Цифровая логика с обратной связью

В простых схемах вентилей и комбинационной логики существует определенное выходное состояние для любого заданного входного состояния. Возьмем, например, таблицу истинности логического элемента ИЛИ:

Для каждой из четырех возможных комбинаций состояний входа (0-0, 0-1, 1-0 и 1-1) существует одно определенное однозначное состояние выхода. Независимо от того, имеем ли мы дело с множеством каскадных вентилей или с одним вентилем, это выходное состояние определяется таблицей истинности для вентилей в схеме и ничем другим.

Однако, если мы изменим эту схему затвора так, чтобы сигнал с выхода передавался на один из входов, начинают происходить странные вещи:

Мы знаем, что если A равно 1, вывод должен тоже быть 1. Такова природа логического элемента ИЛИ:любой вход «высокий» (1) заставляет выход «высокий» (1). Однако, если A «низкий» (0), мы не можем гарантировать логический уровень или состояние вывода в нашей таблице истинности.

Поскольку выход возвращается на один из входов логического элемента ИЛИ, и мы знаем, что любой 1 вход логического элемента ИЛИ делает выход 1, эта схема будет «защелкиваться» в состоянии выхода 1 после любого времени, когда A равно 1. Когда A равно 0, на выходе может быть 0 или 1, в зависимости от предыдущего состояния схемы!

Правильный способ заполнить приведенную выше таблицу истинности - вставить слово защелка вместо вопросительного знака, показывая, что результат сохраняет свое последнее состояние, когда A равно 0.

Любая цифровая схема, использующая обратную связь, называется мультивибратором . . Пример, который мы только что рассмотрели с логическим элементом ИЛИ, был очень простым примером того, что называется бистабильным мультивибратор. Он называется «бистабильным», потому что может удерживаться в одном из двух возможные состояния вывода:0 или 1.

Также существуют моностабильные мультивибраторы, у которых есть только один стабильное выходное состояние (это другое состояние является мгновенным), которое мы рассмотрим позже; и нестабильный мультивибраторы, которые не имеют стабильного состояния (колебания между выходом 0 и 1).

Очень простой нестабильный мультивибратор - это инвертор с выходом, подаваемым напрямую обратно на вход:

Когда вход равен 0, выход переключается на 1. Этот выход 1 возвращается на вход как 1. Когда вход равен 1, выход переключается на 0. Этот выход 0 возвращается на вход как 0, и цикл повторяется.

В результате получается высокочастотный (несколько мегагерц) генератор, если он реализован с затвором твердотельного (полупроводникового) инвертора:

Если реализовано с релейной логикой, результирующий генератор будет значительно медленнее, циклически изменяя частоту в пределах звукового диапазона.

зуммер или вибратор Сформированная таким образом схема широко использовалась в ранних радиосхемах как способ преобразования постоянной низковольтной мощности постоянного тока в пульсирующую мощность постоянного тока, которая затем могла повышаться по напряжению через трансформатор для получения высокого напряжения, необходимого для работы ламповых усилителей. .

Инженеры Генри Форда также использовали цепь зуммера / трансформатора для создания постоянного высокого напряжения для работы свечей зажигания автомобильных двигателей Model T:

Заимствуя терминологию из старых схем механического зуммера (вибратора), инженеры твердотельных схем называли любую схему с двумя или более вибраторами, соединенными вместе, как мультивибратор . Упомянутый ранее нестабильный мультивибратор с одним «вибратором» чаще реализуется с несколькими воротами, как мы увидим позже.

Наиболее интересные и широко используемые мультивибраторы относятся к бистабильному типу, поэтому мы рассмотрим их подробно сейчас.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица схем защелок