Триггеры на логических элементах

Триггер — спусковое устройство с двумя состояниями устойчивого равновесия, которое переходит из одного состояния в другое при воздействии входных сигналов за счет регенеративного процесса.

Регенеративный процесс — это переходный процесс в электрической цепи, охваченной положительной обратной связью с петлевым коэффициентом усиления bK>1 в широком диапазоне частот, сопровождающийся резким изменением токов и напряжений цепи.

Симметричный триггер на биполярных транзисторах типа n-p-n представлен на рис.1.37.

Через диод VD₂ на базу транзистора VT₂ подадим импульс положительной полярности. Транзистор VT₂ начнет открываться, ток коллектора I_K2 начнет увеличиваться, напряжения U_K2 и U_Б1 будут уменьшаться, транзистор VT₁ выйдет из насыщения и начнет запираться, ток его коллектора I_K1 будет уменьшаться, а напряжение U_K1 будет увеличиваться. На базе транзистора VT₂ напряжение U_Б2 увеличивается, и VT₂ еще сильнее открывается. Таким образом, в результате действия ПОС транзистор VT₁ закроется, а VT₂ откроется, и в этом состоянии триггер будет находиться, пока внешний сигнал не выведет его из этого состояния.

Оба транзистора могут находиться в активной области, но такое состояние является неустойчивым.

Схему рассмотренного триггера можно изобразить как состоящую из двух инверторов (рис. 1.38).

Если во включенном состоянии один транзистор насыщен, то такой триггер называется насыщенным.

Если во включенном состоянии один транзистор находится на грани насыщения, то такой триггер называется ненасыщенным.

Емкости С₁ и С₂ в схеме на рис. выполняют функцию запоминающих элементов ¾ они запоминают предыдущее состояние триггера. Другая их функция ¾ ускоряющая.

Работу рассмотренной схемы можно исследовать с помощью характеристик переключения (рис. 1.39). В точке 2 могут находиться оба транзистора в активном режиме, но точка 2 ¾ неустойчивая, тогда как точки 1 и 3 ¾ устойчивые.

Существует много способов соединения ЛЭ в схему триггеров. Все триггеры на ЛЭ делятся по двум признакам:

1. По способу записи информации в триггер (способ записи обуславливает временную диаграмму работы триггера):

1) асинхронные (несинхронизируемые) триггеры,

2) синхронизируемые (тактируемые) триггеры.

2. По функциональному назначению:

3) триггеры с установочными входами (RS-триггеры),

4) триггеры со счетным входом (Т-триггеры),

5) триггеры задержки (D-триггеры), или триггеры записи информации по одному входу,

6) универсальные триггеры, в которых при помощи внешних соединений входных цепей можно получить перечисленные выше триггеры.

RS-триггеры

RS-триггеры могут выполняться на элементах ИЛИ-НЕ или на элементах И-НЕ.

Рассмотрим триггер, выполненный на элементах ИЛИ-НЕ (рис. 1.40). На схемах такой триггер обозначается как на рис. 1.41.

Вход триггера S (set) устанавливает выход Q = 1, а вход R (reset) устанавливает Q = 0.

Ниже представлена таблица переходов RS-триггера.

Комбинация сигналов R = S = 1 для данного типа триггеров является запрещенной, т.к. в этом случае . Если снять эту комбинацию сигналов, подав ,например, R = S = 0, то схема установится в состояние, определяемое асимметрией триггера.

Комбинация сигналов R = S = 0 не изменяет текущее состояние триггера.

Рассмотрим триггер, выполненный на элементах И-НЕ (рис. 1.42). На схемах такой триггер обозначается как на рис. 1.43.

Ниже представлена таблица переходов RS-триггера на элементах И-НЕ.

Комбинация сигналов R = S = 0 для данного типа триггеров является запрещенной, т.к. в этом случае . Если снять эту комбинацию сигналов, подав ,например, R = S = 1, то схема установится в состояние, определяемое асимметрией триггера. Комбинация сигналов R = S = 1 не изменяет текущее состояние триггера. Триггер на элементах И-НЕ ¾ триггер с инверсным управлением.

Рассмотренные выше два триггера относятся к асинхронным триггерам. Рассмотрим синхронизируемый RS-триггер (рис. 1.44), который изображается на схемах как на рис.1.45.

Вход С ¾ синхронизирующий вход. Если С = 0, то, не зависимо от сигналов на входах S и R, на выходах обеих схем совпадения DD₁ и DD₂ сигналы R' = S' = 1, а такая комбинация не меняет состояния триггера. Предположим, что Q = 1 и действует комбинация сигналов S = 1, R = 0, C = 1. Тогда R' = R = 1 и S' = S = 0, и триггер установится в единицу, т.е. Q = 1. Таким образом, только при наличии синхронизирующего импульса можно изменять состояние триггера.

Т-триггер

Рассмотрим наиболее простую схему Т-триггера (рис. 1.46).

Условное обозначение Т-триггера представлено на рис. 1.47.

Если Т = 0, то на выходе нижнего инвертора , и триггер Т₂ устанавливается в то же состояние, что и Т₁. Предположим, Q₁ = 0, тогда Q₂ = 0. Если Т = 1, то , и этим сигналом триггер Т₂ отключается от Т₁. Триггер Т₁ устанавливается в единицу. После снятия входного сигнала, т.е. при Т = 0, триггер Т₂ устанавливается в единицу.

Другой вариант схемы Т-триггера представлен на рис. 1.48.

Синхронизируемый T-триггер:

При комбинации T=1, C=1 триггер меняет свое состояние на противоположное. Если удерживать T=1, а входные сигналы подавать на вход С, то на каждый синхронизируемый импульс триггер будет менять свое состояние (асинхронный триггер со счетным входом).

Д-триггер

1) Q₁=1; =0; D=0; C=0. Выход Q триггера T₂à1;

2) Q₁=1; =0; D=0; C=1. Выход Q₁ триггера T₁à0.

Выход отключает T₂ от T₁. Когда C=0 и T₂àT₁=0, новое состояние триггера может использоваться в следующем такте. Таким образом, триггер устанавливается в состояние, соответствующее информации на его входе D при действии синхронизирующего импульса на его входе. Информация появляется только после снятия синхроимпульса.

Синхронизируемый D-триггер со счетным входом:

Схема на трех RS-триггерах с инверсным управлением (3 И-НЕ).

Таблица состояния.

D	C	F	A	B	E	Q

1) D=0; C=0; Q=0; =1.

D-триггер состоит из трех RS-триггеров с инверсными управлениями: 1-2, 3-4, 5-6. У всех триггеров верхний вход — S, нижний — R. В состояние Q=1 триггеры устанавливаются сигналами S=0, R=1, в состояние Q=1 — сигналами S=1, R=0. Запрещенная комбинация — S=R=0. В этом случае Q= =1. При B=E=1 состояние триггера 1‑2 не изменится.

2) для триггера 1-2: D=1; C=0; для триггера 5‑6: R=D=1; S=C=0; E=1; F=0; для триггера 3‑4: S=F=0; R=C=0, A=B=1.

Сигналами B=E=1 триггер 1‑2 не меняет свое состояние.

3) D=1; C=1. Тогда E=1; F=0.

D-триггер устанавливается в состояние, определяемое сигналом на входе D в момент прихода синхронизирующего импульса. В другие моменты времени переключение триггера произойти не может. D-триггер может работать как счетный триггер при подаче на вход D сигнала с выхода .