De S-R-vergrendeling

Een bistabiele multivibrator heeft twee stabiele toestanden, zoals aangegeven door het voorvoegsel bi op zijn naam. Gewoonlijk wordt naar één staat verwezen als set en de andere als reset . Het eenvoudigste bistabiele apparaat staat daarom bekend als een set-reset , of S-R, vergrendeling. Om een ​​SR-latch te maken, kunnen we twee NOR-poorten zo bedraden dat de output van de ene terugkoppelt naar de input van een andere, en vice versa, als volgt:

De Q- en niet-Q-uitgangen zouden in tegengestelde toestanden moeten zijn. Ik zeg "verondersteld" omdat het maken van zowel de S- als R-invoer gelijk aan 1 resulteert in zowel Q als niet-Q 0. Om deze reden wordt het hebben van zowel S als R gelijk aan 1 een ongeldige of illegaal staat voor de SR-multivibrator.

Anders "stelt" het maken van S=1 en R=0 de multivibrator zo in dat Q=1 en niet-Q=0. Omgekeerd, waardoor R=1 en S=0 de multivibrator in de tegenovergestelde toestand "resetten". Wanneer S en R beide gelijk zijn aan 0, "vergrendelen" de uitgangen van de multivibrator in hun vorige toestanden.

Merk op hoe dezelfde multivibratorfunctie kan worden geïmplementeerd in ladderlogica, met dezelfde resultaten:

Per definitie is een voorwaarde van Q=1 en niet-Q=0 ingesteld . Een voorwaarde van Q=0 en niet-Q=1 is reset . Deze termen zijn universeel bij het beschrijven van de uitgangstoestanden van elk multivibratorcircuit. De scherpzinnige waarnemer zal opmerken dat de initiële opstarttoestand van ofwel de poort- of laddervariant van SR-grendel zodanig is dat beide poorten (spoelen) in de spanningsloze modus starten.

Als zodanig zou je verwachten dat het circuit in een ongeldige toestand zal opstarten, waarbij zowel Q- als niet-Q-uitgangen zich in dezelfde staat bevinden. Eigenlijk is dit waar! De ongeldige toestand is echter onstabiel met zowel de S- als de R-ingangen inactief, en het circuit zal snel stabiliseren in de set- of reset-toestand omdat de ene poort (of relais) iets sneller zal reageren dan de andere.

Als beide poorten (of spoelen) precies identiek waren , ze zouden oscilleren tussen hoog en laag als een astabiele multivibrator bij het opstarten zonder ooit een punt van stabiliteit te bereiken! Gelukkig is in dit soort gevallen zo'n nauwkeurige match van componenten een zeldzame mogelijkheid.

Opgemerkt moet worden dat hoewel een astabiele (continu oscillerende) toestand uiterst zeldzaam zou zijn, er hoogstwaarschijnlijk een of twee oscillaties in het bovenstaande circuit zullen zijn en de uiteindelijke toestand van het circuit (ingesteld of gereset) na het opstarten zou onvoorspelbaar zijn.

De wortel van het probleem is een rasconditie tussen de twee relais CR₁ en CR₂ .

Een raceconditie treedt op wanneer twee elkaar uitsluitende gebeurtenissen gelijktijdig worden geïnitieerd via verschillende circuitelementen door één enkele oorzaak. In dit geval zijn de circuitelementen relais CR₁ en CR₂ , en hun spanningsloze toestanden sluiten elkaar wederzijds uit vanwege de normaal gesloten vergrendelingscontacten.

Als een relaisspoel spanningsloos is, houdt het normaal gesloten contact de andere spoel bekrachtigd, waardoor het circuit in een van de twee toestanden (ingesteld of gereset) wordt gehouden. Interlocking voorkomt beide relais tegen vergrendelen.

Als echter beide relaisspoelen starten in hun spanningsloze toestand (zoals nadat het hele circuit spanningsloos is gemaakt en vervolgens wordt ingeschakeld) beide relais zullen "race" om te worden vergrendeld als ze stroom krijgen (de "enige oorzaak") via de verbreekcontact van het andere relais. Een van die relais zal die toestand onvermijdelijk eerder bereiken dan de andere, waardoor het normaal gesloten vergrendelingscontact wordt geopend en de andere relaisspoel wordt uitgeschakeld.

Welk relais deze race "wint", is afhankelijk van de fysieke kenmerken van de relais en niet van het circuitontwerp, dus de ontwerper kan niet garanderen in welke staat het circuit na het opstarten terechtkomt. Race-omstandigheden moeten in het circuitontwerp worden vermeden, vooral vanwege de onvoorspelbaarheid die zal worden gecreëerd. Een manier om een ​​dergelijke toestand te vermijden, is door een tijdvertragingsrelais in het circuit te plaatsen om een ​​van de concurrerende relais voor korte tijd uit te schakelen, waardoor het andere een duidelijk voordeel krijgt.

Met andere woorden, door met opzet het uitschakelen van het ene relais te vertragen, zorgen we ervoor dat het andere relais altijd "wint" en dat de raceresultaten altijd voorspelbaar zijn.

Hier is een voorbeeld van hoe een tijdvertragingsrelais kan worden toegepast op het bovenstaande circuit om de raceconditie te vermijden:

Wanneer het circuit opstart, tijdvertragingsrelaiscontact TD₁ op de vijfde trede omlaag zal het sluiten met 1 seconde vertragen. Als dat contact 1 seconde open staat, wordt relais CR₂ . voorkomen van energie tot contact CR₁ in de normaal gesloten toestand na het opstarten.

Relay daarom CR₁ mag eerst worden geactiveerd (met een voorsprong van 1 seconde), waardoor de normaal gesloten CR₁ wordt geopend contact op de vijfde sport, waardoor CR₂ . wordt voorkomen niet worden bekrachtigd zonder dat de S-ingang actief wordt.

Het eindresultaat is dat het circuit netjes en voorspelbaar opstart in de reset-status met S=0 en R=0. Opgemerkt moet worden dat raceomstandigheden niet beperkt zijn tot relaiscircuits. Solid-state logische poortcircuits kunnen ook last hebben van de nadelige gevolgen van race-omstandigheden als ze niet goed zijn ontworpen.

Complexe computerprogramma's kunnen trouwens ook raceproblemen veroorzaken als ze niet goed zijn ontworpen. Raceproblemen zijn een mogelijkheid voor elk sequentieel systeem en worden mogelijk pas enige tijd na de eerste test van het systeem ontdekt. Het kunnen zeer moeilijke problemen zijn om op te sporen en te elimineren.

Een praktische toepassing van een SR-vergrendelingscircuit zou kunnen zijn voor het starten en stoppen van een motor, met behulp van normaal open, kortstondige drukknopschakelaarcontacten voor beide start (S) en stop (R) schakelt en activeert vervolgens een motorcontactor met een CR₁ of CR₂ contact opnemen (of een contactor gebruiken in plaats van CR₁ of CR₂ ).

Normaal gesproken wordt een veel eenvoudiger ladderlogica-circuit gebruikt, zoals dit:

In het bovenstaande motor start/stop-circuit is de CR₁ contact parallel met de start schakelcontact wordt een "seal-in"-contact genoemd, omdat het besturingsrelais CR₁ "afdicht" of vergrendelt in de bekrachtigde toestand na de start schakelaar is losgelaten.

Om het "zegel" te verbreken of om het circuit te "ontgrendelen" of "resetten", de stop drukknop wordt ingedrukt, waardoor CR₁ . wordt uitgeschakeld en herstelt het seal-in contact naar zijn normaal open status. Merk echter op dat dit circuit vrijwel dezelfde functie vervult als de S-R-latch.

Merk ook op dat dit circuit geen inherent instabiliteitsprobleem heeft (zelfs een externe mogelijkheid), net als het SR-vergrendelingsontwerp met dubbel relais. In halfgeleidervorm worden SR-vergrendelingen geleverd in voorverpakte eenheden, zodat u ze niet van afzonderlijke poorten hoeft te bouwen. Ze worden als zodanig gesymboliseerd:

BEOORDELING:

• Een bistabiele multivibrator is één met twee stabiele uitvoerstatussen.
• In een bistabiele multivibrator wordt de voorwaarde van Q=1 en niet-Q=0 gedefinieerd als set . Een voorwaarde van Q=0 en niet-Q=1 wordt omgekeerd gedefinieerd als reset . Als Q en niet-Q naar dezelfde toestand worden gedwongen (beide 0 of beide 1), wordt die toestand ongeldig genoemd. .
• In een S-R-latch stelt activering van de S-ingang het circuit in, terwijl activering van de R-ingang het circuit reset. Als zowel S- als R-ingangen tegelijkertijd worden geactiveerd, bevindt het circuit zich in een ongeldige toestand.
• Een raceconditie is een toestand in een opeenvolgend systeem waarin twee elkaar uitsluitende gebeurtenissen gelijktijdig worden geïnitieerd door een enkele oorzaak.