D-триггер: схема и принцип работы

При работе со схемами, которые должны монтироваться в различные электронные приборы или продукты любительской радиоинженерии, для решения поставленных задач и достижения целей нередко используется D-триггер. Но перед тем как использовать эту деталь, необходимо хорошо разобраться в специфике работы устройства. Приступим.

Что такое D-триггер?

Под этим названием понимают целый класс электронных устройств, которые обладают способностью на протяжении длительного времени находиться в одном из двух устойчивых состояний, а при подаче сигналов управления – менять его. D-триггер – это такая составляющая схем, которая позволяет организовывать задержки выполнения. Они имеют, как правило, два входа.

Принцип работы триггера

Перед тем как приступать к рассказу о применении этого устройства, необходимо объяснить, как работает D-триггер. Принцип работы такой: когда приходит импульс синхронизации на вход С, то устройство начинает активно работать. Информация, полученная им, сохранится даже после прекращения подачи импульсов и десинхронизации сигнала, приходящего на порт С. Поскольку информация будет сохраняться до прихода ещё одного импульса, который всё поменяет, то второе название, полученное этим устройством – триггер с запоминанием информации. Организовать работу модели D можно с любых (теоретически) моделей JK или RS, если к ним подавать взаимно инверсные сигналы, причем подавать одновременно.

Схематическое построение D-триггеров

Если опытный человек посмотрит на схему этого типа устройств, то он может заметить натренированным глазом, что она состоит из двух (как правило) усилительных каскадов. Выходы на каждом из них подключены ко входу остальных через резисторы. Подбираются они так, чтобы тот каскад, у которого открыт транзистор, уверенно запирал другой. Можно провести интересный эксперимент: при подаче напряжения на триггер внутри него каскады начнут «бороться» между собой, чтобы закрыть друг друга.

Схематически это устройство можно узнать на схемах по таким особенностям:

1. Наличие двух входов. Один из них устанавливает логическую единицу. Второй - логический ноль.
2. Также есть два выхода.

С помощью одного из входов (тактового) можно провести общую синхронизацию триггера относительно остальных элементов схемы. Импульс, который поступает на другой вход, меняет положение устройства, но только в том случае, если на тактовом входе была перед этим установлена логическая единица. Вот так описательно выглядит D-триггер. Схема, точнее, фотография схемы представлена в статье.

Физические реализации триггерных систем

В подзаголовке говорится о «триггерных системах» из-за того, что сами по себе эти устройства мало чего стоят. Но если необходимо сделать временную задержку перед выполнением или во время процедуры – их весьма сложно заменить. Также тот факт, что D-триггер может запросто длительное время работать без дополнительной настройки, позволяет его сделать очень ценным элементом любых схем, где необходима временная задержка. Для радиолюбителей они стали настоящим спасением при конструировании автоматических роботизированных станков, ведь эти элементы позволяют сделать временную задержку, необходимую для того, чтобы в рабочую область подать материал или деталь.

Синхронные и асинхронные триггеры: в чем разница?

Синхронные устройства имеют только логические (или по-другому – информационные) входы. Асинхронные механизмы срабатывают сразу, как только получили сигнал. Они не ждут, пока пройдёт временная задержка в тех элементах, которые образуют триггер. Асинхронный D-триггер не работает как устройство в обычном понимании. Благодаря этому он имеет один несомненный плюс: всегда, когда подаётся сигнал на вход, этот логический элемент сразу меняет значение выхода, а не ждёт определённой тактовой частоты. Для тех, кто умеет создавать близкие к идеальным схемы, триггеры будут весьма полезны.

Синхронные имеют не только информационные входы, у них также есть отдельный вход для подачи тактового сигнала. И именно к ним относится D-триггер. Он состоит из комбинационных схем (КС) и элементов памяти (ЭП). Из-за того что при наличии тактового сигнала вся работа ориентируется на один такт, триггеры и разделили на синхронные и асинхронные устройства. Но конструктивная разница на этом не исчерпывается. Так, именно благодаря тактовому сигналу, его воздействию, можно полностью исключать из внимания переходные процессы, что позволяет, в свою очередь, облегчить работу с электроникой. Именно поэтому синхронный D-триггер является более популярным и используемым на практике. Даже пример, который был приведён в начале статьи, подразумевал его использование.

Динамические и статические триггеры

Динамические устройства представляют собой систему, одно состояние которой (логическая единица) характеризуется наличием на выходе непрерывающейся последовательности импульсов, имеющих определённую частоту. При втором состоянии (логический ноль) отсутствуют выходные импульсы. Изменение состояний проводится с помощью подачи внешнего импульса. Динамический D-триггер из-за необходимости подачи энергии нашел довольно слабое распространение.

Статистическими триггерами называют устройства, каждое состояние которых можно характеризовать неизменным уровнем выходного напряжения (можно в учебной литературе встретить фразу «выходными потенциалами»). Для высокого состояние оно будет близким к напряжению питания, для низкого будет сремиться к нулю. Благодаря такому способу представления выходных данных статистические триггеры часто называют потенциальными. Они делятся на две подгруппы, которые различаются по своему практическому значению для любителей электроники:

1. Несимметрические.
2. Симметрические.

Своим названием подгруппы обязаны способам организации электрических связей между составляющими элементами схемы. Так, в симметрических триггерах при рассмотрении схемы можно заметить симметрию расположения элементов. В несимметрических устройствах она не наблюдается.

Использование триггеров

Основная задача, которая решается с помощью таких устройств - с их помощью создается счетчик на D-триггерах. Они отличаются стабильностью своей работы и эффективностью контроля временных функций. Применение D-триггер нашел в промышленном оборудовании, а также в самодельных автоматизированных комплексах, которые работают с применением временных задержек. Хотя могут они использоваться и в других случаях, такая практика не является распространенной, и существует исключительно в целях утоления любопытства конструкторов. Так, создавать регистр на D-триггерах не очень практично, но благодаря дешевизне устройства такая практика довольно распространена.