Digitale logica met feedback

Met eenvoudige poort- en combinatorische logische circuits is er een duidelijke uitgangsstatus voor elke gegeven ingangsstatus. Neem bijvoorbeeld de waarheidstabel van een OF-poort:

Voor elk van de vier mogelijke combinaties van ingangstoestanden (0-0, 0-1, 1-0 en 1-1) is er één, welomlijnde, ondubbelzinnige uitgangstoestand. Of we nu te maken hebben met een groot aantal gecascadeerde poorten of een enkele poort, die uitgangsstatus wordt bepaald door de waarheidstabel(len) voor de poort(en) in het circuit, en niets anders.

Als we dit poortcircuit echter veranderen om signaalfeedback te geven van de uitgang naar een van de ingangen, beginnen er vreemde dingen te gebeuren:

We weten dat als A 1 is, de uitvoer moet ook 1 zijn. Dat is de aard van een OF-poort:elke "hoge" (1) invoer dwingt de uitvoer "hoog" (1). Als A echter "laag" (0) is, kunnen we het logische niveau of de status van de uitvoer in onze waarheidstabel niet garanderen.

Aangezien de uitgang terugkoppelt naar een van de ingangen van de OF-poort, en we weten dat elke 1-ingang naar een OF-poort de uitgang 1 maakt, zal dit circuit "vergrendelen" in de 1-uitgangsstatus na elke keer dat A 1 is. Wanneer A is 0, kan de uitvoer 0 of 1 zijn, afhankelijk van de eerdere status van het circuit!

De juiste manier om de bovenstaande waarheidstabel in te vullen is door het woord latch in te voegen in plaats van het vraagteken, wat aangeeft dat de uitvoer zijn laatste status behoudt wanneer A 0 is.

Elk digitaal circuit dat gebruik maakt van feedback wordt een multivibrator genoemd . Het voorbeeld dat we zojuist hebben onderzocht met de OR-poort was een heel eenvoudig voorbeeld van wat een bistabiele wordt genoemd multivibrator. Het wordt "bistabiel" genoemd omdat het stabiel kan blijven in een van de twee mogelijke uitgangsstatussen, ofwel 0 of 1.

Er zijn ook monostabiele multivibrators, die slechts één . hebben stabiele uitvoerstatus (die andere status is tijdelijk), die we later zullen onderzoeken; en stabiel multivibrators, die geen stabiele toestand hebben (heen en weer oscilleren tussen een output van 0 en 1).

Een zeer eenvoudige astabiele multivibrator is een omvormer waarvan de uitgang direct wordt teruggekoppeld naar de ingang:

Als de ingang 0 is, schakelt de uitgang naar 1. Die 1 uitgang wordt teruggekoppeld naar de ingang als een 1. Als de ingang 1 is, schakelt de uitgang naar 0. Die 0 uitgang wordt teruggekoppeld naar de ingang als een 0, en de cyclus herhaalt zich.

Het resultaat is een hoogfrequente (meerdere megahertz) oscillator, indien geïmplementeerd met een solid-state (halfgeleider) inverterpoort:

Indien geïmplementeerd met relaislogica, zal de resulterende oscillator aanzienlijk langzamer zijn, fietsend op een frequentie die ruim binnen het audiobereik ligt.

De zoemer of vibrator Het aldus gevormde circuit werd op grote schaal gebruikt in vroege radiocircuits, als een manier om stabiel, laagspanningsgelijkstroomvermogen om te zetten in pulserende gelijkstroom, die vervolgens in spanning kon worden opgevoerd via een transformator om de hoge spanning te produceren die nodig is voor het bedienen van de vacuümbuisversterkers .

De ingenieurs van Henry Ford gebruikten ook het zoemer-/transformatorcircuit om een ​​continue hoogspanning te creëren voor de bougies van Model T-automotoren:

Gebruikmakend van terminologie van de oude mechanische zoemercircuits (vibrator), verwezen solid-state circuitingenieurs naar elk circuit met twee of meer aan elkaar gekoppelde vibrators als een multivibrator . De eerder genoemde astabiele multivibrator, met slechts één "vibrator", wordt vaker geïmplementeerd met meerdere poorten, zoals we later zullen zien.

De meest interessante en meest gebruikte multivibrators zijn van de bistabiele variëteit, dus we zullen ze nu in detail onderzoeken.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Vergrendelende circuits