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

Рис. 83. Для деления частоты на четное число мультивибратор делают по возможности максимально симметричным и синхронизируют импульсом, подаваемым через два конденсатора, включенных в цепи коллекторов транзисторов.

Н. — О, нет! В этом случае ты не сможешь посылать импульсы только на коллектор запертого транзистора, они одновременно пошли бы и на другой.

Л. — Но что может сделать отрицательный импульс, попавший на коллектор насыщенного транзистора, Незнайкин? Эффект будет примерно такой, как если поставить горчичники на деревянную ногу. Получивший такой импульс коллектор передаст его на базу запертого транзистора, но ведь это не сможет запереть еще больше. Только запертый транзистор чувствителен к поступающему на его коллектор отрицательному импульсу: он через конденсатор связи передаст его на базу транзистора, находящегося в состоянии насыщения, и тем самым начнет опрокидывание схемы.

Н. — Но тогда почему ты поставил в схему конденсатор С3, резистор R5 и два весьма дорогих диода Д1 и Д2. Ведь можно было бы вполне обойтись двумя конденсаторами.

Л. — Для начала разберемся с ценой. Должен тебе сказать, что хороший диод стоит не дороже конденсатора. Затем я поставил здесь диоды, чтобы мультивибратор лучше работал. Наличие двух конденсаторов, соединяющих точку А с коллекторами транзисторов для подачи отрицательных импульсов, может нарушить нормальную работу мультивибратора. При использовании же двух диодов, установленных, как показано в схеме на рис. 81, все обстоит иначе: проводящий первым диод передает импульс на коллектор соответствующего транзистора, а после опрокидывания схемы диод запирается. Все происходит так, как если бы в этот момент его отключили от источника импульсов.

Н. — Так, значит, диоды просто выполняют роль прерывателя. Тогда их можно было бы заменить двумя маленькими переключателями и перебрасывать их после прохождения импульса.

Л. — В принципе, да. Но если ты сумеешь переводить свои переключатели с точностью до четверти микросекунды и в случае надобности проделывать эту операцию 20 000 раз в 1 сек, я настоятельно советую тебе бросить свою работу и поступить в цирк.

Н. — Понятно! Но еще одна вещь не дает мне покоя; разве в схеме на рис. 82 твои направляющие диоды Д1 и Д2 не играют той же роли отключателя источника импульсов от триггера?

Л. — Ты совершенно прав, эти диоды одновременно направляют импульсы по нужному адресу и отключают источник импульсов от триггера. А в схемах на рис. 78 и 81 диоды только отключают источник импульсов от сработавшей схемы. Для большей наглядности я приведу аналогичный пример из механики. Представь себе, что с трамплина один за другим прыгают в воду пловцы, а тренер «синхронизирует», подталкивая их сзади, чтобы заставить прыгнуть немного раньше назначенного момента.

Н. — Но результат окажется катастрофическим для несчастного, который окажется в воде раньше, чем думал!

Л. — Успокойся! Речь идет о совсем ничтожном опережении, и пловец уже готов прыгнуть в воду. Рассмотрим теперь, как действует тренер. Он толкает пловца вперед до тех пор, пока тот не кувыркнется вниз. Следовательно, между тренером и пловцом необходима односторонняя механическая «связь». Иначе говоря, тренер должен толкать пловца, но не давать ему тащить себя. Если вместо того, чтобы толкать пловца сзади, тренер будет крепко держать его за плечо, станут возможны два варианта: или тренер очень силен и не даст пловцу спрыгнуть в воду, или же пловец увлечет тренера с собой и тот полетит в воду…

Н. — И превосходно сделает!

Л. — Не отвлекайся, Незнайкин. Пойми, что в этом случае как и при опрокидывании мультивибратора, необходимо, чтобы связь работала только в одном направлении и чтобы она прерывалась сразу же после начала опрокидывания. Эту роль всегда выполняют диоды; в некоторых случаях, как, например, в схеме на рис. 82, они выполняют также роль направляющего разделителя.

Н. — Я полагаю, что теперь мы о нем все рассказали. Каждый раз, когда в точку А поступает импульс, схема изменяет свое состояние, следовательно, потребуется подать в точку А два импульса, чтобы схема вернулась в свое первоначальное состояние.

Л. — Превосходно, ты совершенно правильно понял принцип работы этого устройства. Как ты видишь, такая система может использоваться для деления любой частоты на 2. Поэтому устройство называют апериодическим делителем частоты. Если сигналы с коллекторов этой схемы преобразовать дифференцирующей схемой такого типа, как изображенная на рис. 64, и использовать для пуска в ход другого триггера с двумя устойчивыми состояниями, то в результате частота будет разделена на 4. Как ты видишь, таким образом можно легко разделить частоту на 4, 8, 16, 32…

Н. — Наиболее важным в этом многоступенчатом устройстве мне представляется первый делитель, так как, вероятно, от него зависит максимальная частота, на которой может работать все устройство. Какими характеристиками обычно обладает такой делитель?

Л. — По изображенной на рис. 82 схеме легко сделать триггер, работающий на частотах до 5 или 6 Мгц. А путем подбора транзисторов и используя резисторы с меньшими, чем я назвал, номиналами, удается делить частоты до 30 Мгц.

Обрати внимание, до какой степени эта система отвечает требованиям, которые можно предъявить к совершенному делителю: тот же самый триггер, который, получая 30 миллионов импульсов в секунду, дает на выходе сигнал с 15 миллионами периодов в секунду, работает точно так же и при получении в секунду четырех импульсов — он даст выходной сигнал с частотой 2 гц.

Н. — Исключительно приятное устройство, но как досадно, что оно делит только на 2 (или на 4, 8, 16…).

Л. — Существуют системы с несколькими устойчивыми положениями, которые позволяют также безупречно делить не на 2, а на 3, 4, 5 и даже на другие числа. Системы эти основаны на тех же принципах, что и схема на рис. 82. Но они немного сложнее, и мы рассмотрим их позднее, когда поведем беседу о счетных устройствах.

Н. — Бедный я, несчастный! Твой триггер с двумя устойчивыми состояниями уже достаточно сложен, а если ты покажешь мне что-нибудь еще более сложное, боюсь, что моя голова не выдержит!

Л. — Не бойся, Незнайкин; усложнять материал мы будем постепенно, и ты убедишься, что на самом деле все намного проще, чем может показаться при взгляде на схему.

Н. — Хорошо, надеюсь, что так и будет. Должен признаться, что мне легче понять новую схему, когда ее можно сравнить с чем-нибудь мне уже знакомым. Впрочем, я вижу некоторую аналогию между твоим триггерем с двумя устойчивыми состояниями на рис. 82 и мультивибратором на рис. 78. Основное различие между ними заключается в том, что в мультивибраторе связь между коллектором и базой противоположного транзистора осуществляется конденсаторами, тогда как в триггере с двумя устойчивыми состояниями цепочка прямой связи состоит из резистивных делителей.

Л. — Ты совершенно прав, Незнайкин. Я вижу, что сегодня ты в прекрасной форме, и поэтому я расскажу тебе о новом типе схемы, которую можно рассматривать как своеобразную дочь схем на рис. 82 и 78. Новую схему я начертил для тебя на рис. 84.

Рис. 84. Схема с одним устойчивым состоянием представляет собой своеобразную смесь мультивибратора и схемы с двумя устойчивыми состояниями; ее можно опрокинуть подачей импульса в точку А, но затем схема самопроизвольно возвращается в первоначальное состояние.

Н. — Очень любопытная схема; транзистор Т1, связан с транзистором Т2 делителем R3, R4 как в триггере с двумя устойчивыми состояниями, а коллектор транзистора Т2 связан с базой транзистора Т1 конденсатором С как в мультивибраторе с рис. 78. Так что же это: генерирующая или бистабильная схема?

Л. — Ни то, ни другое. Мультивибратор (см. рис. 78) относится к категории так называемых неустойчивых схем, т. е. схем, которые не могут оставаться в каком-либо состоянии: они выходят из этого состояния резким скачком, который возникает самопроизвольно или ускоряется внешним пусковым импульсом. Изображенная на рис. 84 схема обладает одним состоянием, в котором она может пребывать бесконечно долго. Это состояние наступает, когда ток транзистора Т1 доходит до насыщения, запирая транзистор Т2, т. е. так, как это происходит в триггере с двумя устойчивыми состояниями.