Электроника:Цифровая электроника/Мультивибраторы/Цифровая логика с обратной связью

Поддержать проект

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Цифровая логика с обратной связью

В простых схемах вентильной и комбинационной логики для каждого заданного состояния входа существует определённое состояние выхода. Возьмём, к примеру, таблицу истинности вентиля ИЛИ:

Рис. 1.1. Вентильная схема и таблица истинности вентиля ИЛИ с двумя входами.

Рис. 1.2. Релейная схема вентиля ИЛИ с двумя входами.

Для каждой из четырёх возможных комбинаций входных состояний (0-0, 0-1, 1-0 и 1-1) существует одно определённое и однозначное выходное состояние. Независимо от того, имеем ли мы дело с множеством каскадных вентилей или с одним вентилем, это выходное состояние определяется таблицей(-ами) истинности для вентиля(-ей) в схеме и ничем другим. Однако если мы изменим эту вентильную схему так, чтобы обеспечить обратную связь по сигналу с выхода на один из входов, случится странное:

Рис. 2.1. В вентиле ИЛИ один из входов и выход соединим обратной связью (вентильная схема и таблица истинности).

Рис. 2.2. В вентиле ИЛИ один из входов и выход соединим обратной связью (релейная схема).

Мы знаем, что если A равно 1, выход также должен быть 1. Такова природа вентиля ИЛИ: любой «высокий» (1) вход влечёт «высокий» (1) выход. Однако, если вход A «низкий» (0), нельзя гарантировать логический уровень или состояние выхода в нашей таблице истинности.

Поскольку выход возвращается на один из входов логического элемента ИЛИ, а мы знаем, что любой «высокий» (1) вход логического элемента ИЛИ даёт «высокий» (1) выход, эта схема «зафиксируется» в состоянии 1 для выхода если в любой период времени A будет равно 1. Когда A равен 0, на выходе может как 0 так и 1 – в зависимости от предшествующего состояния схемы!

Правильный способ заполнить приведённую выше таблицу истинности — указать термин «защёлка» вместо вопросительного знака, указывающий на то, что выход сохраняет свое предшествующее состояние, если A равно 0.

Любая цифровая схема, использующая обратную связь, называется мультивибратором. Простой пример, который мы только что рассмотрели с вентилем ИЛИ называется бистабильным мультивибратором. Он называется «бистабильным», потому что может стабилизироваться в одном из двух возможных выходных состояний: или 0 или 1.

Существуют также моностабильные мультивибраторы, которые имеют только одно стабильное выходное состояние (называемое устойчивым состоянием), которое мы рассмотрим позже; и нестабильные мультивибраторы, которые не имеют стабильного состояния (колеблются между выходным сигналом 0 и 1).

Простейший нестабильный мультивибратор представляет собой инвертор, выход которого напрямую подаётся обратно на вход:

Рис. 3.1. Вентильная схема простейшего нестабильного мультивибратора – инвертор с обратной связью.

Рис. 3.2. Релейная схема простейшего нестабильного мультивибратора – инвертор с обратной связью.

Если на вход подать 0, выход переключается на 1. Этот выход, равный 1, возвращается на вход как 1. Когда на входе 1, выход переключается на 0. Этот 0 на выходе возвращается на вход как 0, и весь цикл повторяется.

В результате получается высокочастотный (несколько мегагерц) генератор, если его реализовать с твердотельным (полупроводниковым) инверторным вентилем.

Если реализовать в релейной логике, результирующий генератор будет значительно медленнее, циклически повторяясь с частотой, находящейся в пределах звукового диапазона. Сформированная таким образом схема зуммера или вибратора широко использовалась в ранних радиосхемах как способ преобразования стабильной низковольтной мощности постоянного тока в пульсирующую мощность постоянного тока, напряжение которой затем можно было повышать с помощью трансформатора для получения высокого напряжения, необходимого для работы. Это использовалось, например, в ламповых усилителях.

Инженеры Генри Форда также использовали схему «зуммера + трансформатор» для создания постоянного высокого напряжения для работы свечей зажигания в автомобильных двигателях легендарной модели «T»:

Рис. 4. Высоковольтная катушка зажигания для Ford Model T.

Заимствуя терминологию из старых схем механического зуммера (вибратора), инженеры твердотельных схем называли любую схему с двумя или более вибраторами, соединёнными вместе, мультивибратором. Упомянутый ранее нестабильный мультивибратор с одним «вибратором» чаще реализуется с несколькими вентилями, как мы увидим позже. Наиболее интересными и широко используемыми мультивибраторами являются бистабильные мультивибраторы, поэтому сейчас мы рассмотрим их подробно.