Klopné obvody

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček.Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika 1 DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3

Autor Ing. Miroslav Hubáček

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/12

Název DUM Klopné obvody

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-51-H/01

Obor vzdělávání Elektrikář

Vyučovací předmět Elektronická zařízení

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: klopné obvody, rozdělení klopných obvodů, zapojení klopných obvodů, Schmittův klopný obvod

Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule

Klíčová slova Klopný obvod, astabilní, monostabilní a bistabilní klopný obvod, klopné obvody RS, JK, D a T, Schmittův klopný obvod

Datum 11. 4. 2013

Klopné obvody

Náplň výuky

Definice klopného obvoduRozdělení klopných obvodůZapojení klopných obvodůDruhy bistabilních klopných obvodůSchmittův klopný obvodVyužití v praxi

Definice klopného obvodu

• Klopný obvod je elektrický obvod, který může nabývat právě dvou odlišných stavů • 0 – false F (nepravda) log 0• 1 – true T (pravda) log 1

• ke změně z jednoho stavu do druhého dochází skokově• obvody se skládají ze dvou aktivních prvků pracujících ve

spínacím režimu a zpětnovazebního členu• jako aktivní prvky se využívají tranzistory pracující ve spínacím

režimu• zpětnovazebními členy jsou odpory nebo kondenzátory• zpětnou vazbou se rozumí propojení výstupu jednoho

tranzistoru se vstupem druhého tranzistoru

Činnost klopného obvodu

• klopný obvod se během své činnosti může nacházet ve stabilním nebo nestabilním stavu

• stabilní stav – pracovní režim obvodu, ve kterém klopný obvod setrvává tak dlouho, dokud není vnějším napěťovým impulsem překlopen do druhého stavu

• nestabilní stav – pracovní režim obvodu, ve kterém klopný obvod setrvává pouze omezenou dobu a pak se samovolně překlopí do původního stavu stavu

• stav klopného – je to stav, kdy jeden je tranzistor otevřen a druhý uzavřen

• klopné obvody mohou být využívány také jako paměťové prvky nebo jako zdroje impulzů

Rozdělení klopných obvodů

Rozeznáváme tři druhy klopných obvodů• astabilní − nemají žádný stabilní stav• monostabilní − mají jeden stabilní stav• bistabilní − oba stavy jsou stabilní • tyto obvody slouží jako paměťové prvky (v anglicky psané

literatuře jsou označovány jako obvody typu flip-flop)• Schmittův klopný obvod − zvláštní typ klopného obvodu, který

se používá především k úpravě tvaru impulzů

První tři druhy klopných obvodů se také označují jako multivibrátory. Můžeme říct, že multivibrátory jsou klopné obvody, naopak to ale neplatí.

Kombinační a sekvenční obvody

• elektronické obvody, které realizují logické funkce dělíme do základních dvou skupin

• kombinační – výstupní stav systému závisí pouze na kombinaci vstupních proměnných

• sekvenční – generují výstupní stav na základě hodnoty vstupních logických proměnných a na základě předchozí hodnoty výstupu

• výstup těchto obvodů je tedy definován pouze tehdy, je-li definována časová posloupnost (sekvence) změn vstupních hodnot

• mezi tyto obvody patří i následující klopné obvody• klopný obvod R-S• klopný obvod J-K• klopný obvod D• klopný obvod D

Astabilní klopný obvod – AKO

• tento obvod se neustále překlápí mezi jedním a druhým stavem podle nastavené časové konstanty

• je využíván jako impulzní generátor, tónový generátor, blikač• dá se realizovat pomocí diskrétních součástek, pomocí

logických členů nebo s využitím časovače 555

Obr. 1: Astabilní klopný obvod

Monostabilní klopný obvod – MKO

• má jeden stabilní stav, ze kterého je možné jej přepnout do stavu nestabilního

• obvod se sám po určité době přepne zpět do stabilního stavu• tento typ obvodu je možné použít například jako zpožďovací

prvek• realizovat se dá stejně jako AKO

Obr. 2: Monostabilní klopný obvod

Bistabilní klopný obvod – BKO

• má dva stabilní stavy• mezi těmito stavy lze libovolně přepínat, pomocí signálů

přivedených na vstupy • tyto obvody se používají jako paměťové prvky

Obr. 3: Bistabilní klopný obvod

Varianty BKO

• Bistabilní klopný obvod má mnoho variant• mezi nejznámější patří RS, JK, D a T• RS klopný obvod• obvod má dva vstupy• S – SET• R – RESET• logická „1“ na vstupu R nastaví výstup na hodnotu logická nula• logická „1“ na vstupu S nastaví hodnotu vstupu na logickou

jedna• pokud je na R a S zároveň logická 1, mluvíme o zakázaném

nebo také hazardním stavu• znamená to, že tento stav není definován a pokud nastane

tato kombinace, není předem možné určit, v jakém stavu se bude nacházet výstup obvodu

Varianty BKO• JK klopný obvod• JK má vstupy funkčně shodné s obvodem RS• vstup J nastavuje hodnotu logická „1“• vstup K nastavuje hodnotu logická „0“• pokud jsou oba vstupy J a K aktivní vnitřní hodnota se při

hodinovém pulzu neguje• pro odstranění neurčitého stavu klopného obvodu RS byl

vyvinut tzv. dvojčinný klopný obvod JK• první klopný obvod se nazývá řídicí – master• druhý klopný obvod je řízený – slave • s náběžnou hranou hodinového impulsu se nastavuje úroveň

na výstupech řídícího obvodu• se sestupnou hranou hodinového impulsu se uzavírá vstup

řídícího klopného obvodu a stav na jeho výstupu je kopírován řízeným klopným obvodem

Varianty BKO• klopný obvod typu D• obvod D realizuje jednobitovou paměť• z obvodu RS se snadno vytvoří tak, že na vstup R přivedeme

negovanou hodnotu vstupu S• třetí vstup je hodinový – CLK (clock)• výstupy klopného obvodu kopírují stav vstupního signálu po

dobu, po kterou je na vstupu CLK logická „1“ • při hodnotě logické „0“ na vstupu CLK zůstává na výstupech

zachován poslední stav• pokud je vstup CLK vybaven detekcí náběžné hrany,

zapamatuje se stav vstupu „Data“ v okamžiku náběžné hrany• klopné obvody typu D mohou sloužit jako paměti binární

informace, která se vybaví hodinovým impulsem k dalšímu zpracování

Varianty BKO• klopný obvod typu T• obvod T slouží jako přepínač paměti • s každou náběžnou hranou dojde ke změně výstupního stavu

na inverzní k předchozí • z principu se jedná o frekvenční děličku• poměr výstupní a vstupní frekvence je určen vztahem

fOUT = fIN

Schmittův klopný obvod• jeho základní vlastností je hystereze• výstup je závislý nejen na hodnotě vstupu, ale i na jeho

původním stavu• hystereze zabraňuje vzniku zákmitů výstupního signálu v okolí

střední úrovně spínání

Zapojení Schmittova klopného obvodu

Obr. 4: Schmittův klopný obvod

Využití Schmittova klopného obvodu• úprava tvaru impulzů• jednobitový analogově číslicový převodník• komparátor

Kontrolní otázky:

1. Co to je klopný obvod?

2. Proveďte rozdělení klopných obvodů.

3. Vysvětlete činnost AKO, MKO a BKO.

4. Které bistabilní klopné obvody se nejčastěji používají?

5. Jaké má vlastnosti Schmittův klopný obvod?

Seznam obrázků:

Obr. 1: Astabilní klopný obvod. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://vecjeobsazena.webnode.cz/astabilni-klopny-obvod/

Obr. 2: Monostabilní klopný obvod. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://vecjeobsazena.webnode.cz/astabilni-klopny-obvod/

Obr. 3: Bistabilní klopný obvod. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Klopn%C3%BD_obvod

Obr. 4: Schmittův klopný obvod. In: FJFI ČVUT: Elektronické praktikum [online]. 2012 [vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://kfe.fjfi.cvut.cz/~blazej/cz/vyu/12ep/ul7.html

Seznam použité literatury:

[1] ANTOŠOVÁ, M., DAVÍDEK, V. Číslicová technika. Praha: KOPP, 2009. ISBN 978-80-7232-394-4.

[2] HÄBERLE, H. a kol. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Praha: Europa – Sobotáles, 2003. ISBN 80-86706-04-4.

[3 ] Klopné obvody. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [cit. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Klopn%C3%BD_obvod

[4] Základy číslicových obvodů: In: MFF UK: Elektronika [online]. 2010 [cit. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/elektross/skripta/index.html

Děkuji za pozornost