С4. Полученное устройство при поступлении первого импульса переключится на единицу, но потом останется в этом положении, сколько бы импульсов ни пришло. Такой триггер, установленный после последнего, будет служить там в качестве системы безопасности. Если последний счетный триггер не вернется на нуль, то и триггер безопасности всегда будет стоять на нуле. Следовательно, до тех пор, пока триггер безопасности стоит на нуле, мы можем быть уверены в правильности показаний счетчика. Во всяком случае стараются поставить достаточное количество каскадов, чтобы счетчик всегда мог сосчитать поступающие импульсы без необходимости «повторять цикл», т. е. возвращать на нуль из-за превышения максимального допустимого числа.
Н. — В этих условиях я допускаю, что при достаточном количестве каскадов твой счетчик способен считать до 8192 или вдвое больше и что поэтому его можно признать взрослым. Но меня огорчает, что для определения количества поступивших импульсов приходится складывать множество чисел, некоторые из которых могут быть относительно сложными. Но это совершенно не означает, что я не вижу, какого прогресса мы достигли по сравнению с механическим счетчиком.
Л. — Твой механический счетчик проще по устройству, а его показания легче прочитать. Но я повторяю, что при удачном выборе первых триггеров в цепочке мы можем считать импульсы, следующие со скоростью нескольких миллионов и даже нескольких десятков миллионов в 1 сек.
Н. — Об этом я не думал, но тогда потребуется действительно солидное количество каскадов, иначе возможности твоего счетчика быстро окажутся недостаточными.
Л. — С этим доводом нельзя не согласиться, так как способный считать до миллиона счетчик должен иметь 20 каскадов. Но я напоминаю тебе, что эти каскады, особенно работающие в невысоком ритме, относительно просты. И я полностью согласен с тобой, что такой бинарный счетчик (работающий в бинарной системе счисления, признающей только две цифры — нуль и единицу) не очень удобен в работе. Поэтому разработали более совершенные счетчики, позволяющие считать в нашей привычной десятичной системе.
Н. — Можешь ли ты описать мне один из них… Я боюсь, как бы он не оказался ужасно сложным.
Л. — Некоторые из этих схем достаточно сложны. Мы рассмотрим только одну так называемую счетную декаду, представляющую собой электронную схему, которая по получении десяти импульсов всегда возвращается в первоначальное состояние. По получении десятого импульса она дает в канал, именуемый выходом, импульс, приводящий в действие следующую декаду.
Я покажу тебе устройство декады, разработанной инженерами фирмы Rochar, структурная схема которой изображена на рис. 117. Как ты видишь, в начале схемы стоит первый триггер с двумя устойчивыми состояниями, который я вновь изобразил в виде прямоугольника (на этот раз триггер опять собран по схеме на рис. 82).
Рис. 117.Структурная схема счетной декады, выпускаемой французской фирмой Rochar. Схема В1 с двумя устойчивыми состояниями является делителем на 2; устройство, состоящее из трех других триггеров, последовательно проходит пять возможных состояний.
Н. — Ты опять нарисовал два входа, но это не нужно, потому что ты всегда соединяешь их вместе.
Л. — Нет, не всегда. Я могу подавать на них разные сигналы, например сигналы одного типа на конденсатор С3и другого типа на С4. По этой причине я и рассматриваю триггер как схему с двумя входами. Когда триггер используют в качестве делителя частоты на 2, входы соединяют вместе и одновременно подают на них отрицательные импульсы. Мы назвали нулевым состоянием (или состоянием покоя) положение, когда транзистор Т1пропускает ток, а транзистор Т2 заперт. Когда триггер возвращается на нуль, резкое снижение потенциала коллектора транзистора Т1 посылает через дифференцирующую схему (из которой я изобразил здесь только конденсатор) отрицательный импульс. Поэтому, как ты видишь, на каждый второй поступивший на вход импульс в точку В приходит отрицательный импульс.
Н. — Да, и я также вижу, что этот импульс затем идет по двум направлениям: во-первых, на триггер В2, куда он странно поступает только на один вход, а, во-вторых, на схему, обозначенную на рисунке буквой G, о которой я ровным счетом ничего не могу сказать.
Л. — Попробуем рассуждать по порядку. В самом деле, сигнал в триггер В2 поступает только на базу его транзистора Т1. От первого импульса, попавшего на его левый вход, триггер опрокинется и с нуля перейдет на единицу (Т1 заперт, Т2 в состоянии насыщения). Последующие отрицательные импульсы, которые могут поступить из точки В, не окажут на него никакого воздействия до тех пор, пока он не будет возвращен на нуль.
Схему, обозначенную на рисунке буквой G, называют ключевой; управляемый напряжением электронный ключ не пропускает в точку F импульсы, подаваемые на его левый вход, если напряжение на его входе D равно нулю. Если же на вход D поступает положительное напряжение, то ключ откроется для прохода импульсов и приходящие на его левый вход импульсы окажутся в точке F.
Н. — Такую схему, вероятно, очень трудно сделать.
Л. — О, нет, обычно достаточно одного диода и одного резистора, но к этому вопросу мы еще вернемся. А пока я покажу тебе, что часть схемы, расположенная после точки В и получающая отрицательные импульсы, может иметь пять различных состояний, через которые она последовательно и проходит. Первый пришедший в точку В импульс опрокинет триггер В2; потенциал левого выхода триггера В2 (коллектор его транзистора Т1) повысится и откроется ключ G…
Н. — Значит, этот первый импульс пройдет через G, и мы встретим его в точке F.
Л. — Нет. Незнайкин, ты, кажется, забыл о наличии резистора R и конденсатора С. Они несколько задержат повышение потенциала точки D. Но этого будет достаточно, чтобы вызвавший опрокидывание триггера В2импульс пришел к еще запертому ключу G и не смог через него пройти. А вот второй поступающий в точку В импульс спокойно пройдет через ключ G.
Н. — Но ведь этот импульс вновь воздействует на триггер В2?
Л. — Он ничего ему не сможет сделать; не забывай, что импульс приходит только на один вход триггера, а когда отрицательный импульс поступит на базу запертого транзистора Т1, он не даст никакого эффекта.
Н. — Правильно, а я об этом забыл. Но если импульс ничего не сделает триггеру В2, он, должно быть, что-то сделает триггеру В3?
Л. — Ты совершенно прав. Импульс опрокинет триггер В3, но никак не повлияет на триггер В4, потому что, переключившись с нуля на единицу, В3 пошлет на триггер В4 положительный импульс, на который тот не реагирует. Третий поступивший в точку В импульс пройдет через ключ G (триггер В2 все еще находится в положении 1 (единицы). Оказавшись в точке F, третий импульс возвращает триггер В3 в нуль, в результате чего триггер В3посылает отрицательный импульс на вход триггера В4 и опрокидывает его. Поступивший в точку В четвертый импульс проходит через ключ G, достигает точки F и переводит триггер В3 в положение 1, что никак не сказывается на состоянии триггера В4…
Н. — У меня сложилось такое впечатление, что триггеры В3и В4 работают как классический счетчик, умеющий считать до 3. Разве не так?
Л. — Твое впечатление совершенно правильное и обоснованное. А теперь рассмотрим, что произойдет при приходе в точку В пятого импульса. Он пройдет через ключ и, достигнет точки F, переведет триггер В3 в положение нуля, в результате чего В3даст отрицательный импульс, который опрокинет триггер В4 вернув его в нуль. При переходе в нулевое состояние триггер В4 в свою очередь даст отрицательный импульс на свой выход Н, откуда он поступит на правый вход триггера В2и переведет его в нуль.
Н. — Но этого не может быть! Как только В2 вернется на нуль, он запрет ключ G и не пропустит этот пятый импульс.
Л. — Мне кажется, что ты еще раз забыл о наличии резистора R и конденсатора С, которые замедлят передачу импульса с выхода триггера В2 на ключ G. Но даже и без этих резистора и конденсатора не было бы никакой опасности. Пятый импульс сначала проходит через G, затем переводит В3 в нуль, что вызывает далее переключение В4 в нуль, и только после этого порождаемый переключением триггера В4 отрицательный импульс отправляется на триггер В2. Благодаря всем этим задержкам пятый импульс свободно успевает пройти через ключ С, который он сам позднее запирает.
Н. — Очень умная система. Если я верно понял, здесь имеется четырехпозиционный счетчик, состоящий из триггеров В3и В4, который может считать от 0 до 3. Один из посланных в счетчик импульсов с помощью ключа G направляют в триггер В2; благодаря такому приему система может считать от 0 до 4, т. е. до 5.