Realizace klopných obvodů

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 /5

Autor Ing. Miroslav Hubáček

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/13

Název DUM Realizace klopných obvodů

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: princip astabilního, monostabilního a bistabilního klopného obvodu, Schmittův klopný obvod, zapojení klopných obvodů s hradly

Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule

Klíčová slova Astabilní, monostabilní a bistabilní klopný obvod, klopný obvody RS, JK, D a T, Schmittův klopný obvod

Datum 20. 4. 2013

Realizace klopných obvodů

Náplň výuky

Astabilní, monostabilní a bistabilní klopný obvodPrincip činnosti KOSchmittův klopný obvodZapojení klopných obvodů pomocí hradelKlopné obvody typu RS, D a JK

Klopné obvody z diskrétních součástek

Astabilní klopný obvod• astabilní klopný obvod je tvořen tranzistory T1 a T2 a

kondenzátory C1 a C2

• obvod nemá žádný stabilní stav, střídavě se jeden kondenzátor nabíjí a druhý vybíjí, klopný obvod se periodicky překlápí z jednoho stavu do druhého

Obr. 1: Klopný obvod s tranzistory

Klopné obvody z diskrétních součástekMonostabilní klopný obvod• jestliže nahradíme kondenzátor C1 rezistorem R1, vznikne

monostabilní klopný obvod• v klidové poloze bude tranzistor T1 uzavřen a tranzistor T2

otevřen• v tomto stavu se bude kondenzátor C2 nabíjet na kladné napětí• přivedeme-li kladný impuls do báze uzavřeného tranzistoru T1

obvod se překlopí a kondenzátor C2 se bude přes odpor RB2 a otevřený tranzistor T1 vybíjet

• po vybití se kondenzátor C2 začne nabíjet na napětí opačné polarity

• tato změna uzavření tranzistoru T1 a obvod se dostane do výchozí klidové polohy

• v tomto stavu obvod zůstane až do příchodu dalšího spouštěcího impulsu

Klopné obvody z diskrétních součástekBistabilní klopný obvod• oba dva kondenzátory jsou nahrazeny rezistory• po připojení ke zdroji napájecího napětí se obvod ustálí tak, že

jeden tranzistor bude otevřen a druhý uzavřen• celý děj se spouští přivedením záporného impulzu do báze

otevřeného tranzistoru• otevřený tranzistor se začne zavírat, jeho kolektorové napětí se

zvětšuje a tento nárůst se přenáší na bázi druhého tranzistoru, který se otevírá

• děj probíhá tak dlouho, dokud se původně zavřený tranzistor úplně neotevře a původně otevřený tranzistor úplně nezavře

• tím končí překlápění a obvod setrvá v tomto stavu až do příchodu dalšího spouštěcího impulsu

Klopné obvody z diskrétních součástek

Schmittův klopný obvod• obvod má dva stabilní stavy, které se mění skokem• z analogového signálu tak lze získat signál číslicový

Obr. 2: Schmittův klopný obvod

Činnost Schmittova klopného obvodu• Schmittův klopný slouží k úpravě tvaru impulzů• jeho základní vlastností je hystereze • jeho výstup je závislý nejen na hodnotě vstupu, ale i na jeho

původním stavu• hystereze, která je jindy nežádoucí, zde zabraňuje vzniku

zákmitů výstupního signálu v okolí střední úrovně spínání

Obr. 3: Hystereze Schmittova klopného obvodu

vstupní signál

signál bez hystereze

signál s hysterezí

Klopné obvody vytvořené z hradel

RS klopný obvod• vstup S se označuje jako SET• hodnota logická „1“ na tomto vstupu nastaví hodnotu výstupu

Q na logickou „1“• vstup R se označuje jako RESET • hodnota logická „1“ na tomto vstupu vynuluje hodnotu na

výstupu Q• 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 vstupní kombinace, není předem možné určit, v jakém stavu se bude nacházet výstup obvodu

Zapojení RS klopného obvodu

Obr. 4: RS klopný obvod

Qn – aktuální stav, Qn-1 – předchozí stav

a) obvod s hradly NOR b) obvod s hradly NAND

c) pravdivostní tabulka

Klopné obvody vytvořené z hradel

Klopný obvod D• u RS klopného se vyskytoval tzv. zakázaný stav• problémům se zakázaným stavem předejdeme zapojením

invertoru před vstup klopného obvodu• zapojením dalších dvou hradel NAND, získáme synchronní

klopný obvod D řízený úrovní • klopný obvod D je řízen signálem Data, který je přiváděn • na vstup S • na vstup R invertovaný• tím je vyloučen problematický zakázaný stav• chování klopného obvodu D řízeného úrovní je principiálně

podobné paměti

Zapojení klopného obvodu D

Obr. 5: Klopný obvod D

Qn – aktuální stav, Qn-1 – předchozí stava) obvod s hradly NAND b) pravdivostní tabulka

c) časový diagram

Klopné obvody vytvořené z hradel

JK klopný obvod• JK klopný obvod (angl. J-K flip-flop) představuje druhý základní

typ bistabilního klopného obvodu • podobně jako klopný obvod D vychází i klopný obvod JK

z původního klopného obvodu RS• klopný obvod JK opět představuje určité vylepšení původního

klopného obvodu RS• na rozdíl od klopného obvodu D zachovává klopný obvod JK

oba řídící signály pro nastavení a nulování• vstupy klopného obvodu se označují jako J (nastavení) a K

(nulování) • navíc se zavádí zpětná vazba z výstupů Q a Q non

JK klopný obvod typu master – slave

Obr. 6: Klopný obvod JK

• zapojení sestává ze dvou klopných obvodů typu RS• první klopný obvod je označován jako master, druhý jako slave• tato označení mají vyjádřit nadřazenost prvního klopného

obvodu nad druhým• úrovně na vstupech nikdy nemohou okamžitě ovlivnit úrovně

na výstupech, protože části master a slave jsou ovládány opačnou úrovní signálu C – clock (hodiny)

Kontrolní otázky:

1. Co to je klopný obvod?

2. Proveďte rozdělení klopných obvodů.

3. Vysvětlete činnost AKO, MKO a BKO.

4. Jaké má vlastnosti Schmittův klopný obvod?

5. Které klopné obvody vytvořené z hradel se nejčastěji používají?

Seznam obrázků:

Obr. 1: Klopný obvod s tranzistory. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://slaboproud.sweb.cz/elt2/stranky1/elt050.htm

Obr. 2: Schmittův klopný obvod. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z http://slaboproud.sweb.cz/elt2/stranky1/elt050.htm

Obr. 3: Hystereze Schmittova klopného obvodu. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z http://slaboproud.sweb.cz/elt2/stranky1/elt050.htm

Obr. 4a): RS klopný obvod z hradel NOR. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-rs/

Obr. 4b): RS klopný obvod z hradel NAND. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-rs/

Obr. 4c): Pravdivostní tabulka RS klopného obvodu .In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-rs

Seznam obrázků:

Obr. 5a): D klopný obvod z hradel NAND. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-d-rizeny-urovni/

Obr. 5b): Pravdivostní tabulka D klopného obvodu. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné zhttp://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-d-rizeny-urovni/

Obr. 5c) Časový diagram D klopného obvodu .In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-d-rizeny-urovni/

Obr. 6: JK klopný obvod .In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-jk/

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