh + ibeZ,

где УбэЗ - разность напр жений между базой и эмиттером транзистора 3.where UbeZ is the voltage difference between the base and emitter of transistor 3.

Дл  преобразовател  тока в напр жение 9 всегда можно выбрать такой режим по посто нномутоку, что режимный потенциал на входе преобразовател  9 всегда будет больше Уб5 и, следовательно, транзистор 5 всегда будет в ненасыщенном состо нии.For a current-to-voltage converter 9, it is always possible to select such a mode at a constant time that the operating potential at the input of converter 9 will always be greater than Ub5 and, therefore, transistor 5 will always be in an unsaturated state.

При наличии на входе ТШ напр жени  сигнала Ucum Ucp открываетс  транзистор 1, то к е переключаетс  из эмиттера транзистора 5 в эмиттер транзистора 1,транзистор 5 закрываетс , Is переключаетс  на вход преобразовател  тока в напр жение 9. При этом на выходе преобразовател  по витс  импульсный сигнал с амплитудой ивых, определ емой выражением. .- .If the transistor 1 opens at the TS input voltage signal Ucum Ucp, then it switches from the emitter of transistor 5 to the emitter of transistor 1, transistor 5 closes, Is switches to the input of the current transformer to voltage 9. At the same time, the pulse output a signal with a new amplitude defined by the expression. .-.

5 10 5 10

15fifteen

00

5 5

00

5 5

ОABOUT

5 5

0 5 ..0 5 ..

Квых Is x Rnp,(2) где Rnp - коэффициент преобразовани  преобразовател  тока в напр жение 9, Если Ц б, через транзистор 3 потечет ток, равный разности токов Ц - в: следовательно , транзистор 3 всегда будет находитьс  в активном режиме и транзистор 1 не насытитс  при любом напр жении Усигн. Порог отпускани  DOT, величина гистерезиса Ur определ ютс  выражени миKvykh Is x Rnp, (2) where Rnp is the coefficient of conversion of the current converter to voltage 9, If C b, a current equal to the difference of currents C-c flows through transistor 3: therefore, transistor 3 will always be in active mode and transistor 1 will not be satisfied at any voltage Usign. The release threshold DOT, the hysteresis value Ur are determined by the expressions

: . Оот (14- 1б)х R - uVi. (3) ; Ur UcP-Uc l6 R. (4) :. Oot (14-1b) x R - uVi. (3); Ur UcP-Uc l6 R. (4)

Высока  скорость переключени  ТШ обеспечиваетс  ненасыщенным режимом работы всех транзисторов ТШ. малыми посто нными времени в коллекторных цеп х транзисторов 1 и 5, которые определ ютс  паразитными емкост ми коллекторно-базо- вых переходов транзисторов и малыми сопротивлени ми со стороны эмиттера транзистора 3, включенного по схеме с общей базой, и входа преобразовател  тока в напр жение 9, а также быстродействием преобразовател  тока в напр жение 9, формирующего фронт выходного, пр моугольного импульсного сигнала триггера Шми тта.High switching speed TS is provided by the unsaturated mode of operation of all transistors TS. small time constants in the collector circuits of transistors 1 and 5, which are determined by parasitic capacitances of the collector-base junctions of transistors and low resistances on the emitter side of transistor 3, connected according to the circuit with a common base, and the input of the current transformer to voltage 9, as well as the speed of the current-to-voltage converter 9, which forms the front of the output, rectangular pulse signal of the Schmitt trigger.

При изменении напр жени  питани  в широких пределах до тех пор, пока источники тока и транзисторы ТШ будут находитьс  в нормальных режимах, стабильность скорости срабатывани  ТШ будет определ тьс  стабильностью параметров преобразовател  тока в напр жение 9.When the supply voltage changes over a wide range until the current sources and transistors of the transformer are in normal conditions, the stability of the response voltage of the transformer will be determined by the stability of the parameters of the current-to-voltage converter 9.

Стабильность порогов UCp и DOT зависит от стабильности U61. режимных токов и R, a стабильность величины гистерезиса - только от стабильности & и R, согласно формулам (1), (3), (4) соответственно.The stability of the UCp and DOT thresholds depends on the stability of the U61. operating currents and R, a stability of the hysteresis value - only from stability & and R, according to formulas (1), (3), (4), respectively.

Стабильность амплитуды Увых ТШ, согласно формуле (2), определ етс  стабильностью Is и R.Amplitude stability Uvih TS, according to formula (2), is determined by the stability of Is and R.

Величины Ucp и Ur можно задавать независимо друг от друга, задава  соответствующие значени  величин источника тока Is, напр жени  смещени  Uei и источника тока 1б.. . ,The values of Ucp and Ur can be set independently of each other, by setting the corresponding values of the current source Is, the bias voltage Uei and the current source 1b ... ,

Таким образом, по сравнению с прототипом , предъ вл емый триггер Шмитта обладает большей скоростью переключений при малых токах потреблени , большей стабильностью скорости переключений, порога срабатывани , опускани  и величины гистерезиса.: ,Thus, in comparison with the prototype, the proposed Schmitt trigger has a higher switching speed at low currents, more stable switching speed, threshold, lowering and hysteresis .:,

Ф о р.м у л а изобретени F o r m a l invention

Триггер Шмитта, содержащий первый транзистор n-p-n-типа. к базе kotoporo присоединен источник входного напр жени , а к эмиттеру - эмиттер второго транзистора n-p-n-тйпа, резистор, включенный между базой второго транзистора и землей, от л и- ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  скорости переключений при малых токах потреблени , повышени  стабильности порога срабатывани , порога отпускани  и величины гистерезиса при изменении напр жени  питани  в широких пределах, введены: первый источник стабильного тока, включенный между коллектором первого транзистора и шиной питани , второй источник стабильного тока, включенный между точкой объединени  эмиттеров первого и второго транзисторов и землей, третий источник стабильного тока, включенный между коллектором транзистора и шинойSchmitt trigger containing the first n-p-n-type transistor. an input voltage source is connected to the kotoporo base, and an emitter of an npn type second transistor, a resistor connected between the base of the second transistor and ground, are connected to the emitter, so that, in order to increase the switching speed at low currents, increasing the stability of the operation threshold, the release threshold and the hysteresis when the supply voltage changes over a wide range, the following are introduced: the first stable current source connected between the collector of the first transistor and the power bus, the second source is stable th current connected between the emitter point of combining the first and second transistors and the ground, a third constant current source connected between the collector of the transistor and the tire

питани , третий транзистор р-п:р-типа, база которого присоединена к базе первого транзистора и источнику входного напр жени , эмиттер - к коллектору первого транзистора и первому источнику стабильного тока, аpower supply, the third transistor rp: p-type, the base of which is connected to the base of the first transistor and the input voltage source, the emitter to the collector of the first transistor and the first stable current source, and

коллектор - к точке соединени  базы второго транзистора и резистора, широкополосный преобразователь ток - напр жение с малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразовани , входcollector - to the connection point of the base of the second transistor and resistor, a broadband current converter - voltage with a small input resistance and a stable conversion coefficient, input

которого присоединен к коллектору второго транзистора и третьему источнику стабильного тока, а выход  вл етс  выходом триггера Шмитта.which is connected to the collector of the second transistor and the third source of stable current, and the output is the output of a Schmitt trigger.