Триггеры на оптронах

Общеизвестно, что триггер — один из самых распространенных узлов цифровых устройств. Широкое применение триггера связано с тем, что он имеет два состояния устойчивого равновесия и способен под действием управляющих сигналов скачком переходить из одного состояния в другое. Надо отметить, что в настоящее время на схемах практически не увидишь классический триггер, но в микросхемах памяти, микроконтроллерах их на одном кристалле может быть сформировано методами современной планарной технологии десятки тысяч и даже миллионы штук, на которых работают, в частности, радиоуправляемые машинки тачки 2 купить их можно на web-ресурсе http://kupitachki.ru/. Но иногда у радиолюбителей и специалистов может возникнуть необходимость в создании триггеров с необычными возможностями. К таким триггерам можно отнести триггеры на оптронах, о которых рассказано в этой статье.
Как известно, наиболее распространенными логическими элементами в интегральном исполнении являются элементы «И-НЕ».
Управляется триггер по входу 1 и входу 2. Эти входы называют установочными и обозначают латинскими буквами S (от англ. Set — устанавливать) и R (от англ. Reset — восстанавливать, сбрасывать). Соответственно, такой триггер называют RS-триггер. Надо отметить, что для данного триггера входными активными уровнями являются низкие уровни (лог. «0»). Поэтому над буквами R и S на схемах стоят черточки (знаки инверсии).
Для микросхем ТТЛ логики питающее напряжение равно +5 В, а для микросхем, выполненных по КМОП-технологии, максимальное напряжение питания может достигать 18 В. А как быть, если питание электронного блока составляет, допустим, 27 В? Для КМОП-логики можно установить стабилизатор напряжения на 18 В. А если к тому же необходимо произвести гальваническую развязку входных цепей? Тогда на входе необходимо установить оптроны. Получается громоздкая схема. Можно, немного поразмыслив, собрать триггер на оптронах.
Фототранзисторы оптронов DA1, DA2 (так же, как DA3, DA4) включены последовательно. Это значит, что они выполняют функцию «И-НЕ». С выхода одного такого элемента «И-НЕ» на один из входов другого элемента «И-НЕ» осуществляется обратная связь, т.е. схема охвачена перекрестными обратными связями.
Резисторы R3, R6 служат нагрузкой, a R4, R5 задают ток светоизлучающих диодов оптронов DA1, DA3. Проблемой данного схемотехнического решения являются выходные уровни триггера. Низкий уровень отличается от потенциала общей шины на напряжения насыщения выходных транзисторов оптронов. А вот высокий уровень не превышает 1,0 В, так как к выходу подключен светоизлучающий диод оптрона противоположного плеча.
Это в большинстве случаев является недопустимым. Простой метод преодоления этой проблемы — подключить к выходу оптронов DA1, DA3 транзисторные ключи VT1 и VT2 соответственно. При этом происходит дополнительно инвертирование сигнала. Чтобы логика схемы полностью соответствовала показанной на рис.1, необходимо к выходам логических элементов DD1 и DD2 подключить дополнительно инверторы. Резисторы R1, R8 служат нагрузкой ключей и задают выходной ток приблизительно 3,3 мА. Последовательно с ними или параллельно выводам К-Э транзисторов можно включить сверхъяркие светодиоды для индикации работы триггера.
Этот триггер работает следующим образом. Допустим, что на выходе оптрона DA1 присутствует низкий логический уровень, так как через светодиод DA1 протекает ток, а на выходе оптрона DA3 — высокий, и через светодиод DA2 протекает ток. При кратковременном замыкании ключа S1, шунтируется вход оптрона DA1, и он закрывается. Через обратную связь высокое напряжение подается на вход оптрона DA4, и он открывается, также открыт оптрон DA3, так как через входной светодиод протекает ток от источника питания через R5. Следовательно, на выходе оптрона DA3 устанавливается низкий логический уровень. Ключи на транзисторах VT1, VT2 инвертируют выходные сигналы, приводя выходной уровень к потенциалу общей шины и потенциалу источника питания соответственно. Далее, сколько бы раз не замыкали ключ S1, состояние триггера не изменится. Чтобы вернуть триггер в исходное состояние, необходимо кратковременно замкнуть ключ S2. Процессы происходят аналогично описанному выше, только закрывается оптрон DA3, и открывается DA1. На коллекторах VT1, VT2 устанавливаются низкий и высокий логический уровень соответственно. Необходимо отметить, что вытекающий выходной ток триггера составляет приблизительно 3,3 мА, а втекающий выходной ток должен быть ограничен внешней схемой и не должен превышать максимальный ток коллектора примененного типа транзистора.
Для макетирования схемы использовался односторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм и размерами 60×40 мм.
Еще один вариант триггера — оптроны попарно включены по схеме «ИЛИ». Оптроны DA1, DA2 составляют одно плечо триггера, a DA3, DA4 — второе плечо. В этом триггере на выходе оптронов максимальное напряжение также не превышает 1,0 В. Поэтому к выходам оптронов подключены ключи на биполярных транзисторах VT1, VT2, обеспечивающих выходные уровни, близкие к потенциалу общей шины (лог. «0») и к напряжению питания (лог. «1»).
Описываемый триггер работает следующим образом. Допустим, на выходе оптрона DA1 присутствует высокий логический уровень, а на выходе оптрона DA4 — низкий логический уровень. При кратковременном размыкании ключа S1, через вход оптопары DA1 начинает протекать ток. На выходе оптрона устанавливается низкий логический уровень. При этом оптрон DA3 закрывается, и на выходе устанавливается высокий логический уровень. Ключ на транзисторе VT2 инвертирует напряжение, устанавливая на коллекторе напряжение, близкое к потенциалу «земли». В то же время на коллекторе VT1 устанавливается напряжение источника питания. В дальнейшем, сколько ни размыкай ключ S1, триггер не переключится. Чтобы произвести восстановление исходного состояния триггера, необходимо кратковременно разомкнуть ключ S2. Выходной ток триггера также выбран 3,3 мА.
Важной характеристикой транзисторного оптрона является параметр carrent transfer ratio (коэффициент передачи по току). У примененных оптронов он по справочным данным составляет от 200 до 400%. При замене другим типом необходимо в соответствии с этим параметром пересчитать номиналы резисторов. Кроме одиночных оптронов выпускаются и счетверенные оптроны в одном корпусе, например, РС847С. В этом случае плата становится компактнее и проще.