Триггер своими руками

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 05.10.2024

Если мультивибратор это прибор с двумя неустойчивыми состояниями, который самопроизвольно переходит из одного состояния в другое, то триггер ему полностью противоположен. Это прибор с двумя устойчивыми состояниями и эти состояния он меняет только под внешнем воздействии. Благодаря этому свойству триггеры используются в запоминающих устройствах [1]. В данной работе предлагаются к повторению широко распространенные схемы триггеров, которые можно реализовать на одной логической микросхеме К155ЛА3. Питание подается на 14 выход микросхемы, общий провод 7. Питание осуществляется от стабилизированного источника питания напряжением 5 В.

Асинхронный RS-триггер

Самый простой тип триггера, который является основой для сборки остальных триггеров в данной лабораторной работе. Он собирается на паре логических элементов И-НЕ, хотя аналогично можно использовать ИЛИ-НЕ [2]

Как видно на электрической принципиальной схеме данное электронное устройство обладает симметрией. Если поменять местами входы S и R, одновременно с выходами Q и Q1, то по сути мы получим туже самую схему. Таким образом то где у триггера прямой выход, а где инверсный это по сути вопрос договора.

Для практической реализации схемы используются самодельные модули для изучения микросхем. При подаче питания триггер устанавливается в случайное состояние.

Используя данное устройство можно проследить за выполнением таблицы истинности асинхронного RS-триггер.

Таблица истинности асинхронного RS-триггера

В частности, можно увидеть, что данный триггер переключается просто от прикосновения к проводам и пронаблюдать запрещенное состояние.

Синхронный RS-триггер

Схема асинхронного RS-триггера проста, но за это приходится заплатить целым рядом недостатков: наличие запрещенного состояния, установка 0 и 1 по отдельным линиям отсутствие синхронизации, низкая помехоустойчивость. Эти недостатки частично устраняются в синхронном RS-триггере, который представляет собой асинхронный RS-триггер к которому добавлена схема синхронизации.

В целом работа данного триггера аналогична, с той поправкой, что при наличии на входе синхронизации низкого логического уровня триггер хранит предыдущее состояние, не реагируя на сигналы по входным линиям, т.е. в этот момент он как минимум гораздо более помехоустойчив.

Синхронный статический D-триггер

В основе данного устройства также лежит асинхронный RS-триггер, к которому присоединена схема синхронизации.

Статический D-триггер имеет один информационный вход и один вход синхронизации. Таким образом, устраняется недостаток RS-триггер – установка 0 и 1 по отдельным линиям. При наличии низкого логического уровня на входе синхронизации данное устройство хранит информацию. При подаче на вход синхронизации высокого логического уровня возможна запись информации в устройство.

Таблица истинности синхронного статического D-триггера [2]

Литература

Отряшенков Ю.М. Юный кибернетик – М.: Детская литература, 1978
Ямпольский В.С. Основы автоматики и электронно-вычислительной техники – М. Просвещение, 1991

Специально для сайта Радиосхемы - Denev

Форум по обсуждению материала ТРИГГЕРЫ НА МИКРОСХЕМАХ

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Всех приветствую!
Решил попробовать себя в роли писателя, а не читателя. Хочу рассказать о своем опыте изготовления полезного приспособления для тех, у кого есть зарядка с поддержкой QC4 и PD 20V и один из современных паяльников — TS100 или SH72.

UPD: В комментариях участники сообщества предлложили еще несколько решений для питания устройств при помощи PD триггеров.

Вкратце хотелось бы рассказать о предпосылках к данному решению:

Когда купил себе в начале года TS100, задумался об удобстве работы с ним. У меня был БП от ноутбука, и все прекрасно работало, если не считать неудобств в том, что штекер питания расположен под углом в 90 градусов. Да и в целом это решение было довольно таки громоздким.

Полазив по Муське и по сайту Alex'a Gyver'a увидел решение от китайцев — готовый шнур type-c 5.5х2.5 мм. и сразу его заказал, а потом заказал зарядку GaN от Baseus.
И в целом все было хорошо, но смущало только 2 нюанса — короткий шнур и материал оплетки(пластик) очень легко плавится.

Идея пришла ко мне не сразу. Как то увидел на Пикабу пост от человека который смоделировал пресс формы для литья коннекторов для usb и зарядок от ноутов (ник на пикабу @Dionisnation), и понял что можно подобным образом сделать переходник и использовать любые(ну разумеется с хорошим запасом по току) кабели type-c. Заказал обозреваемые триггеры в количестве 3 штук. Доставка заняла 23 дня. Так же у меня имелись заранее купленные в офлайне штекеры 5.5x2.5 мм, самые обычные дешёвые. Далее дело за малым — припаять одно к другому.

На данном этапе проверил работоспособность данного устройства — все было в порядке — заявленные 20 вольт на выходе имелись, паяльники работали.
Также хотелось бы отметить нюанс, что платы скорее всего являются универсальными, и в зависимости распаянных на ней элементов можно выставлять выходное значение напряжения.
Далее было желание довести данное устройство до более менее законченного вида, и так как я являюсь владельцем 3д принтера я принялся моделировать пресс форму для заливки этого дела термоклеем.

После двух неудачных попыток — я слепил вот такую штуку:

Далее я напечатал эти формы, смазал их подсолнечным маслом, скрепил канцелярскими зажимами и экструдировал термоклей из пистолета в отверстия. После этого подождал и разлепил форму и достал оттуда уже что-то похожее на конечный продукт.

С первой попытки допустил образование небольшого пузыря на переходнике, но это я считаю не критичным. Сдирать клей и лить по новой у меня желания нет. Если буду делать еще раз — обязательно этот момент учту.

А вот как выглядит на TS100:

А вот так на SH72:

Триггер к покупке рекомендую.
Ссылка на него.

P.S.
Для заинтересовавшихся — ссылка на модель для 3д печати.

UPD:
Доделал подставку в кой-то веки, т.к. под имеющиеся шайбы держалка не подходила.
Вот фото, как все выглядит в сборе:

После знакомства с принципом работы различных триггеров у начинающего радиолюбителя возникает естественное желание опробовать работу этих самых триггеров в "железе".

На практике изучение работы триггеров гораздо интересней и увлекательней, кроме того происходит знакомство с реальной элементной базой.

Далее будут рассмотрены несколько схем триггеров, выполненных на цифровых микросхемах так называемой жёсткой логики. Сами по себе схемы не являются завершёнными готовыми устройствами и служат лишь для наглядной демонстрации принципов работы RS-триггера.

Для ускорения процесса сборки и тестирования схем применялась беспаечная макетная плата. С её помощью удаётся быстро сконфигурировать и изменить схему в соответствии с потребностями. Пайка, естественно, не применяется.

Схема RS-триггера на микросхеме К155ЛА3.

Данная схема уже приводилась на страницах сайта в статье про RS-триггер. Для её сборки потребуется сама микросхема К155ЛА3, два индикаторных светодиода разного цвета свечения (например, красный и синий), пара резисторов номиналом 330 Ом, а также стабилизированный блок питания с выходным напряжением 5 вольт. В принципе, подойдёт любой маломощный блок питания на 5 вольт.

Для дела сгодится даже 5-ти вольтовый зарядник от сотового телефона. Но стоит понимать, что не каждый зарядник держит стабильное напряжение. Оно может гулять в пределах 4,5 – 6 вольт. Поэтому всё-таки лучше использовать стабилизированный блок питания. При желании можно собрать блок питания своими руками. К выводу 14 микросхемы К155ЛА3 подключается "+" питания, а к 7 выводу "-" питания.

Как видим, схема очень простая и выполнена на логических элементах 2И-НЕ. Собранная схема имеет всего лишь два устойчивых состояния 0 или 1.

После того, как на схему будет подано напряжение питания, загорится один из светодиодов. В данном случае загорался синий светодиод, который подключен к инверсному выходу триггера (Q).

При однократном нажатии на кнопку Set (установка), RS-триггер устанавливается в единичное состояние. При этом должен засветиться тот светодиод, который подключен к так называемому прямому выходу Q. В данном случае это красный светодиод.

Светодиод ( синий ), который же подключен к инверсному выходу Q, должен погаснуть. Инверсный – это значит обратный прямому. Если на прямом выходе 1, то на инверсном 0. При повторном нажатии на кнопку Set, состояние триггера не изменится – реагировать на нажатия кнопки он не будет. В этом и заключается основное свойство любого триггера – способность длительное время сохранять одно из двух состояний. По сути, это простейший элемент памяти.

Чтобы сбросить RS-триггер в нуль (т.е. записать в триггер логический 0) нужно один раз нажать на кнопку Reset (сброс). При этом красный светодиод погаснет, а синий загорится. Повторные нажатия на кнопку Reset состояние триггера не изменят.

Показанную схему можно считать примитивной, так как собранный RS-триггер не имеет никакой защиты от помех, а сам триггер является одноступенчатым. Но зато в схеме применяется микросхема К155ЛА3, которая очень часто встречается в электронной аппаратуре и поэтому она легкодоступна.

Также стоит отметить, что на этой схеме выводы установки S, сброса R, прямого Q и инверсного выхода Q показаны условно – их можно поменять местами и суть работы схемы не изменится. Это всё потому, что схема выполнена на неспециализированной микросхеме.

Видео работы RS-триггера на микросхеме К155ЛА3.

Далее же мы разберём пример реализации RS-триггера на специализированной микросхеме-триггере.

Схема RS-триггера на микросхеме КМ555ТМ2.

В данной схеме используется специализированная микросхема КМ555ТМ2, в составе которой 2 D-триггера. Эта микросхема выполнена в керамическом корпусе, поэтому в названии присутствует сокращение КМ. Также можно применить микросхемы К555ТМ2 и К155ТМ2. Они имеют пластмассовый корпус.

Как мы знаем, D-триггер несколько отличается от RS-триггера, но у него также присутствуют входы для установки (S) и сброса (R). Если не использовать вход данных (D) и тактирования (C), то на базе микросхемы КМ555ТМ2 легко собрать RS-триггер. Вот схема.

В схеме применён только один из двух D-триггеров микросхемы КМ555ТМ2. Второй D-триггер не используется. Его выводы никуда не подключаются.

Так как входы S и R микросхемы КМ555ТМ2 являются инверсными (отмечены кружком), то переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при подаче на входы S и R логического 0.

Жмём кнопку SB1 (Set) и устанавливаем RS-триггер в единицу. Засветится красный светодиод.

А теперь жмём кнопку SB2 (Reset) и сбрасываем триггер в нуль. Засветится синий светодиод, который подключен к инверсному выходу триггера (Q).

Стоит отметить, что входы S и R у микросхемы КМ555ТМ2 являются приоритетными. Это значит, что сигналы на этих входах для триггера являются главными. Поэтому если на входе R нулевое состояние, то при любых сигналах на входах C и D состояние триггера не изменится. Это утверждение относится к работе D-триггера.

Видео работы RS-триггера на микросхеме КМ555ТМ2.

Если найти микросхемы К155ЛА3, КМ155ЛА3, КМ155ТМ2, К155ТМ2, К555ТМ2 и КМ555ТМ2 не удастся, то можно использовать зарубежные аналоги этих микросхем стандартной транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ): 74LS74 (аналог К555ТМ2), SN7474N и SN7474J (аналоги К155ТМ2), SN7400N и SN7400J (аналоги К155ЛА3).

Широкое применение в импульсной технике получил триггер на транзисторах. Чаще всего он используется в качестве счётчика и элемента памяти. Кроме того, в различных приборах логическое устройство заменило собой электромеханическое реле. На основе эпитаксиальных транзисторных триггеров создаются микросхемы, без которых невозможна работа любого современного цифрового прибора.

Устройство триггера

Триггер по своей схемотехнике очень похож на простейшее электронное устройство — мультивибратор. Но в отличие от него, он имеет два устойчивых положения. Эти состояния обеспечиваются изменениями входного сигнала при достижении им определённого значения. Переход из одного положения в другое называют перебросом. В результате на выходе логического элемента возникает скачок напряжения, форма которого зависит от скорости процессов, проходящих в радиоприборах.

Наибольшее применение получил триггер, работающий на транзисторах. Связанно это со способностью последних работать в ключевом режиме. Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор, имеющий три вывода. Эти электроды называются:

В грубом приближении транзистор представляет собой два диода, объединённых электрической связью. Состоит он из двух p-n переходов. Название биполярный элемент получил из-за того, что одновременно в нём используются два типа носителей заряда. В триггерных схемах транзистор работает в режиме ключа, суть которого заключается в управлении силой тока коллектора путём изменения значения на базе. При этом коллекторный ток по своей величине превышает базовый.

При таком включении важны лишь токи, а напряжения особой роли не играют. Поэтому при возникновении определённого тока на базе транзистор открывается и пропускает через себя сигнал. Сигнал на коллекторе полупроводникового прибора будет обратным по входному знаку, то есть инвертированным. А значит, когда на базовом выходе будет присутствовать разность потенциалов, на коллекторном она будет равна нулю, и наоборот.

Эта способность транзисторов и используется в триггерах, схема которых построена на двух ключах с перекрёстными обратными связями. Когда используются транзисторные ключи с одинаковой обвязкой, то триггер считается симметричным, в другом же случае — несимметричным.

Принцип работы

Устойчивые состояния выхода триггера обеспечиваются двумя транзисторными ключами, охваченными положительной обратной связью (ПОС). Такие положения соответствуют состоянию, когда один из транзисторов открыт и находится в режиме насыщения, а второй ключ закрыт. При этом на коллекторе закрытого элемента присутствует разность потенциалов, равная его значению на входе — логическая единица, а на выводе открытого ключа напряжение отсутствует — логический ноль.

Биполярные компоненты при таком включении относительно друг друга всегда будут находиться в противоположном состоянии из-за обратной связи. Через неё один из транзисторов (закрытый) с высоким уровнем напряжения на своём коллекторном выводе обязательно будет поддерживать другой в открытом состоянии.

Если предположить, что после подачи питания на устройство оба транзистора VT1 и VT2 окажутся открытыми, то через время из-за отличия характеристик радиоэлементов, стоящих в их плечах, возникнет перекос в коллекторных токах. А это благодаря ПОС приведёт к закрытию одного из ключей. То есть обратная связь спровоцирует лавинообразный процесс перехода одного транзистора в режим насыщения, а другого в режим отсечки.

Делители, собранные на резисторах R1, R4 и R2, R3, подбираются так, чтобы их коэффициент передачи был меньше единицы. Причём для поддержания уровня сигнала они шунтируются ёмкостью, ускоряющей скорость прохождения лавинообразных процессов и повышающей надёжность состояния.

Таким образом, принцип работы триггера заключается в прохождении следующих процессов. Если на схему подаётся напряжение Ek и Eb, то биполярный ключ VT1 начинает работать в режиме насыщения, а VT2 — отсечки. Импульс, пришедший на базу VT1, приводит к уменьшению величины тока, протекающего через коллектор и увеличению напряжения на переходе коллектор-эмиттер U1ke. Напряжение через С1 и R4 прикладывается к базе VT2. Это приводит к увеличению коллекторного тока на втором ключе и уменьшению напряжения на переходе U2ke, передаваемого через C2 и R3 на базу VT1.

Итогом этих процессов станет запирание VT1 и отпирание VT2. Такое состояние останется неизменным, пока на базу VT2 не придёт отрицательный уровень сигнала. Результатом этого будут обратные электрические процессы, и VT1 закроется, а VT2 откроется.

Характеристики приборов

нагрузочная способность — характеризуется коэффициентом разветвления (Кр) и обозначает способность прибора управлять определённым количеством параллельно подключённых элементов к выходу устройства;
Ко — коэффициент объединения, обозначает наибольшее число входных напряжений, которые возможно завести на вход прибора;
tи — минимальная продолжительность входного сигнала, то есть длительность импульса, при котором триггер ещё может перейти в инверсное состояние;
tзд — коэффициент задержки, указывает на временной промежуток между подачей входного сигнала и появлением напряжения на выходе;
tр — длительность разрешения, определяется минимальным временем прошедшим между двумя импульсами сигнала на входе и спровоцировавшего переход триггера в другое состояние.

Но наряду с этим выделяют и следующие технические параметры триггеров:

напряжение на входе — наибольшая величина разности потенциалов, которую может выдержать устройство без повреждения своей внутренней электрической схемы;
ток потребления — зависит от используемых элементов, обычно не превышает 2 мА;
разность потенциалов переключения — это минимальное значение, при котором происходит инвертирование выхода;
ток входа — обозначает минимальное значение необходимое для работы триггера;
ток выхода — значение тока, появляющееся на выходе и определяемое отдельно для логического нуля и единицы;
температурный диапазон — интервал, в котором технические параметры устройства не изменяются;
напряжение гистерезиса — разность амплитуд входного сигнала, приводящая к изменению состояния выхода устройства.

Виды и классификация

Для работы устройства на вход необходимо подать внешний сигнал, называемый установочным. Форма напряжения, приводящая к появлению логической единицы на выходе триггера, обозначается латинской буквой S (установка), а появлению ноля — R (сброс). Состояние устройства определяется по прямому входу. Для элемента ИЛИ-НЕ активным уровнем считается единица, а И-НЕ — ноль. Одновременная подача R и S приведёт к неопределённому неустойчивому состоянию.

Такой принцип используется для построения элемента памяти. Поэтому все триггеры классифицируются по способу записи информации на асинхронные и синхронные. Первые разделяются по способу управления, а вторые по виду переключения и могут быть одно- или двухступенчатыми. Устройства, зависящие от уровня сигнала, называются триггерами статического управления, а от фронта — динамического.

По типу работы логики триггеры могут быть:

RS — состоящими из двух входов;
D — имеющих один информационный вход и схему задержки;
T — инвертирующих сигнал каждый раз при подаче импульса напряжения на вход;
JK — универсальными, допускающими одновременную подачу на свои выводы R и S сигналов;
комбинированными — совмещающими несколько устройств, например, RST-триггер.

Наиболее распространёнными видами триггеров являются D и RS схемы. При этом триггерные устройства разделяются также по числу устойчивых состояний (двоичные, троичные, четверичные и т. д.) и составу логических элементов.

Триггер RS типа

Работает схема следующим образом. Если в начальный момент времени VT2 будет закрыт, тогда через сопротивление R3 и коллектор будет течь ток, поддерживающий VT1 в режиме насыщения. Одновременно первый транзистор начнёт шунтировать базу VT2 и резистор R4. Режим отсечки VT2 соответствует значению логической единицы на выходе Q = 1, открытое состояние VT1 нулю, Q = 0. Амплитуда сигнала на коллекторе закрытого ключа определяется выражением: Uз = U * R3 / (R2+R3).

Для инверсии сигнала необходимо на вход R или S подать импульс. При этом если S = 1, то и Q = 1, а если R=1, то на выходе будет ноль. При значениях R1 = R2 и R3 = R4 триггер называется симметричным. Особенностью работы устройства является способность удерживать установленное состояние между импульсами R и S, что и используется для создания на нём элементов памяти.

На схемах RS-триггер обозначается в виде прямоугольника с подписанными входами S и R, а также возможными состояниями выхода. Прямой подписывается символом Q, а инверсный – Q. Информация может поступать на входы непрерывным потоком или только при появлении синхроимпульса. В первом случае устройство называют асинхронным, а во втором – синхронным (трактируемым).

Работа устройства наглядно описывается с помощью таблицы истинности.

Она наглядно показывает всевозможные комбинации, которые могут возникнуть на выходе прибора. Такая таблица составляется отдельно для триггера с прямыми входами и инверсными. В первом случае действующий сигнал равен единице, а во втором — нулю.

Схема D-trigger

Управление логическими элементами в приборе такого типа осуществляется с помощью входов, которые разделяются на информационные и вспомогательные. Первый фиксирует приходящий импульс и в зависимости от формы переводит триггер в устойчивое то или иное состояние. Вспомогательный вход предназначен для синхронной работы.

Английская буква D в названии обозначает, что устройство является триггером задержки (delay). Эта задержка выражается в том, что приходящий импульс подаётся на вход не сразу, а через один такт. Определяет её частота импульсов синхронизации.

На схемах D-триггер на транзисторах обозначается также в виде прямоугольника, но входы триггера подписываются как D и C. Состояние устройства определяется по форме импульса, в частности срезу, приходящему на вход C, и импульсом синхронизации, поступающим на D. Но если на C будут приходить синхроимпульсы, а сигнал на входе D не будет изменяться, то выход останется без изменений.

Таблица истинности для логического элемента выглядит следующим образом:

Использование RS и D триггеров достаточно распространено из-за простоты, универсальности и удобства построения на них логических схем. Эти элементы являются важными составляющими для создания цифровых микросхем, используются в качестве регистров сдвига и хранения.

Вам не нужно тратить пару сотен баксов на электронные барабаны, вы можете изготовить ее своими руками. Вот что вам нужно:

Пьезо – элемент: ~2$

Гнездо звукового входа:~4$

Силиконовый клей для резины:~3.19$

Вы конечно можете прикрепить пьезо – элемент непосредственно на игровую поверхность, но у вас будет гораздо более чувствительный триггер, если вы снимете с пьезо – элемента пластиковое покрытие.

Припаяйте провод одним концом к пьезо–элементу, а на другой конец припаяйте гнездо выхода.

Теперь приклейте пьезо – элемент на любую поверхность, на которой будете играть: пад, деревяшку, или еще куда нибудь – проявите фантазию. Затем подключите любой барабанный модуль, который поддерживает внешние триггеры, например Alesis DM5 или DrumKat. И потом вам останется только подстроить под себя этот самый модуль.

Читайте также: