Электроника?.. Нет ничего проще! - Эймишен Жан-Поль - Страница 31

Л. — Название довольно странное: LTP — это сокращенный вариант английского выражения Long Tailed Pair (пара с длинным хвостом), отражающего наглядное представление пары транзисторов с длинным хвостом в виде большого резистора. Твое же замечание относительно скорости перехода напряжения от +U_K2мин до +Е совершенно справедливо. Иногда это явление мешает, но скоро мы увидим, как это препятствие можно устранить.

Н. — Еще одно не нравится мне в твоей схеме: база Т₂ исключительно глупо замкнута на корпус; она могла бы вести себя значительно умнее, если бы ее потенциал изменялся в обратном направлении по сравнению с потенциалом эмиттеров.

Л. — Твоя реплика вынуждает меня немедленно выложить тебе все подробности. В схеме имеется именно такой электрод, потенциал которого изменяется в обратном направлении по сравнению с потенциалом эмиттеров — взгляни на рис. 60.

Н. — Туннельный диод меня побери! Об этом-то я и не подумал. Теперь достаточно соединить коллектор Т₁ с базой Т₂ и будет чудесно!

Л. — Не спеши! Идея правильная, но прямо осуществить ее нельзя; коллектор Т₁ должен иметь положительный потенциал относительно эмиттеров и более высокий положительный потенциал относительно баз. Это можно сделать, как в схемах с прямой связью, о которых мы уже говорили, т. е. с помощью делителя, понижающего потенциал. В результате мы получим схему, изображенную на рис. 61.

Рис. 61. Дополнив схему на рис. 58 делителем напряжения R₄, R₅, соединяющим коллектор транзистора Т₁ с базой транзистора Т₂, превращаем ее в триггер Шмитта.

Новая схема, как и схема на рис. 58, работает с током в обоих транзисторах или при напряжениях U_вх, очень близких к нулю, и ведет себя как усилитель. Соединив коллектор Т₁ и базу Т₂ цепочкой из резисторов R₄ — R₅, мы вводим в схему положительную обратную связь. Небольшая обратная связь увеличивает усиление, а следовательно, увеличивает крутизну возрастающей части кривой на рис. 59. Если же положительная обратная связь становится слишком большой…

Н. — Знаю, устройство начинает генерировать.

Л. — Да, но здесь нет ни колебательного контура, ни переменной связи с помощью конденсатора. Поэтому произойдет опрокидывание. Такого состояния, когда оба транзистора дают ток, быть не может — один из транзисторов должен быть заперт.

Н. — И какой из двух станет жертвой?

Л. — Это зависит от величины U_вх. Предположим для начала, что U_вх имеет отрицательный знак; разумеется, что в этом случае запертым окажется Т₁. При увеличении напряжения U_вх до некоторой величины А транзистор Т₁ открывается, а Т₂ запирается. На этот раз очень приятно, что отпирание Т₂ происходит очень быстро и совершенно независимо от скорости, с какой напряжение U_вх проходит величину А, именуемую порогом.

Н. — Чудесно! Значит я могу повышать напряжение U_вх на 1 в в сутки, но когда напряжение пройдет величину А, опрокидывание схемы все равно произойдет быстро?

Л. — Конечно. Здесь имеется определенная аналогия с реле: можно медленно увеличивать ток в катушке и, когда ток достигнет нужного значения, реле сработает. В реле тоже действует положительная обратная связь: как только язычок реле начинает двигаться, воздушный зазор уменьшается и это усиливает магнитное притяжение.

Н. — А если я также медленно начну снижать напряжение U_вх, то когда оно вновь пройдет величину А, схема также резко опрокинется обратно?

Л. — Схема действительно резко опрокинется обратно, но это произойдет не при прохождении величины А, а при прохождении величины В меньшей, чем А. При первом опрокидывании схемы на коллекторе транзистора Т₁ высокий потенциал на базе Т₂, следовательно, тоже относительно высокий (это же относится к потенциалу эмиттеров). Поэтому для отпирания транзистора Т₁ напряжение U_вх должно подняться довольно высоко.

В отличие от этого при втором опрокидывании, соответствующем снижению потенциала базы транзистора Т_1, ток проходит через транзистор Т₁. Потенциал на его коллекторе низкий, потенциал базы Т₂ тоже; это же относится и к эмиттерам. В этих условиях транзистор Т₂ окажется вновь запертым только при более низком напряжении U_вх, а именно, когда оно достигнет величины В. Все происходит точно так, как в реле: когда язычок реле замкнул контакт, можно снизить ток в катушке значительно ниже уровня тока, потребовавшегося для срабатывания реле.

Н. — А что произойдет в твоей странной схеме, если напряжение U_вх будет держаться в пределах между А и В?

Л. — Моя странная схема называется триггером Шмитта. А если ты будешь удерживать значение напряжения U_вх между А и В, я не смогу сказать, в каком состоянии будет триггер. В этих условиях транзистор Т₁ может оказаться запертым, если напряжение U_вх достигло своего значения, поднимаясь с величины, меньшей В; но транзистор Т₁ может оказаться и открытым, если напряжение U_вх подошло к данному значению, уменьшаясь относительно величины, большей А. Все происходит, как в реле; если значение тока в катушке находится между током срабатывания реле I_с и его током отпускания I_о, я не могу определенно сказать, замкнут язычок реле или нет. Впрочем, если язычок не замкнут, нажми на якорь и язычок останется притянутым, а если он замкнут, оттяни якорь и язычок сохранит воздушный зазор.

Н. — Я не понимаю, зачем нужна твоя схема?

Л. — Схема интересна тем, что она не может находиться в промежуточном состоянии. У нее имеется два возможных устойчивых состояния и из-за этого свойства ее называют «бистабильной».

Н. — Но тогда для нее невозможно начертить кривую, показанную на рис. 59.

Л. — Ты ошибаешься — возможно, но немного сложнее. Для тебя я начертил такую кривую на рис. 62. Но это уже не простая кривая, а «петля». Если напряжение U_вх меньше В, все ясно — выходное напряжение равно U_к2 мин. Начнем повышать напряжение (следи за стрелкой на рис. 62): при прохождении U_вх значения А схема опрокидывается и выходное напряжение U_K2 «подскакивает» от (U_к2)_мин до величины +Е (здесь поднимающаяся ветвь строго вертикальна). Дальнейшее повышение напряжения U_вх никак не сказывается на выходном напряжении U_к2 — оно остается на уровне +Е. Начнем теперь снижать напряжение U_вх; при прохождении А ничего не происходит (продолжай следить за соответствующей стрелкой на рис. 62), когда же напряжение U_вх станет меньше В, схема вновь опрокинется.