Транзисторный триггер:последовательная логическая схема для хранения двоичных данных

Вы заинтересованы в изучении или создании цифровых схем, таких как те, которые используются в компьютерах, коммуникационном оборудовании и других подобных типах систем? Первое, на что следует обратить внимание, это транзисторный триггер.

Фундаментальными строительными блоками триггеров являются логические вентили, представляющие собой идеализированные электронные модели, реализующие булевы функции. Эти логические элементы могут состоять из нескольких компонентов, таких как конденсаторы и резисторы, но в основном это транзисторы.

Мы подробно описали различные типы схем триггеров, а также их электрические схемы ниже. Читайте дальше, чтобы узнать, как сделать их для своего проекта.

Что такое флип-флоп?

Триггер — это последовательная логическая схема со встроенной памятью. Таким образом, вы можете использовать данные текущих входов, предыдущих входов и (или) предыдущих выходов для прохождения через систему.

Схема состоит из нескольких логических элементов, которые приводят к двум устойчивым состояниям (логический уровень 0 или 1), что делает триггер бистабильным мультивибратором.

Различные типы логических вентилей

Источник:Викисклад.

Разница между схемами защелки и триггера заключается в том, что последние срабатывают по фронту. Запуск по фронту означает, что у них есть управляющий сигнал для координации действий цифровой схемы. Управляющий вход обычно представляет собой выделенный тактовый сигнал, что делает их синхронными системами.

Однако схема-защелка срабатывает по уровню, что означает, что ее выход может измениться при изменении входов. Для их активации нет тактового импульса или тактового события, поэтому они являются асинхронными системами.

Стоит отметить, что защелки являются важными элементами в схемах триггеров, и они представляют собой энергозависимые элементы памяти, которые теряют свои данные в случае сбоя питания.

Типы шлепанцев

Существует четыре типа триггеров, каждый со своей схемой и таблицей истинности.

Флип-флоп SR

Триггер SR получил свое название от своих входов S (установка) и R (сброс).

Схема SR-триггера с синхронизацией и вентилями И-НЕ с перекрестной связью.

Источник:Викисклад.

Это наиболее часто используемый триггер из четырех, имеет самую простую схему и таблицу истинности, аналогичную защелке SR.

Таблица истинности блокировки SR.

JK Flip Flop

Цифровая схема JK улучшает конструкцию триггера SR, гарантируя, что S и R не будут одновременно высокими. Тем самым исключается возможность попадания в запрещенное состояние.

Схема JK-триггера с вентилями NAND.

Источник:Викисклад.

Она имеет следующую таблицу истинности.

Таблица истинности триггера JK.

D-триггер

Эта схема, также известная как триггер «Данные» или «Задержка», представляет собой однобитовую ячейку памяти с одним входным контактом (D). Чаще всего он используется в системах цифровой электроники для создания регистров и счетчиков.

Схема D-триггера с использованием вентиля НЕ и 4 вентилей НЕ-И.

Источник:Викисклад.

Выход схемы изменяется только по переднему фронту тактового сигнала, что приводит к этой таблице истинности.

Таблица истинности D-триггера.

Т-шлепки

T-триггер — это версия JK-триггера с одним входом, соединяющая два входа для формирования T-входа. T означает Toggle, потому что схема может дополнять свое состояние.

Схема Т-триггера с вентилями И-НЕ

Источник:Викисклад.

Схема представляет эту таблицу истинности.

Таблица истинности T-триггера.

Применение шлепанцев

• Счетчики
• Делители частоты
• Регистры хранения
• Сдвиговые регистры
• Защелка
• Память
• Переключатель устранения отказов
• Хранение данных
• Передача данных
• Регистры

Схемы транзисторных триггеров

Логические элементы являются основными элементами триггеров, но они также являются моделями, представляющими логику в электронике. Реальные электрические цепи имеют перекрестно связанные компоненты для управления этим током. Значения в их таблицах истинности указывают либо двоичную цифру 1 (высокое напряжение), либо 0 (низкое напряжение).

Они включают в себя такие компоненты, как транзисторы, резисторы и конденсаторы, и здесь можно составить три самые распространенные схемы.

Триггер с одним транзистором

Как и другие обычные триггеры, однотипный транзистор хранит один бит данных, имеет набор входов установки и сброса, а также петлю обратной связи для поддержания стабильного состояния.

Помимо транзистора (NPN), в схеме есть набор из двух диодов, двух конденсаторов, шести резисторов и светодиода.

Схема однотранзисторного триггера.

Из схемы выше вы можете установить схему, активировав напряжение питания на C2. Этот импульс 5 В повышает базовое напряжение на транзисторе и усиливает тактовый сигнал. C1 и D1 будут выпрямлять выходной сигнал, заставляя результирующее постоянное напряжение появляться на C2.

Схема поддерживает петлю положительной обратной связи, которая удерживает триггер во включенном состоянии. D2 предотвращает насыщение транзистора (слишком большой ток), что предотвращает постоянное состояние ВКЛ, которое устраняло бы сигнал положительной обратной связи.

Чтобы отключить схему, разрядите C2 или отключите тактовый сигнал на короткое время. Даже если вы снова подключите тактовый сигнал, триггер останется выключенным, потому что резисторы 6K8 и 3K3 и конденсатор C2 сильно ослабляют высокий входной сигнал.

Схема D-триггера на транзисторах

Схема триггера D-типа имеет вентилируемую D-защелку в качестве основы своей проводки, но добавляет схему синхронизации, чтобы сделать ее D-триггером с запуском по фронту.

Схема транзистора D-триггера.

Нижняя часть схемы, состоящая из транзистора, конденсатора и трех резисторов, образует часовой механизм.

Внешние часы обеспечивают базовое напряжение, а транзистор может передавать входные данные только при положительном базовом напряжении.

Резистор R6 и конденсатор C1 преобразуют тактовый сигнал прямоугольной формы в сигналы с резкими пиками для определения нарастающего фронта.

В целом, секция защелки состоит из двух транзисторов и четырех резисторов, и из секции часов ток поступает на транзистор защелки в схеме.

Если выход Q является логическим 0, вы можете подать положительный сигнал на вывод Clock и вывод Data In. Это действие изменяет сохраненные данные или состояние на единицу.

Тактовый вход заряжает базу транзистора и смещает базу к переходу коллектора в прямом направлении. Поэтому, когда приходит положительный сигнал Data In, он вызывает небольшой ток, протекающий снизу к коллектору и в защелку.

Ток приводит к срабатыванию защелки, заставляя ее изменить свое состояние на 1 на Q. Чтобы применить логический 0, заземлите контакт Data In, и он вернет Q обратно на 0 и сохранит этот бит.

Т-триггер на дискретных транзисторах

Триггеры-переключатели очень похожи на триггеры данных, но вместо ввода данных входной сигнал контакт получает сигнал с дополнительного выхода Q’.

Схема Т-триггера на транзисторе

Цель состоит в том, чтобы получить низкий ввод данных, когда вывод высокий, и высокий ввод данных, когда работа невелика. Таким образом, Q’ жизненно важен в уравнении.

Однако, поскольку это дискретная схема, система не будет работать, потому что это эквивалентно соединению базы транзистора с его коллектором. Решить эту проблему можно введением дополнительного конденсатора С2, включенного последовательно, и резистора R8, подключенного к выводу Q.

Конденсатор создает задержку между входным и выходным сигналами, в то время как резистор разряжает конденсатор. Эти два устройства гарантируют, что транзисторный выход будет соответствовать ожиданиям, постоянно меняя состояния.

Обзор

В заключение, транзисторные триггеры являются основными строительными блоками большинства электронных и компьютерных схем благодаря встроенной функции памяти.

Если для вашего проекта требуются такие схемы, дешевле купить компоненты, описанные выше, чем собрать блок самостоятельно.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше об этих компонентах и ​​печатных платах, необходимых для настройки цепей.