Zespół Szkół nr 9 im. Romualda Traugutta

w Koszalinie

Temat ćwiczenia:

Badanie przerzutników

Koszalin rok szk. 2002/2003

Impulsowe układy regeneracyjne nazywanie przerzutnikami, wykorzystują zjawisko niestabilności w aktywnych układach elektronicznych w celu uzyskania bardzo szybkiego przerzutu od jednego stanu stabilnego do drugiego. Działają one na podobnej zasadzie jak generatory drgań sinusoidalnych, z tą różnicą, że obwód sprzężenia zwrotnego nie jest selektywny. Podobnie jak w  przypadku generatorów niestabilności można uzyskać w dwojaki sposób: za pomocą sprzężenia zwrotnego lub stosując elementy o ujemnej rezystancji. W przerzutnikach elementy aktywne pracują w zakresach silnych nieliniowości charakterystyk i przybliżenia liniowe lub prawie liniowe nie mogą być stosowane.

1. Przerzutnik ze wzmacniaczem operacyjnym.

Zasadę działania przerzutnika najprościej można wyjaśnić na podstawie wzmacniacza operacyjnego objętego pętlą dodatniego sprężenia zwrotnego zapewniającego w zakresie aktywnym położenie biegunów układu w prawej półpłaszczyźnie zmiennej zespolonej s. Układ taki jest pokazany na rys. 1.

Rys. 1. Układ przerzutnika ze wzmacniaczem operacyjnym.

Niech U_IN = 0, zaś tłumienie dzielnika
jest mniejsze od wzmocnienia k. Dodatnie sprzężenie zwrotne spowoduje więc narastanie napięcia wyjściowego do nasycenia na poziomie +E_c lub malenie do nasycenia na poziomie -E_c, w zależności od warunku początkowego. Stan taki będzie utrzymany. W przypadku napięcia +E_c na wyjściu, na wejściu nieodwracającym otrzymuje się

U₊ =
E_c = zE_c

co wystarcza do utrzymania E_c na wyjściu, gdyż
jest mniejsze od k, analogicznie dla U_wy = -E_c napięcie na wejściu nieodwracającym

U₊ =
E_c = -zE_c

co również wystarcza do utrzymania -E_c na wyjściu. Przerzutnik może więc mieć dwa stany stabilne, w zależności od warunku początkowego. Z tego powodu nazywany jest przerzutnikiem dwustabilnym.

Jeżeli przy stanie +E_c na wyjściu powiększy się napięcie U_we na wejściu nieodwracającym, po przekroczeniu wartości zE_c napięcie U_wy zmieni znak i dla dużej wartości k, co ma miejsce w praktyce, bardzo szybko osiągnie wartość -E_c. Za pomocą napięcia U_we dokonuje się więc zmiany stanu przerzutnika. Zmniejszanie U_we spowoduje kolejny przerzut dopiero po dojściu do wartości -E_c. Charakterystyka wejściowa zakreśla pętlę histerezy.

Rys. 2. Charakterystyka przejściowa przerzutnika dwustabilnego.

W praktycznych zastosowaniach na wejście U_we są podawane krótkie impulsy dodatnie lub ujemne o amplitudzie przekraczającej zE_c, które powodują zmiany stanu przerzutnika. Układ zachowuje więc informacje o tym, czy impuls podany na jego wejście był dodatni czy ujemny. Spełnia on rolę elementarnej, jednobitowej komórki pamięci.

2. Tranzystorowy przerzutnik Shmitta.

Tranzystorowy przerzutnik dwustabilny może być również zrealizowany jako układ z dodatnim sprzężeniem zwrotnym bez obwodu selektywnego. Na rys.3. przedstawiono przerzutnik niesymetryczny ze sprzężeniem prądowym nazywany przerzutnikiem Shmitta.

Rys. 3. Układ tranzystorowego przerzutnika Schmitta.

Tranzystory T₁ i T₂ wraz z rezystorem R_e tworzą stopień wzmacniacza różnicowego. Traktując bazę tranzystora T₂ jako wejście, kolektor zaś tranzystora T₁ jako wyjście, jest to wzmacniacz nieodwracający fazy. Dzielnik R₁ - R₂ realizuje więc dodatnie sprzężenie zwrotne, tworząc dwustabilny układ regeneracyjny, jeżeli
jest większe od jedności (warunek amplitudy).

Rys. 4. Charakterystyka przejściowa tranzystorowego przerzutnika Schmitta.

Przerzutniki bistabilne mają zastosowanie w kładach regeneracyjnych, tzn. tam gdzie przebiegi o dowolnym kształcie mają być zamienione na przebiegi prostokątne o tej samej częstotliwości. Proces regeneracji przedstawiony jest na rys. 5.

Rys. 5. Zamiana sygnału odkształconego na sygnał prostokątny w przerzutniku dwustabilnym.

3. Przerzutniki TTL.

Podstawowymi elementami pamięciowymi w technice TTL są synchronizowane przerzutniki złożone typu JK, D i T. Przerzutniki te mają dwa rodzaje wejść:

• wejścia przygotowujące J,K,T,D,

• wejście zegarowe (sterujące) C (ang. Clock)

Zmiana stanu przerzutnika następuje pod wpływem zmiany sygnału zegarowego: z „0” na „1” lub z „1” na „0”. Rodzaj tej zmiany jest określony przez stan wejść przygotowujących w pewnym odcinku czasu poprzedzającym zmianę sygnału zegarowego.

1. W przypadku przerzutnika JK sygnały na wejściach przygotowujących oddziaływają na przyszły stan przerzutnika w okresie, gdy C = 1. Sposób działanie przerzutnika JK określa tablica przejść

J	K	Qn+1
0	0	Q
1	0	1
0	1	0
1	1

2. Zasada działania przerzutnika typu D jest określone przez tablicę przejść.

D	Qn+1
0	0
1	1

3. Zasada działania przerzutnika Typu T jest określona przez tablicę przejść.

T	Qn+1
0	Q
1

4

Badanie przerzutników.

5

Przygotowanie teoretyczne.

---