6CIRCUITE ELECTRONICE BASCULANTECircuitele basculante sunt circuite electronice caracterizate prin faptul c ieirea acestuia, n condiii precizate, efectueaz tranziii ntre dou stri, una caracterizat printr-un nivel jos de tensiune (L- low) iar cealalt caracterizat printr-un nivel de tensiune mare ( H high). Nivelul L este apropiat de valoarea tensiunii negative de alimentare a circuitului, iar dac alimentarea de curent continuu este cu o singur surs nivelul este apropiat de potenialul masei circuitului. Nivelul H este apropiat de valoarea tensiunii pozitive de alimentare a circuitului. Nivelele L i H de tensiune sunt asociate valorilor logice binare zero logic i respectiv unu logic.

6.1. Clase de circuite basculanteCircuitul basculant este bistabil dac tranziia dintr-o stare n alta a ieirii are loc numai sub aciunea unui impuls numit impuls de basculare. Impulsul de basculare reprezint o tranziie pozitiv (tensiunea crete) sau o tranziie negativ a semnalului (tensiunea scade) care se aplic la intrarea circuitului. Circuitul este basculant astabil (CBA) dac tranziia ieirii de la o stare la alta are loc la momente de timp stabilite de elementele fizice ale circuitului, fr ca s fie necesar aplicarea vreunui impuls de basculare. Circuitul genereaz la ieire oscilaii cu form de und dreptunghiular.[2,3,9]

171

Dac generarea oscilaiilor ncepe imediat ce se conecteaz sursa de alimentare circuitul basculant astabil este necomandat, sau independent. CBA este comandat dac generarea oscilaiilor are loc numai dup ce circuitul a primit un semnal de comand. Circuitul basculant monostabil (CBM) este un circuit cu o singur stare stabil a ieirii a doua stare fiind cvasistaionar. Conectarea sursei de alimentare determin starea stabil a circuitului. Tranziia ieirii din starea stabil n starea cvasistaionar se face numai la tranziia intrrii de semnal a circuitului din L n H sau invers. Timpul n care ieirea se afl n starea cvasistaionar este, n mod normal stabilit de elementele fizice ale circuitului (nu este stabilit de forma sau durata impulsului de basculare) . Dup expirarea acestui timp circuitul revine cu ieirea la starea staionar, care stare nu se mai schimb dac pn la apariia unui alt eveniment. CBM este resetabil dac starea cvasistaionar poate fi ntrerupt prin intermediul unui semnal de comand, semnal aplicat unei intrri numit de resetare. Imediat ce circuitul primete un semnal de resetare, i modific starea ieirii i revine la starea staionar.V R C

Vi

CBM

V0

RS T

RT G

Fig. 6.1. CBM este retrigerabil sau, altfel spus, poate funciona n regim de redeclanare, dac nu pierde nici un impuls aplicat intrrii de semnal n intervalul de timp ct ieirea se afl n starea cvasistaionar. n mod normal, n cazul circuitelor neretrigerabile semnal de basculare care se aplic n intervalul strii cvasistaionare nu determin nici o modificare a strii circuitului semnalul este ignorat.

172

n cazul circuitelor retrigerabile semnal de basculare care se aplic n intervalul strii cvasistaionare determin iniializarea timpului ct ieirea va fi n starea cvasistaionar (ieirea rmne n starea cvasistaionar n continuare nc un interval de timp). Se prelungete astfel timpul ct ieirea circuitului se afl n starea cvasistaionar, fa de timpul pe care l impun elementele fizice ale circuitului. Figura 6.1 evideniaz pinii circuitului integrat asociai Vi intrrii de semnal, RST intrrii de resetare, RTG intrrii de trigger, care stabilete modul de lucru al CBM (normal pentru RTG=L sau retrigerabil pentru RTG=H), V0 ieirea circuitului i elementele fizice R, C care stabilesc durata regimului cvasistaionar. Circuitul Trigger Schmitt (CTG) este un circuitul basculant monostabil la care durata strii cvasistaionar este impus de semnalul de intrare aplicat circuitului. Timpul ct ieirea circuitului se afl n starea cvasistaionar este stabilit de nivelul tensiunii aplicate la intrarea de semnal (la CBM timpul ct se afl n starea cvasistaionar este impus de elementele fizice). n figura 6.2 este prezentat caracteristica de transfer a CTG.

V0

V0H

V0L Vi

ViLFig. 6.2.

ViH

Ieirea circuitului este n V0L ct timp semnalul de la intrare este mic Vi < ViH. Bascularea ieirii din V0L n V0H are loc la Vi = ViH. Chiar dac Vi scade sub ViH ieirea se menine n V0H , pn cnd Vi scade sub ViL cnd are loc bascularea din V0H n V0L.

173

Spunem c circuitul are o caracteristic de transfer cu histerezis deoarece tensiunea de intrare la care se face comutarea ieirii depinde de modul n care se modific tensiunea de intrare. Astfel comutarea ieirii din starea L se face la Vi = ViH dac tensiunea de intrare crete i comutarea n L se face la Vi = ViL tensiunea de intrare scade.

6.2. Implementri ale circuitelor basculanteCircuitul basculant astabil cu amplificator operaional n figura 6.3 este prezentat schema de principiu a unui CBA cu amplificator operaional cu alimentare bipolar.R1+ Vss

-V VC C1+V

V0 + - Vss R 3 R 2

Fig. 6.3. n figura 6.4 sunt prezentate formele de und asociate CBA din figura 6.3. Tensiunea la intrarea neinversoare este fixat de cele dou rezistoareV+ = R2 V0 = kV0 R2 + R3

k V0H = +k Vss V+ = k V0L = -k Vss

pentru V+ > Vpentru V+ < V174

VC

kVss t -kV ss V0 V+ t V -

Fig. 6.4. Deoarece AO are o reacie pozitiv prin R2 i R3 , procesul de modificare a ieirii, la schimbarea condiiilor de la intrarea circuitului, este foarte rapid. Tensiunea de la ieirea AO va avea dou valori distincte i anume: V0H = +Vss V0L = -Vss (pentru V+ > V-) , (pentru V+ < V-).

Conectarea sursei de alimentare determin stabilirea ieirii circuitului ntr-una din cele dou stri. Fie acea stare (dup conectarea tensiunii de alimentare) V0 = V0H = Vss V+ = kVss i V- = 0

condensatorul C1 se ncarc, prin R, de la V0. Tendina condensatorului este s se ncarce pn la V0 = V0H = Vss. ncrcarea condensatorului se oprete la k Vss pentru c VC = V- . Deoarece condensatorul furnizeaz tensiune bornei V- rezult c s-au schimbat condiiile de la intrare, acum avem V+ < V- are loc bascularea ieirii din starea V0H n V0L. La acest moment de timp condensatorul este ncrcat la valoarea VC = kVss i este conectat cu o armtur la mas iar cu cea pozitiv la V0 = -VSS. ncepe procesul de descrcare a sarcinii pozitive (cu care era ncrcat condensatorul) i de ncrcare cu sarcin negativ. ncrcarea se 175

oprete cnd VC = - k Vss, pentru c se schimb din nou condiiile de la intrarea amplificatorului operaional, V+ > V- , care determin bascularea ieirii n starea V0 = V0H = Vss . Att la ncrcare ct i la descrcare, circuitul fiind acelai, procesul va avea aceeai constant de timp = RC1 i se va desfura conform modelului:vC (t ) = VCF (VCF VCI ) e . t

Pentru a determina momentele de timp la care se schimb starea circuitului vom stabili valorile tensiunilor VCI, VCF att pentru procesul de ncrcare ct i pentru procesul de descrcare a condensatorului. Procesul de ncrcare a condensatorului ncepe cu condensatorul ncrcat la valoarea VCI = -kVss. Tensiunea pe condensator tinde ctre valoarea final VCF = Vss, Procesul de ncrcare se oprete cnd VC = +kVss, la timpul la T1 . n procesul de descrcare a condensatorului avem tensiunea iniial VCI = kVss . Tensiunea pe condensator tinde ctre valoarea final VCF = -Vss. Procesul de descrcare se oprete la T2 cnd VC = -kVss. Din condiiile de oprire a procesului se obin cei doi timpi de comutare:1 k T1 = T2 = ln 1 + k 1 k T = T1 + T2 = 2 ln , 1+ k

unde T este perioada semnalului dreptunghiular generat de circuit. Se constat c factorul de umplere ( definit ca raport ntre timpul ct ieirea este n starea H i timpul total timpul dintre dou comutri din L n H) este de 50%. Pentru ca s obinem o und dreptunghiular cu alt factor de umplere se recurge la separarea circuitului de ncrcare de circuitul de descrcare al condensatorului, ca n figura 6.5. Observm prezena n circuit a dou diode semiconductoare care conecteaz condensatorul la ieirea amplificatorului operaional. Una din diode (D+) permite ncrcarea condensatorului cnd tensiunea de ieire este pozitiv, iar cealalt (D-) cnd tensiunea de ieire este negativ. Dac tensiunea de la ieire este la valoarea Vss condensatorul se ncarc prin R1+ , ca n figura 6.6, deoarece D+ este n conducie iar Deste blocat. 176

Cnd tensiunea la ieirea circuitului este negativ dioda D- este n conducie.DD+ R 1R1+ + Vss -V VC C1+V

V0 + -Vss R 3 R 2

Fig. 6.5. Constantele de timp sunt: - la ncrcarea condensatorului ctre valori pozitive ale tensiunii 1 = R1C1 ,1 k T1 = 1 ln 1+ k

,

- la ncrcarea condensatorului ctre valori negative ale tensiunii 2 = R2C1 ,1 k T2 = 2 ln 1+ k

.

Tensiunea de la ieire notat cu V0 , n funcie de starea circuitului, are valorile V0 = + kVss sau V0 = kVss , unde constanta k estek= R2 , R2 + R3

conform figurii 6.3.

177

V

V0

VC

t T 1 T 2

T T+ T = 1 2

Fig. 6.6. Circuitul basculant monostabil cu amplificator operaional n figura 6.7 este prezentat o modalitate de a forma un circuit basculant monostabil cu ajutorul unui amplificator operaional. Amplificatorul operaional avnd o reacie pozitiv, accept la ieire numai valorile sursei de alimentare i anume V0H = +V , V0L = -V. Dac tensiunea de la ieirea montajului este pozitiv (V0H = +V) dioda D2 este n conducie, dar i dioda D1 este n conducie i impune tensiunea de pe condensator la valoarea VC = VD1 = 0,7 V. Tensiunea pe intrarea inversoare este egal cu tensiunea de pe condensator V- = VC = 0,7 V. Divizorul de tensiune, realizat cu rezistoarele egale, R3 stabilete la intrarea neinversoare V+ un potenial egal cu jumtatea tensiunii de ieire. Deoarece V+ > V- rezult c starea stabil a circuitului este cu ieirea n starea V0 = V0H = +V. Circuitul menine ieirea n starea staionar un timp indefinit dac nu se modific condiiile de la intrarea amplificatorului operaional, anume att timp ct V+ > V-. Pentru ca circuitul s basculeze n starea nestaionar se impune ca tensiunea aplicat la intrare s conduc la V+ < V- , ceea ce se ntmpl dac Vi < + VD = V 2 V 0,7 pentru c iniial avem 2

178

V- = VD1 = 0,7 V i V+ = pentru Vi = V 0,75 vom avea 2

V0 V = 2 2

V- = VD1 = 0,7 V i V+ = - 0,75 V,R 2 R 1 D2+V

D1

C1

VC

AO+ R 3 -V VA= V0/2 R 3

V0

CC Vi

Fig. 6.7.

Ceea ce va determina bascularea ieirii n starea V0 = V0L = V . Bascularea, datorit reaciei pozitive, are ntr-un timp foarte scurt, ca n figura 6.8. Condensatorul va fi cuplat, prin rezistorul R1 la tensiunea negativ de la ieirea circuitului. Diodele D1 i D2 fiind blocate ncepe procesul de ncrcare, cu tensiune negativ a condensatorului. Circuitul, n starea nestaionar are ieirea la potenialul negativ al sursei de alimentare V0 = V0L = V i tensiunea la intrarea neinversoareva fi V+ = V0 V . = 2 2

Tensiunea de la care pleac ncrcarea este VCi = VD = 0,7 V, cu tendina de a ajunge la valoarea final VCf = - V. Ecuaia tensiunii de pe condensator este>vC (t ) = VCf (VCf VCi )e , t

unde = R1C.

179

Vi

t -V/2

V0 +V

t -V VC1

+V t -V/2 -V

Fig. 6.8. Procesul de ncrcare se oprete cnd tensiunea de pe condensator determin o valoare a tensiunii pe intrarea inversoare

V- < V+ =

V0 V = , la t = Td. 2 2

Se nlocuiete aceast condiie n ecuaia tensiunii de pe condensator d V = VCf (VCf VCi )e 2 T d V = V ( V 0,7 )e 2 T

d V V ( V )e 2

T

180

Td = ln (2 ) = R1C ln 2

Imediat ce se ncheie regimul nestaionar, dup timpul Td , circuitul basculeaz n starea de regim permanent, cu ieirea la

V0H = +V V+ =

V0 V =+ 2 2

i

V = v C =

V . 2

Condensatorul va fi cuplat, prin rezistorul R2 i dioda D2 la tensiunea pozitiv de la ieirea circuitului, avnd tendina s se ncarce la aceast valoare de tensiune VCf = +V , de la valoarea iniialVCi = V . 2

Procesul de ncrcare se ncheie cnd dioda D1 intr n conducie, adic cnd vC (Ti ) = VD = 0,7V , dup un interval de timp Ti . Timpul de revenire Ti se deduce din condiia de mai sus0,7 = VCf (VCf VCi )e Ti

i

V cu i = R2 C 0 = V V + e i 2

Ti

3 3 Ti = i ln = R2 C ln . 2 2

Constatm c circuitul basculeaz dup ce tensiunea pe condensator revine n starea de regim permanent, ceea ce nseamn c un nou impuls de basculare poate fi aplicat dup un timp3 T = Td + Ti = R1C ln 2 + R2C ln . 2

Circuitul basculant Trigger Schmitt cu amplificator operaionaln figura 6.9 este prezentat schema de principiu a unui circuit basculant Trigger Schmitt (TG) realizat cu un amplificator operaional. Circuitul are dou intrri dintre care la una, notat cu VI se aplic semnalul de intrare, iar la cealalt se aplic o tensiune de referin , notat n figur cu VR. Schema este prevzut cu o reea de reacie pozitiv, ceea ce nseamn c bascularea circuitului se face ntr-un timp foarte scurt i c la intrarea neinversoare se aplic un semnal de la ieirea circuitului. Considernd c intrrile circuitului absorb un curent foarte mic, curentul furnizat de sursa de semnal VR are expresiaI= VR V0 R1 + R2

determin potenialul bornei neinversoare 181

V+ = VR R1 I = VR

R1 (VR V0 ) . R1 + R2

R2 R1

VR VI

+V V0

R

-V

Fig. 6.9. Tensiunea la ieirea circuitului accept dou valori discrete, pentru care se obin dou valori ale tensiunii aplicate bornei neinversoare Pentru V0 = V0H = +V avemV+ = VR R1 I = VR R1 (VR V ) , R1 + R2

iar pentru V0 = V0L = -V avemV+ = VR R1 I = VR R1 (VR + V ) , R1 + R2

valori care determin pragurile de basculare. n figura 6.10 sunt prezentate formele de und ale tensiunii de ieire pentru un semnal de intrare dat. Prezena tensiunii pozitive VR, n lipsa semnalului aplicat la intrare determin starea stabil a circuitului i anume cu ieirea V0 = V0H=+V. La intrarea neinversoare se regsete tensiuneaV+ = VR R1 I = VR R1 (VR V ) . R1 + R2

182

Pentru ca circuitul s basculeze se impune ca semnalul de la intrare s fie mai mare ca valoarea precizat, deoarece V- = VI, determinnd astfel inegalitatea V+ < V- . Notm V1 = VI tensiunea care determin bascularea montajului din starea H n starea L i introducem aceast notaie n condiia de basculareV+ = VR R1 I = VR R1 (VR V ) V = VI = V1 R1 + R2

V1 =

R2 R1 VR + V. R1 + R2 R1 + R2

VC

V1 V2 t V0 T +V t -V

Fig. 6.10.

Bascularea invers a montajului are loc dac tensiunea de la intrare scade suficient pentru ca s fie ndeplinit condiia V+ > V- . Dac notm respectiva tensiune de intrare cu VI = V2 , din condiia de basculare din starea L n starea H a ieirii se obine expresia

183

V2 =

R2 R1 VR V. R1 + R2 R1 + R2

Dac se noteaz raportulk= R1 + R2 , R2

cele dou tensiuni de basculare se pot exprima sub formaV1 = VR k 1 + V , pentru bascularea din H n L i k k VR k 1 V , pentru bascularea din L n H. k k

V2 =

De notat c starea stabil, n lipsa semnalului la intrare, este starea H, adic V0 = +V. n continuare sunt prezentate cteva exemple numerice pentru aceeai valoare a factorului k =R1 + R2 4 = . 3 R2

Ex. 1. Pentru V = +5V, -V = -5V, VR = +5V se obin pragurile de baculare V1 = +5V, V2 = +2,5V. Ex. 2. Pentru V = +5V, -V = 0V, VR = +5V se obin pragurile de baculare V1 = +5V, V2 = +3,75V.

Circuitul basculant monostabil redeclanabil 9600Monostabilul are o intrare patru intrri care sunt conectate prin intermediul unei logici combinaionale la intrarea de basculare a unui bistabil. Intrrile notate cu E i B determin semnalul de basculare a CBB notat cu C, conform ecuaiei

C=(1+ 2)B1B2 . Ieirea circuitului basculant bistabil F comand declanarea unui circuit basculant monostabil normal, a crui ieire o notm cu G. Ieirea circuitului basculant monostabil retrigerabil are funcia logicQ = F +G,_ _

care spune c pe toat durata ncrcrii condensatorului din structura CBM ieirea circuitului este meninut n starea H fie de ieirea CBB fie de ieirea negat a monostabilului. 184

Circuite basculante cu circuite logicePentru generarea oscilaiilor se folosesc att circuite logice TTL sau circuite logice MOS. n afara valorii sursei de curent continuu de alimentare a circuitului (la TTL VCC = +5V, iar la MOS alimentarea de curent continuu VCC are un domeniu de tensiuni permise, spre exemplu 3V,...,18V). Pentru astfel de implementri este important valoarea tensiunii de tiere definit drept tensiunea de intrare care separ cele dou nivele logice de la ieirea circuitului. Tensiunea de intrare (tensiunea de tiere ) la care se schimbV starea ieirii este VT = 1,4V la circuitele TTL i VT = CC la circuitele

2

MOS.

Circuit basculant astabil cu dou inversoaren figura 6.11 este prezentat schema unui circuit basculant astabil realizat cu dou inversoare MOS.

VA CI1

VB CI2 I

V0

RS

R C

VC VC0

Fig. 6.11. Formele de und asociate circuitului astabil cu inversoare sunt prezentate n figura 6.12.

185

V0 VCCt

VB3VCC 2 VCC 2 VCC 2 VC0 3VCC 2 VCC 2 VCC 2 3V CC 2

t

Fig. 6.12. Strile ieirii depinde de potenialul punctului B, care determin intrarea CI2 i n consecin ieirea circuitului. Avem urmtoarele stri0 VB VT V0 = V0 H , VT VB VCC V0 = V0 L .

Tensiunea pe condensator i tensiunea de ieire determin potenialul punctului B. Din figura 6.13 se poate exprima potenialulVB = RI + VC 0 + V0 .

186

VC0 R C

V0 VB

Fig. 6.13. Dac VB < VT potenialul punctului B mai poate fi exprimat, innd seam de definiia curentului prin condensator( i = diferenialVB = R dVC 0 V + VC 0 + VCC VT = CC . dt 2 dVC 0 ), prin ecuaia dt

Dup ce circuitul basculeaz din V0H n V0L , prima valoare a tensiunii VB = Ri + VC 0 + 0 = VC 0 VT (pentru c curentul pe condensator este s-a anulat) VB = VC 0 . Curentul de ncrcare fiind nul rezult c condensatorul este ncrcat cu tensiunea maximV B = VC 0 = VCC + VCC 3VCC . = 2 2

Condensatorul se descarc prin rezistorul R, cu o constant de timp =RC , iar potenialul punctului B , VB scade de laVT = VCC . 2 VCC 2 3VCC la 2

Cnd VB < VT are loc tranziia ieirii din V0H n V0L. Condensatorul era ncrcat la VT = invers VT VCC = i se ncarc cu polaritatea3VCC . ncepe procesul de descrcare de sarcina 2

negativ cnd VB revine la i are loc un nou salt al tensiunii de la ieire.

187

Circuit basculant monostabil cu un circuit logicn figura 6.14 este prezentat una din posibilitile de realizare a unui generator cu form de und dreptunghiular care are n componen un circuit logic I.

R2 R1 I Vi VP V0

Fig. 6.14.

Vi

V1 V2 V0 V0H t

t

V0L

Fig. 6.15.

188

6.3. Circuite basculante bistabile sincroneDatorit faptului c circuitele basculante bistabile CBB au dou stri stabile fiecare pe o durat nedeterminat de timp (dac nu se schimb vreo intrare), spunem c au capacitatea de memorare. Not: De fapt schimbarea strii unui circuit poate avea dou cauze: - s-a modificat vreo intrare a circuitului, ceea ce reprezint un eveniment extern (circuitului); - a expirat un interval de timp n raport cu o referin a timpului, dac timpul nu constituie o intrare a circuitului.

Bistabilul R-S asincron poate fi realizat cu doi tranzistori conectai ca n figura 6.16. VCC RC RC

T1

T2 V0

Fig. 6.16. Dac tranzistorul T1 este saturat tensiunea colector - emitor a acestuia se aplic n baza tranzistorului T2 VBE 2 = VCE1sat . Tensiunea de colector la saturaie este, pentru tranzistori realizai pe baza siliciului, n jurul valorii de VCEsat 0,2 V , tensiune care se aplic n baza tranzistorului T2. Valoarea tensiunii nu va fi suficient pentru deschiderea tranzistorului T2, acesta fiind blocat. Din moment ce prin rezistorul RC conectat n colectorul tranzistorului T2, nu circul curent potenialul ieirii va fi la o valoare apropiat de valoarea tensiunii de alimentare V0 VCC , deci ieirea va fi n starea H, corespunztoare valorii 1 logic. O prim stare stabil a circuitului este 189T1 = saturat , T2 = blocat , V0 VCC H

.

n condiiile n care considerm c tranzistorul T2 este saturat, din motivele mai sus expuse, T1 va fi blocat. Tensiunea de ieire este egal cu valoarea tensiunii de colector la saturaie V0 = VCEsat 0,2 V , deci ieirea Q va fi n starea L, corespunztoare valorii 0 logic (Q=0). A doua stare stabil a circuitului esteT1 = blocat , T2 = saturat , V0 = VCEsat L

.

Deoarece tranzistorii sunt n stri complementare (cnd unul este blocat cellalt este saturat i reciproc) ieirea de pe colectorul tranzistorului T2 se noteaz cu Q i ieirea de pe T1 cu Q . Avem relaiile Q = 1 Q = 0 i Q = 0 Q = 1 . Se consider Q= 1, cnd T2 este blocat i Q= 0 cnd T2 este saturat. Pentru schimbarea strii ieirii circuitului se completeaz schema cu doi tranzistori de comand T11 i T22, ca n figura 6.17. Tranzistorii T11 i T22 fr semnal de comand sunt blocai, astfel c nu influeneaz starea tranzistorilor T1 sau T2.

VCC RC Q T1 T11 T2 T22 RC

Q

R

S

Fig. 6.17. Intrrile de comand s-au notat cu S (set) i R (reset). Pentru logica pozitiv intrrile de comand trebuie s fie impulsuri dreptunghiulare de tensiune pozitiv a cror amplitudine s depeasc valoarea tensiunii de intrare VBEsat a tranzistorului (tensiune necesar comutrii tranzistorului n saturaie). Considernd la timpul tn =0 c T1 este blocat i T2 este saturat (Q= 1, Q = 0 ).

190

Se aplic un impuls pozitiv pe baza tranzistorului T11 (R=1 i pe S nu se aplic nimic) punctul de funcionare al acestuia intr din blocare n zona activ, ceea ce determin o scdere a potenialului colectorului. Scderea de tensiune se aplic n baza tranzistorului T2 prin legtura colector T11 - colector T1 baz T2. Punctul de funcionare al tranzistorului T2 intr din zona de saturaie n zona activ determinnd creterea potenialului colectorului VCE2 . Deoarece VBE1 = VCE 2 tensiunea din baza tranzistorului T1 crete i punctul de funcionare al tranzistorului iese din zona de blocare ctre zona activ potenialul colectorului T1 scade. Scderea de potenial din colectorul T1 se transmite prin legtura CT 1 BT 2 n baza tranzistorului T2 accelernd procesul de comutare al T2 din zona activ n zona de blocare. n final tranzistorul T1 se satureaz VCE11sat 0,2V meninnd n baza tranzistorului T2 o tensiune de valoare mic VBE 2 = VCE11sat 0,2V care face ca T2 s fie blocat. Ieirea Q a efectuat o tranziie din 0 n 1 i Q a efectuat tranziia din 1 n zero. La momentul de timp t n +1 = t n + t (unde t este timpul necesar comutrii) starea ieirii a devenit Q = 0 . Constatm c legtura ncruciat CT 2 BT 1 , CT 1 BT 2 determin un proces regenerativ de basculare a bistabilului, n sensul c aplicarea la intrare a unui impuls determin bascularea (nu este nevoie s se menin semnalul de comand pe durata comutrii). Considernd la timpul tn =0, T1 saturat i T2 blocat (Q= 0) dac se aplic un impuls pozitiv pe baza tranzistorului T11 (R=1 i pe S nu se aplic nimic) constatm c nu se ntmpl nimic (Q rmne 0) deoarece T1 era deja saturat. Intrarea R se numete de resetare deoarece aduce ieirea n starea Q= 0 indiferent de starea anterioar a bistabilului, ca n tabelul1.

Tabelul 1. R 1 1 1 S 0 0 1 Qn Qn+1 1 0 0 Qn (=0) Intrri nepermise

O form echivalent a tabelului ar fi:

191

R 1

S 0

Qn x

Qn+1 0

Intrarea S se numete intrare de setare pentru c aduce bistabilul n starea Q = 1 indiferent de starea anterioar ( de la momentul tn) a acestuia. n tabelul 2 avem strile ieirii la modificarea intrrii S.

Tabelul 2. R 0 0 1 S 1 1 1 Qn Qn+1 1 Qn 0 1 Intrri nepermise

Nu este permis s se aplice impulsuri dreptunghiulare pe ambele intrri R = S = 1, deoarece starea la care va ajunge bistabilul Qn+1 nu poate fi anticipat. O uoar ntrziere a unuia din semnale va conduce la aplicarea la intrare a unei secvene de tipul R S care determin setarea sau restarea bistabilului (dac ntrzie R bistabilul va fi setat, iar dac ntrzie S bistabilul va fi resetat ). Dac ntrzierea este mic bistabilul nu are timp s comute i starea nu se modific. n figura 6.18 sunt prezentate simbolurile circuitelor logice a) SAU i b) SAU-NU.

A Q B

A Q B

Fig. 6.18. Circuitul SAU are 1 la ieire dac oricare din intrri este n 1 logic iar zero la ieire numai dac toate intrrile sunt n zero logic.

192

Circuitul SAU-NU are 1 la ieire dac toate intrrile sunt n zero logic, i ieirea este n 0 logic dac cel puin o intrare este n 1 logic, vezi tabelul 3.

Tabelul 3. A0 0 1 1

B0 1 0 1

Q pentru SAU 0 1 1 1

Q pentru SAU-NU 1 0 0 0

Bistabilul RS poate fi implementat cu pori logice SAU-NU, ca n figura 6.19.

R

1

Q

S

2

Q

Fig. 6.19. Dac Q=1 i se aplic R=1 la intrrile circuitului SAU-NU1 avem R=1 i Q = 0 ceea ce face ca ieirea s devin Q=0. Pentru S=0 la intrrile circuitului SAU-NU2 avem S=0 i Q=0 ceea ce face ca ieirea s devin Q = 1 , .a.m.d.

n figura 6.20 sunt prezentate simbolurile circuitelor logice a) I i b) I-NU. Circuitul I are 1 la ieire dac toate intrrile sunt n 1 logic iar zero la ieire dac cel puin o intrare este n zero logic.

193

A Q BFig. 6.20.

A Q B

Circuitul I-NU are 0 la ieire dac toate intrrile sunt n 1 logic, i ieirea este n 1 logic dac cel puin o intrare este n 0 logic, vezi tabelul 4.

Tabelul 4. A0 0 1 1

B0 1 0 1

Q pentru I 0 0 0 1

Q pentru I-NU 1 1 1 0

Bistabilul RS poate fi implementat cu pori logice I -NU, ca n figura 6.21.

S

1

Q

2

Q

R

Fig. 6.21.

194

Se remarc faptul c la intrarea circuitului semnalele sunt negate. Un circuit este asincron dac modificarea strilor circuitului (datorit semnalelor de intrare) se face la orice moment de timp, tranziia nefiind condiionat de vreun alt semnal. Un circuit este sincron dac prelucrarea informaiei de la intrrile circuitului se face numai n intervalele de timp n care este prezent un semnal numit semnal de sincronizare sau semnal de tact sau semnal de ceas. Circuitele integrate digitale sincrone au n afara intrrilor circuitului asincron nc o intrare pe care s se aplice impulsul de sincronizare. Schema unui bistabil RS sincron, din figura 6.22, are intrarea de sincronizare notat cu T.

R T

3 1

Q

2

Q

S

4

Fig. 6.22.

La intrarea de sincronizare se aplic un impuls dreptunghiular T, care condiioneaz intrrile R i S, prin intermediul circuitelor I, notate cu 3 i 4. Circuitul I are ieirea n 1 numai dac toate intrrile sunt n 1 logic, altfel ieirea este n 0. Dac, spre exemplu R=1 i T=1, ieirea I3 este n 1, semnalul R trece de poarta I3 i poate comanda resetarea bistabilului, care conduce la Q=0. Dac semnalul de tact nu este prezent avem R=1 i T=0, ieirea I3 este n 0 i impulsul de resetare nu se transmite ctre bistabilul asincron iar ieirea rmne neschimbat. Similar pentru semnalul S. De fapt schema din figura 6.22 are rolul de a permite comod explicarea sincronizrii, pentru c n realitate circuitele integrate sunt 195

realizate pe baza numai a unui tip de circuit fundamental (ori de tipul I-NU ori de tipul SAU-NU). n figura 6.23 este prezentat o implementare a bistabilului RS sincron cu pori SAU-NU n a) i simbolul n b).

S

CLK

R

3 S 1

4 R 2

S

CLK R

QQ

Q

Q

a) Fig. 6.23.

b)

n figura 6.24 este prezentat implementarea bistabilului RS sincron cu pori I-NU n a) i simbolul n b).

S 3S

CLK

R 4R

S CLK R

1

2

Q

Q

a) Fig. 6.24.

b)

196

Latch-ul de tipul D este un circuit bistabil RS sincron la care s-a eliminat combinaia nepermis fornd (prin hardware) egalitatea S= R . n aceste condiii bistabilul are o singur intrare notat cu D n figura 6.25. Circuitul notat cu 5 este o negaie, ieirea fiind complementul intrrii. Dac la intrare se aplic 1 logic ieirea va fi 0 logic i reciproc. Comparnd circuitul din figura 6.25 cu circuitul din figura 6.22constatm c S = D i R = D , ceea ce nseamn c n cazul latchului nu exist posibilitatea S=R (deci circuitul 6.25 nu are nici o stare nepermis). Pe de alt parte trebuie remarcat c setarea bistabilului se face pentru S=1 i resetarea pentru S = 0.

R T5

3 1

Q

2

Q

D

4

Fig. 6.25. Circuitul se numete latch pentru c pe durata semnalului de sincronizare (ct timp T = 1) ieirea ia valoarea intrrii D (s nu uitm c D = 1 este S, adic semnalul care seteaz ieirea n 1 iar D = 0 este semnalul care reseteaz ieirea n 0). Cu alte cuvinte ieirea este Q=1 dac D = 1 i este Q = 0 dac D = 0. Cnd semnalul de sincronizare cade din 1 n 0 ieirea CBB se zvorete (latch se traduce din englez prin zvorre) - rmne la valoarea prezent la intrare pe durata semnalului de tact, indiferent cum se modific ulterior intrarea. Circuitul memoreaz ce se aplic, pe durata tactului, la intrarea D, iar o alt memorare are loc la urmtorul impuls de sincronizare. Mrimile specifice latchului D sunt:

197

- timpul de propagare, reprezentnd timpul dup care se schimb starea ieirii, socotind de la momentul schimbrii intrrii ; - limea minim a impulsului de comand, reprezentnd timpul minim ct trebuie meninut impulsul la intrare pentru ca circuitul logic s sesizeze c s-a schimbat ceva .

Latch-ul de tipul D cu comutare pe front memoreaz intrarea D (la ieirea Q) cnd impulsul de sincronizare efectueaz tranziia din 0 n 1 (spre deosebire de circuitul anterior care memora informaia pe palierul impulsului de sincronizare, adic n intervalul de timp ct impulsul de sincronizare este stabil). n afara mrimilor enunate (timpul de propagare i limea minim a impulsului de comand), n cazul acestui circuit se definesc:- timpul de pregtire (setup), este timpul minim ct impulsul de ceas trebuie s rmn n zero; - timpul de meninere (hold) este timpul minim ct impulsul de intrare trebuie s fie stabil, timp msurat dup ce impulsul de ceas (sincronizare) a fcut tranziia din 0 n 1; - frecvena maxim a impulsului de sincronizare.

198