RS-триггер

Сигналы на выходах простейших логических элементов (вроде "И-НЕ", "ИЛИ" и т.п.) полностью определяются сигналами на их входах. Однако существуют более сложные элементы, обладающие "внутренним состоянием" - или говоря иначе, запоминающие сигналы которые подавались на их входы раньше.

Для таких элементов может оказаться что при одном и том же состоянии входов, на их выходах сигналы могут оказаться разными. И это зависит от того в каком порядке сигналы подавались на входы раньше.

Базовые элементы из таких, обладающих памятью, называются "триггерами". Мы рассмотрим конструкцию простейшего из них - RS-триггера.

RS-триггером имеет два входа. Выход один, но может быть еще дополнительный, являющийся просто инверсией первого (т.е. несамостоятельный). По сигналу на входе S (set) на выходе устанавливается 1. По сигналу на входе S на выходе устанавливается 0. И то и другое состояние может существовать неограничено долго, даже после того как сигнал на выходе исчез.

Рассмотрим "классическую" реализацию на двух логических элементах ИЛИ-НЕ. На рисунке она приведена слева:

Нормальным состоянием входов является 0. Допустим что при этом на выходе Q тоже 0. По обратной связи он передается на верхний вход нижнего элемента и на нем образуются два нуля, так что на выходе Q' появляется 1. По второй обратной связи эта единица попадает на нижний вход верхнего элемента, на нем образуется комбинация 0-1 результатом которой является 0 на выходе Q. То есть такое состояние устойчиво, обратные связи как бы "фиксируют" его.

Допустим теперь что на вход S подали 1. На нижнем элементе образовалась комбинация 0-1 и он переключился - на выходе Q' появляется 0. По обратной связи он попадает на верхний элемент и поскольку на R тоже 0, то верхний элемент переключается, на его выходе Q появляется 1. Она попадает на вход нижнего элемента создавая на нем комбинацию 1-1 и таким образом "подтверждая" ноль на Q`.

Теперь даже после того как S переключится обратно в 0, на нижнем элементе останется комбинация 1-0 и на его выходе Q` останется единица. То есть триггер "запомнил" свое состояние.

Дальнейшие манипуляции на S не смогут изменить это состояние. Но если подать 1 на R (при нуле на S), то триггер переключится обратно (в зеркально-симметричном порядке).

Таким образом у триггера два стабильных состояния (с 0 или 1 на Q) при наличии двух нулей на обоих входах. Единица на одном из входов вызывает переключение в ту или другую сторону. Две единицы на обоих входах считаются "недопустимым" состоянием, т.к. куда переключится триггер после их одновременного исчезновения - не определено.

На второй картинке изображен вариант этого же триггера, но на элементах И-НЕ. Он отличается тем что нормальным состоянием входов является 1. А сигналы подаются кратковременной подачей 0 на тот или иной вход.

---

Лабораторная работа

Именно вторую схему мы и реализуем на лабораторной работе, поскольку микросхемы с элементами И-НЕ очень популярны (в виде микросхем К155ЛА3, К555ЛА3 и т.п. либо зарубежных 74LS00, 74HC00 и т.п.) - и кроме того поскольку входы таких микросхем (серий к155, 74LS но не 74HC) по умолчанию "подтянуты" к плюсу, т.е. на них логическая единица. А для подачи логического нуля, мы кратковременно касаемся нужного контакта проводком, соединенным с минусом питания.

Для визуального наблюдения за состояниями выходов, мы кодключаем к ним светодиоды, подсоединенные через токоограничивающие резисторы 1 кОм к минусу питания. Таким образом свечение светодиода показывает что на данном выходе высокий уровень.

Важно не забыть подключить питание к 7 и 14 выводам микросхемы. За подробностями обратитесь к статье Микросхемы логики.

Внешние подтягивающие резисторы по 100к не требуются для микросхем серий к155, к555, 74LS, т.к. используемая в них "транзистор-транзисторная" логика имеет внутренние подтягивающие резисторы. Однако для микросхем на полевых транзисторах (74HC) эти резисторы необходимы. Такие микросхемы к тому же обладают большой чувствительностью и переключить их можно просто касаясь пальцем входа (подтянутого к плюсу). Человеческое тело является источником слаботочных помех которые на высоком входном сопротивлении данной микросхемы создают колебания достаточного потенциала.

---

RS-триггер на транзисторах

Триггер также можно собрать на транзисторах, как разновидность мультивибратора. В нем отсутствуют конденсаторы, а обратные связи заведены через R2 и R3 на коллекторы противоположных транзисторов. Сигналы подаются подключением базы одного из транзисторов к минусу (нулю). Если мы подключаем кратковременно базу левого транзистора (кнопкой S1) к минусу, то он закрывается, левый светодиод гаснет. На коллекторе VT1 высокий уровень, он открывает транзистор VT2, правый светодиод светится, а на коллекторе VT2 низкий уровень который будет запирать базу VT1 даже когда мы отпустим кнопку. Чтобы теперь переключить триггер в другое положение, нужно нажать вторую кнопку.