Триггер Шмитта Советский патент 1993 года по МПК H03K3/295 

°. .

Изобретение относится к импульсной технике, а именно несимметричным тран- §истЬр нь1й1 тр йггёрам, которые используются is качестве дискриминаторов амплитуды, формирователей прямоугольных сигналов и Находят широкое применение в устройствах амплитудного отбора аналоговых сигналов. Триггер Шмитта (ТШ) является необходи- мымЭлементом приборов для измерения й ОниЗйрующих излучений. В этой области техники к ТШ предъявляются требования высокой скорости переключения, высокой стабильности, а для переносной аппаратуры - еще и малой потребляющей мощности.

Известен триггер Шмитта, содержащий резистивный делитель з последовательно соединенных первого, второго и третьего резисторов, включенных между шиной питания и землей; первый транзистор, коллектор которого присоединен к точке, объединения .первого и второго резистора, база - к источнику входного напряжения, а .эмиттер- к эмиттеру второго транзистора и четвертому резистору, вторым выводом присоединенному к земле; второй транзистор, база которого присоединена к точке объединения второго и третьего резисторов, коллектор - к четвертому резистору, вторым выводом присоединенному к шине питания.

Недостатками данного ТШ являются низкая, при малых токах потребления, скорость переключения, нестабильность скорости переключения, порогов срабатывания и отпускания при изменении напряжения питания, сложная зависимость величины порога срабатывания, порога отпускания и гистерезиса от параметров элементов схемы, отсутствие возможности независимой регулировки порога срабатывания и величины гистерезиса. ,

Скорость переключения определяется степенью насыщения транзисторов ТШ, сопротивлениями и емкостями в коллектор- ных цепях транзисторов. Величина гистерезиса определяется напряжением питания и практически всеми элементами схемы При изменении напряжения п ита ния меняются режимные токи и нарушаются условия ненасыщенного режима работы транзисторов, что ведет к изменению скорости переключения ТШ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ТШ, содержащий первый резистор, включенный между шиной питания и точкой объединения коллектора первого транзистора и базы второго транзистора; первый транзистор, база которого присоединена к источнику входного напряжения, а эмиттер - к эмиттеру

третьего транзистора и второму резистору, вторым выводом присоединенному к земле; второй транзистор, коллектор которого присоединен к шине питания; третий транзистор, коллектор которого присоединен к третьему резистору, вторым выводом присоединённому к шине питания, а база - к средней точке резистивного делителя из четвертого и пятого резисторов, включенного между эмиттером второго транзистора и землей. „ ;-. . .

.ДанныйТШ имеет вбзможность независимой регулировки порога срабатывания и величины гистерезиса, но сохраняет перечисленные выше недостатки.аналога.

Целью изобретения является повышение скорости переключений ТШ при малых токах потребления, повышение стабильности порога срабатывания, порога отпускания и величины гистерезиса при изменении напряжения питания в широких пределах.

Поставленная цель достигается тем, что в ТШ, содержащий первый транзистор п-р- n-типа, к базе которого присоединен источник входного напряжения, 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 питания; второй источник стабильного тока, включенный между точкой объединения эмиттеров первого и второго транзисторов и землей; третий источник

стабильного тока, включенный между кол- лектором второго транзистора и шиной питания; третий транзистор p-n-p-типа, база которого присоединена к базе первого транзистора и источнику входного напряжения,

эмиттер - к коллектору первого транзистора и первому источнику стабильного тока, а коллектор-к точке соединения базы второго транзистора и рез истора; широкополосный преобразователь тока в напряжение с

малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразования, вход которого присоединен к коллектору второго транзистора и третьему источнику стабильного тока. .- : : /

На чертеже дана электрическая схема

предлагаемого ТШ.

Триггер.Шмитта содержит первый транзистор 1 п-р-п-типа, база которого присоединена к источнику входного напряжения 2

и базе третьего транзистора 3 р-п-р-типа, коллектор - к эмиттеру транзистора 3 и первому источнику стабильного тока 4, вторым

Выводом присоединенному к шине питания, а эмиттер - к эмиттеру второго транзистора

5 п-р-п-типа и второму источнику стабильного тока 6, вторым выводом присоединенному к земле; резистор 7, включенный между точкой объединения базы транзистора 5 с коллектором транзистора 3 и землей; третий источник стабильного тока 8, включен- ный между точкой соединения коллектора транзистора 5 с входом широкополосного преобразователя тока в напряжение 9 с малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразования и шиной питания.

При отсутствии на входе ТШ напряжения сигнала исигн 0 транзистор 1 закрыт и входное напряжение ТШ DBX определяется выражением . . .

UBX U61 + Исигн Об1,

где U61 - напряжение смещения на базе транзистора 1.

Если выполняется условие Uei 1)55. где U65 - напряжение смещения 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 преобразователя тока в напряжение 9 равен нулю. Порог срабатывания ТШ UCp определяется выражением

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

где 4 - ток источника тока 4;

R - сопротивление резистора 7.

При этом транзистор 3 находится в активном режиме и задает напряжение на коллекторе транзистора 1 UK1, определяемое выражением

ик1 ивх + ибэЗ,

где УбэЗ - разность напряжений между базой и эмиттером транзистора 3.

Для преобразователя тока в напряжение 9 всегда можно выбрать такой режим по постоянномутоку, что режимный потенциал на входе преобразователя 9 всегда будет больше Уб5 и, следовательно, транзистор 5 всегда будет в ненасыщенном состоянии.

При наличии на входе ТШ напряжения сигнала Ucum Ucp открывается транзистор 1, то к е переключается из эмиттера транзистора 5 в эмиттер транзистора 1,транзистор 5 закрывается, Is переключается на вход преобразователя тока в напряжение 9. При этом на выходе преобразователя появится импульсный сигнал с амплитудой ивых, определяемой выражением. .- .

5 10

15

0

5

0

5

О

5

0 5 ..

Квых Is x Rnp,(2) где Rnp - коэффициент преобразования преобразователя тока в напряжение 9, Если Ц б, через транзистор 3 потечет ток, равный разности токов Ц - в: следовательно, транзистор 3 всегда будет находиться в активном режиме и транзистор 1 не насытится при любом напряжении Усигн. Порог отпускания DOT, величина гистерезиса Ur определяются выражениями

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

Высокая скорость переключения ТШ обеспечивается ненасыщенным режимом работы всех транзисторов ТШ. малыми постоянными времени в коллекторных цепях транзисторов 1 и 5, которые определяются паразитными емкостями коллекторно-базо- вых переходов транзисторов и малыми сопротивлениями со стороны эмиттера транзистора 3, включенного по схеме с общей базой, и входа преобразователя тока в напряжение 9, а также быстродействием преобразователя тока в напряжение 9, формирующего фронт выходного, прямоугольного импульсного сигнала триггера Шми тта.

При изменении напряжения питания в широких пределах до тех пор, пока источники тока и транзисторы ТШ будут находиться в нормальных режимах, стабильность скорости срабатывания ТШ будет определяться стабильностью параметров преобразователя тока в напряжение 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.

Стабильность амплитуды Увых ТШ, согласно формуле (2), определяется стабильностью Is и R.

Величины Ucp и Ur можно задавать независимо друг от друга, задавая соответствующие значения величин источника тока Is, напряжения смещения Uei и источника тока 1б.. . ,

Таким образом, по сравнению с прототипом, предъявляемый триггер Шмитта обладает большей скоростью переключений при малых токах потребления, большей стабильностью скорости переключений, порога срабатывания, опускания и величины гистерезиса.: ,

Ф о р.м у л а изобретения

Триггер Шмитта, содержащий первый транзистор n-p-n-типа. к базе kotoporo присоединен источник входного напряжения, 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 я тем, что, с целью повышения скорости переключений при малых токах потребления, повышения стабильности порога срабатывания, порога отпускания и величины гистерезиса при изменении напряжения питания в широких пределах, введены: первый источник стабильного тока, включенный между коллектором первого транзистора и шиной питания, второй источник стабильного тока, включенный между точкой объединения эмиттеров первого и второго транзисторов и землей, третий источник стабильного тока, включенный между коллектором транзистора и шиной

питания, третий транзистор р-п:р-типа, база которого присоединена к базе первого транзистора и источнику входного напряжения, эмиттер - к коллектору первого транзистора и первому источнику стабильного тока, а

коллектор - к точке соединения базы второго транзистора и резистора, широкополосный преобразователь ток - напряжение с малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразования, вход

которого присоединен к коллектору второго транзистора и третьему источнику стабильного тока, а выход является выходом триггера Шмитта.

Использование: в импульсной технике в качестве дискриминаторов амплитуды, формирователей прямоугольных сигналов. Сущ- ность изобретения: 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 напряжения (2), 1 широкополосный преобразователь тока в напряжение с малым входным сопротивлением и стабильным коэффициентом преобразования (9). 1 ил. 0+Ј