Типы триггеров
В следующих разделах представлены принципы функционирования стандартных устройств. Они могут работать автономно либо в различных комбинациях. Сочетания триггеров в электронике применяют для построения сложных логических схем.
Что такое trigger RS типа
Эти элементы делят на группы по способам управления. Для удобства здесь и далее пояснения сделаны с помощью логических компонентов. При необходимости можно собрать аналогичный триггер на реле или транзисторах.
RS-триггер асинхронный
Работоспособную схему можно собрать из двух типовых элементов «И-НЕ».
Схемотехника, таблица состояний, графики сигналов
RS-триггер синхронный
В этой схеме при подаче «1» на С устройство обеспечивает режим «прозрачности». Изменения на входах R и S с минимальной внутренней задержкой отображаются в промежуточных точках /R и /S. После установки управляющего сигнала «0» включается хранение данных.
Переключение состояний происходит только при наличии управляющего (тактового) сигнала
D-триггер синхронный
На графиках работы видно, что изменение выходного сигнала происходит только при наличии «1» на входе С. Данные сохраняются в неизменном состоянии до поступления следующего импульса синхронизации. В этом цикле обеспечивается беспрепятственная проводимость данных.
Эти устройства имеют отдельный вход для информационных сигналов
D-триггер двухступенчатый
Как и в предыдущем примере, здесь используется один канал поступления данных – D. На схеме показано, как создано более сложное устройство из двух одноступенчатых блоков.
Двухступенчатая «защелка» с управлением синхроимпульсом
T-триггер синхронный
Такие устройства подходят для двукратного уменьшения частоты. На картинке показаны счетчики, собранные на базе триггеров RS и D типа.
Один выходной сигнал формируется на каждые два синхроимпульса
JK-триггер
Рабочие циклы этого устройства аналогичны рассмотренному выше триггеру типа RS. Главное отличие – изменение выходного сигнала на противоположное значение (инверсия) выходного сигнала после подачи «1» на K и J одновременно. Следует подчеркнуть отсутствие запрещенных комбинаций в информационных каналах.
Схема, собранная на элементах «И-НЕ»
Триггер Шмитта на транзисторах
Для лучшего понимания работы схемы вначале предположим, что на входе транзистора Т1сигнал отсутствует. Резисторы R1, R2 и R3, включенные между положительным зажимом источника питания и землей, образуют делитель напряжения, и падение напряжения на резисторе R3 будет положительным относительно эмиттера транзистора Т2, благодаря чему поддерживается открытое состояние этого транзистора. На коллектор транзистора Т2через резистор R4 подается положительное напряжение от источника питания. При открытом транзисторе на резисторе R5 в цепи эмиттера появляется падение напряжения, так как через него протекает ток эмиттера; полярность напряжения показана на рисунке. Через низкоомную вторичную обмотку входного трансформатора L2 напряжение на R5 прикладывается между эмиттером и базой транзистора T1 и создает обратное смещение на переходе база — эмиттер транзистора Т1. Поэтому Т1закрыт. Такое стабильное состояние схемы является одним из двух возможных состояний. Из-за протекания тока через резистор R4 и падения напряжения на нем коллекторное напряжение на выходном зажиме меньше напряжения источника. Конденсатор С2не пропускает на выход постоянного напряжения, и в рассматриваемом стабильном состоянии триггера выходное напряжение равно нулю.
При подаче на вход импульса напряжения он не будет оказывать влияния на схему, если амплитуда импульса меньше напряжения смещения между базой и эмиттером транзистора Т1, подаваемого с резистора R5. Если же амплитуда входного импульса превысит указанную величину, то транзистор Т1 откроется. Вследствие уменьшения напряжения на коллекторе транзистора Т1уменьшается прямое смещение на базе транзистора Т2, в результате чего его ток эмиттера уменьшится. Соответственно уменьшится падение напряжения на резисторе R5, а прямое смещение на базе первого транзистора возрастет и вызовет дальнейшее увеличение тока через транзистор Т1. Падение напряжения на резисторе Ri еще больше возрастет и приведет к еще большему уменьшению прямого смещения на базе Т2и уменьшению падения напряжения на резисторе R5. Этот регенеративный процесс будет продолжаться до тех пор, пока транзистор Т1полностью не откроется, а Т2не закроется. Когда ток коллектора транзистора Т2спадет от максимальной величины до нуля и соответственно падение напряжения на резисторе R4 станет уменьшаться, напряжение на коллекторе, которое является выходным, начнет возрастать. Изменение напряжения на коллекторе передается через конденсатор С2 и является выходным сигналом; форма и величина выходного сигнала зависят от величины сопротивления нагрузки R„ и постоянной времени (R4 + Rн)С2. Состояние, соответствующее отпертому транзистору Т1и запертому транзистору Т2, является вторым устойчивым состоянием схемы, и оно сохраняется в течение длительности входного импульса. Когда напряжение входного импульса спадет до нуля, схема вновь возвратится в исходное состояние: транзистор Т1закрыт, а транзистор Т2открыт. Если постоянная времени (R4 + Rн)С2 значительно превосходит длительность входного импульса, то амплитуда выходных импульсов остается практически постоянной независимо от изменений высоты входных импульсов (при условии, что они превосходят уровень запирания Т1).
На частотах повторения импульсов более 20 кГц эффективность схемы можно повысить путем применения конденсатора связи вместо входного трансформатора.
Синхронные и асинхронные триггеры
Эти группы созданы по принципу зависимости состояний выхода от синхроимпульсов.
Асинхронные триггеры
Изделия данного типа изменяют состояние хранящейся информации после поступления соответствующих данных на вход. Незначительная задержка объясняется временем прохождения сигнала по цепи переключающих элементов схемы.
Синхронные триггеры с динамическим тактированием
В этой группе представлены изделия, управляемые синхроимпульсами. Переключение состояния выполняется по переднему или заднему фронту. При отсутствии активности на C данные сохраняются в неизменном состоянии, вне зависимости от поступления новой информации.
Место триггеров в цифровой схемотехнике
В отличие от комбинационных логических схем, которые изменяют состояние в зависимости от фактических сигналов, поданных на их входы в определенное время, последовательностные логические имеют некоторую форму присущей им встроенной «памяти», так что они могут учитывать как предыдущее, так и фактическое состояние их входов и выходов. Общая структурная схема последовательностного устройства показана ниже.
RS-триггер как цифровой управляющий автомат включает собственно память и комбинационную схему управления на типовых лигических элементах, реализующую его входной логический алгоритм. Если рассматривать эту схему применительно к простейшим схемам триггеров, то они не имеют структурно выделенной памяти в виде какой-то специализированной микросхемы или схемного узла. Память триггера существует на уровне функции, она словно встроена в алгоритм работы его комбинационной схемы управления. Проявлением этой «памяти» является так называемая бистабильность триггера, выходы которого могут находиться в одном из двух основных состояний: логической единицы (далее — 1) или логического нуля (далее — 0). Установившиеся значения своих выходов триггер запоминает («защелкивает» их) и сохраняет, пока не возникнет очередное изменение его входных сигналов.
Реле времени на 555 таймере своими руками
В видеоуроке канала «Обзоры посылок и самоделки от jakson» будем собирать схему реле времени на основе микросхемы таймера на NE555. Очень простая – мало деталей, что не составит труда спаять все своими руками. При этом многим она будет полезна.
Понадобится сама микросхема, два простых резистора, конденсатор на 3 микрофарада, неполярный конденсатор на 0,01 мкф, транзистор КТ315, диод почти любой, одно реле. Напряжение питания устройства будет от 9 до 14 вольт. Купить радиодетали или готовое собранное реле времени можно в этом китайском магазине.
Схема очень простая.
Схема реле времени на 555 таймере
Любой ее сможет осилить, при наличии необходимых деталей. Сборка на печатной макетной плате, что получится все компактно. В итоге часть платы придется отломать. Понадобится простая кнопка без фиксатора, она будет активировать реле.
Также два переменных резистора, вместо одного, который требуется в схеме, поскольку у мастера нет необходимого номинала. 2 мегаома. Последовательно два резистора по 1 мегаому.
Также реле, напряжение питания 12 вольт постоянного тока, пропустить через себя может 250 вольт, 10 ампер переменного.
После сборки в итоге таким образом выглядит реле времени на базе 555 таймера.
Электроника для самодельщиков в китайском магазине.
Все получилось компактно. Единственное, что визуально портит вид, диод, поскольку имеет такую форму, что его невозможно впаять иначе, поскольку у него ножки намного шире, чем отверстия в плате. Все равно получилось довольно неплохо.
Проверка устройства на 555 таймере
Проверим наше реле. Индикатором работы будет светодиодная лента. Так же подсоединим мультиметр. Проверим – нажимаем на кнопку, загорелась светодиодная лента. Напряжение, которое подается на реле – 12,5 вольт. Напряжение сейчас по нулям, но почему то горят светодиоды – скорей всего неисправность реле. Оно старое, выпаяно из ненужной платы.
При изменении положения подстроечных резисторов мы можем регулировать время работы реле. Измерим максимальное и минимальное время. Оно почти сразу же выключается. И максимальное время. Прошло около 2-3 минут – вы сами видите.
Но такие показатели только в представленном случае. У вас они могут быть другие, поскольку зависит от переменного резистора, который вы будете использовать и от емкости электроконденсатора. Чем больше емкость – тем дольше будет работать ваше реле времени.
Заключение
Интересное устройство мы сегодня собрали на NE 555. Все работает отлично. Схема не очень сложная, без проблем многие ее смогут осилить.
В Китае продаются некоторые аналоги подобных схем, но интересней собрать самому, так будет дешевле. Применение подобному устройству в быту сможет найти любой. Например, уличный свет.
Вы вышли из дома, включили уличное освещение и через какое-то время оно само выключается, как раз, когда вы уже уйдете.
Смотрите все на видео про сборку схемы на 555 таймере.
Виды D триггера
Умная розетка с wi fi управлением
Типовые решения с применением представленных логических элементов рассмотрены ниже. Допустимы другие комбинации для удвоения частоты и решения других задач.
D-триггер синхронный
Рассмотрим на упрощенном примере основы функционирования. Для этого уберем сервисные входы. Диаграммы демонстрируют изменение сигналов при разных комбинациях управления. В таблице показаны состояния для записи единиц и нулей, а также в режиме хранения.
D триггер: таблица истинности, схема, временные графики
Если подать на С единицу (ноль), изменение на D сопровождается появлением аналогичного сигнала на выходе Q
Следует обратить внимание на временные задержки. Пока синхронизация отсутствует, изделие не срабатывает, вне зависимости от состояния информационного входа
В соответствующих режимах:
- Запоминается предыдущее состояние на выходе;
- Обеспечивается «прозрачность» – практически мгновенное повторение входных значений;
- Фиксируется выходной сигнал («защелкивается»), когда сигнала С нет.
D-триггер двухступенчатый
В таких схемах объединяют последовательно два триггера. Первый – настраивают по увеличению входного сигнала. Второй – по спаду. Как видно на рисунке, состояние изменяется не одновременно с появлением новой информации, а с определенной временной задержкой, длительность которой равна одному полному рабочему циклу сигнала синхронизации.
Схема и временная диаграмма двухступенчатого триггера
История
Функциональный триггер можно создать из обычного реле с электромеханическим приводом. Установив нужным образом контакты управляющей цепи, обеспечивают включение силовой группы после определенной комбинации входных сигналов. Отдельной клавишей выполняют сброс.
Схема RS триггера на одном реле
Электронные аналоги были собраны в начале прошлого века из ламповых приборов. Действующие схемы впервые опубликованы российскими и английскими учеными в 1918-20 гг. Позднее стали применять полупроводниковые транзисторы. В наши дни соответствующие устройства создают с применением микроэлектронных технологий.
Классификация
RS триггер
Изделия этой категории разделены на две основные группы по принципу сигналов управления. В первой – формируется заданная последовательность выходных сигналов, если установлено состояние «1». После переходе в «0» генерация прекращается. Вторая – способна переключать выходное напряжение соответствующим образом. Как правило, «1» примерно соответствует уровню источника питания.
Также триггеры различают по следующим параметрам:
- синхронность рабочих циклов;
- статические (динамические) способы управления;
- сложность логических схем;
- одно,- или двухступенчатые.
Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе
Для реализации статических триггеров хорошо подходит схема усилителя с двумя каскадами. Связь между ними организуют прямую либо с ограничительными резисторами в соответствующих цепях.
Триггер (Trigger) Шмитта
Изделия этой категории могут быть созданы с применением разной элементной базы. В данном разделе рассмотрен триггер Шмитта на транзисторах. Он управляется изменением аналогового сигнала. В зависимости от уровня напряжения, выполняется переключение состояния памяти в соответствующее положение «0» или «1».
Классификация
RS триггер
Изделия этой категории разделены на две основные группы по принципу сигналов управления. В первой – формируется заданная последовательность выходных сигналов, если установлено состояние «1». После переходе в «0» генерация прекращается. Вторая – способна переключать выходное напряжение соответствующим образом. Как правило, «1» примерно соответствует уровню источника питания.
Также триггеры различают по следующим параметрам:
- синхронность рабочих циклов;
- статические (динамические) способы управления;
- сложность логических схем;
- одно,- или двухступенчатые.
Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе
Для реализации статических триггеров хорошо подходит схема усилителя с двумя каскадами. Связь между ними организуют прямую либо с ограничительными резисторами в соответствующих цепях.
Триггер на логических элементах
Триггер (Trigger) Шмитта
Изделия этой категории могут быть созданы с применением разной элементной базы. В данном разделе рассмотрен триггер Шмитта на транзисторах. Он управляется изменением аналогового сигнала. В зависимости от уровня напряжения, выполняется переключение состояния памяти в соответствующее положение «0» или «1».
Триггер Шмидта на транзисторах с подключенной нагрузкой
Синхронные и асинхронные триггеры
Эти группы созданы по принципу зависимости состояний выхода от синхроимпульсов.
Асинхронные триггеры
Изделия данного типа изменяют состояние хранящейся информации после поступления соответствующих данных на вход. Незначительная задержка объясняется временем прохождения сигнала по цепи переключающих элементов схемы.
Синхронные триггеры с динамическим тактированием
В этой группе представлены изделия, управляемые синхроимпульсами. Переключение состояния выполняется по переднему или заднему фронту. При отсутствии активности на C данные сохраняются в неизменном состоянии, вне зависимости от поступления новой информации.
Краткие теоретические сведения
Триггеры предназначены для запоминания двоичной информации. Использование триггеров позволяет реализовывать устройства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой хранится только на время вычислений).
Однако триггеры могут использоваться и для построения некоторых цифровых устройств с памятью, таких как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный или цифровые линии задержки.
RS-триггер
Основным триггером, на котором базируются все остальные триггеры является RS-триггер. RS-триггер имеет два логических входа:
- R – установка 0 (от слова reset);
- S – установка 1 (от слова set).
RS-триггер имеет два выхода:
- Q – прямой;
- Q- обратный (инверсный).
Состояние триггера определяется состоянием прямого выхода. Простейший RS-триггер состоит из двух логических элементов, охваченных перекрёстной положительной обратной связью.
Рассмотрим работу триггера:
Пусть R=0, S=1. Нижний логический элемент выполняет логическую функцию ИЛИ-НЕ, т.е. 1 на любом его входе приводит к тому, что на его выходе будет логический ноль Q=0. На выходе Q будет 1 (Q=1), т.к. на оба входа верхнего элемента поданы нули (один ноль – со входа R, другой – с выхода ). Триггер находится в единичном состоянии. Если теперь убрать сигнал установки (R=0, S=0), на выходе ситуация не изменится, т.к. несмотря на то, что на нижний вход нижнего логического элемента будет поступать 0, на его верхний вход поступает 1 с выхода верхнего логического элемента.
Будет интересно Что такое индуктивность
Триггер будет находиться в единичном состоянии, пока на вход R не поступит сигнал сброса. Пусть теперь R=1, S=0. Тогда Q=0, а =1. Триггер переключился в “0”. Если после этого убрать сигнал сброса (R=0, S=0), то все равно триггер не изменит своего состояния. Для описания работы триггера используют таблицу состояний (переходов). Обозначим:
- Q(t) – состояние триггера до поступления управляющих сигналов (изменения на входах R и S);
- Q(t+1) – состояние триггера после изменения на входах R и S.
Таблица переходов RS триггера в базисе ИЛИ-НЕ
| R | S | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
| Режим хранения информации R=S=0 | ||||
| 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | Режим установки единицы S=1 | ||
| 1 | 1 | 1 | ||
| 1 | Режим установки нуля R=1 | |||
| 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | * | R=S=1 запрещённая комбинация | |
| 1 | 1 | 1 | * |
RS-триггер можно построить и на элементах “И-НЕ” (рисунок 2.2).
Входы R и S инверсные (активный уровень “0”). Переход (переключение) этого триггера из одного состояния в другое происходит при установке на одном из входов “0”. Комбинация R=S=0 является запрещённой.
Таблица переходов RS триггера в базисе “2И-НЕ”
| R | S | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
| * | R=S=0 запрещённая комбинация | |||
| 1 | * | |||
| 1 | Режим установки нуля R=0 | |||
| 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | Режим установки единицы S=0 | ||
| 1 | 1 | 1 | ||
| 1 | 1 | Режим хранения информации R=S=1 | ||
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Синхронный RS-триггер
Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как при изменении входных сигналов может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется “опасные гонки”), то запоминать состояния логической схемы нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены, и сигнал на выходе комбинационной схемы соответствует выполняемой ею функции. Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала).
Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными. Принципиальная схема синхронного RS триггера приведена.
Таблица переходов синхронного RS-триггера
| R | S | C | Q(t) | Q(t+1) | Пояснения |
| 1 | Режим хранения информации R = S = 0 | ||||
| 1 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 1 | Режим установки единицы S =1 | ||
| 1 | 1 | 1 | 1 | ||
| 1 | 1 | Режим установки нуля R=1 | |||
| 1 | 1 | 1 | |||
| 1 | 1 | 1 | * | R = S = 1 запрещённая комбинация | |
| 1 | 1 | 1 | 1 | * |
В таблице 2.3. под сигналом С подразумевается синхроимпульс. Без синхроимпульса синхронный RS триггер сохраняет своё состояние.
Физические реализации триггеров
Базовый элемент создают из полупроводниковых приборов, используя современные технологические процессы для миниатюризации функциональных изделий.
Логический элемент на МОП транзисторах
Триггеры с тиристорами
Для повышения мощности подключаемой нагрузки можно собрать триггер с применением тиристоров. К управляющему электроду присоединяют вход S, к затвору – R. Для поддержания постоянного напряжения на аноде подойдет транзистор, включенный в соответствующую цепь.
Триггеры на релейно-контакторной базе
Несмотря на общие тенденции миниатюризации, вполне допустимо создать функциональный триггер из реле. Подобные решения, в частности, применяют для защиты цепей питания при включении мощных электроприводов.
