Klopný obvod

Klopný obvod (KO) je elektronický obvod, který přechází mezi několika diskrétními stavy (nejčastěji dvěma), přičemž ke změně mezi stavy dochází skokově. Klopné obvody se skládají z několika hradel nebo jiných aktivních prvků a lze je použít např. jako paměťové prvky, impulzní generátory, časovače nebo oscilátory.

Příklad astabilního klopného obvodu (multivibrátoru) složeného z diskrétních součástek
Multifunkční časovač 555 lze jednoduše využít pro realizaci klopných obvodů

Základní skupiny klopných obvodů

Klopné obvody se dělí do čtyř základních skupin:

  • Astabilní − Nemají žádný stabilní stav. Neustále oscilují (kmitají) z jednoho stavu do druhého. Používají se jako oscilátory, zdroj časových impulzů, pro blikače, stimulátor srdce.
  • Monostabilní − Jeden stabilní stav, ze kterého se obvod překlopí pouze s příchodem spouštěcího impulzu. Používají se jako tvarovač impulzů a pro zpožďovací členy. Někdy nazývány monoflop.
  • Bistabilní − Oba stavy jsou stabilní. Používají se jako paměťové prvky. V anglicky psané literatuře jsou označovány jako flip-flop.
  • Schmittův − Zvláštní typ KO, který se používá především k úpravě tvaru impulzů.

V angličtině se klopné obvody souhrnně nazývají multivibrator. Někteří autoři název multivibrátor používají pro všechny druhy klopných obvodů i v češtině; jiní jej používají pouze pro astabilní klopný obvod. Jeho obdélníkový výstupní signál lze pomocí harmonické analýzy vyjádřit jako Fourierovu řadu tvořenou superpozicí mnoha sinusových průběhů, odtud multivibrátor.

Astabilní klopný obvod (AKO)
Astabilní multivibrátor, složený z diskrétních součástek
Vnitřní schéma a zapojení integrovaného obvodu 555 jako AKO

Astabilní klopné obvody, označované také jako AKO, nemají žádný stabilní stav, což znamená, že tyto obvody neustále oscilují (překlápějí se) mezi jedním a druhým stavem podle nastavené časové konstanty. AKO jsou proto používány jako impulzní generátory, tónové generátory, blikače.[1]

AKO se dá realizovat pomocí diskrétních součástek, s použitím dvou tranzistorů (viz obrázek), nebo s pomocí logických členů (např. dvou NANDů),[2] nebo s využitím časovače 555 (viz AKO pomocí obvodu 555).

Funkce AKO

Na obrázku je znázorněn AKO realizovaný pomocí diskrétních součástek. V obvodu je zavedena silná kladná zpětná vazba, realizovaná pomocí kondenzátorů.

Po zapojení obvodu se začnou oba kondenzátory C1 a C2 nabíjet a tranzistory Q1 a Q2 se začnou otevírat. Jelikož jsou použity reálné tranzistory, které mají (vlivem nedokonalé výroby) mírně odlišné parametry, jeden z tranzistorů se otevře dříve. Za předpokladu, že se dříve otevře tranzistor Q1, kondenzátor C1 se začne vybíjet, čímž uzavře tranzistor Q2. Kondenzátor C2 se nabíjí a ještě více otevírá Q1 (kladná zpětná vazba). V okamžiku, kdy se C1 přebije na opačnou polaritu, vzroste na bázi Q2 napětí a ten se začne otevírat. Toto způsobí nabíjení kondenzátoru C1 a vybíjení C2. V tomto okamžiku se obvod skokově překlopí a na výstupu (kolektor jednoho z tranzistorů) se objeví opačná úroveň napětí.

Doba, po jakou bude na výstupu jeden nebo druhý stav je závislá na velikostech použitých součástek:

Perioda kmitání obvodu je:

Takto realizovaný obvod má však dvě nevýhody:

  • Čelo (vzestupná hrana) výstupního signálu je zaoblená (doba vzestupné hrany je ovlivněna velikostí rezistoru R1, resp. R4).
  • Kmitočet je silně závislý na teplotě.

První nevýhoda, velká doba vzestupné hrany, se dá částečně odstranit vložením diod mezi kolektor Q1 a bázi Q2, resp. kolektor Q2 a bázi Q1.

Kmitočtovou nestabilitu lze vyřešit přivedením synchronizačních impulzů na bázi jednoho z tranzistorů.

Monostabilní klopný obvod (MKO)
Schematicka značka monostabilního klopného obvodu řízeného náběžnou hranou spouštěcího signálu
Realizace monostabilního klopného obvodu z diskrétních součástek

Monostabilní klopný obvod, označovaný jako MKO, má jeden stabilní stav, ze kterého je možné jej přepnout do stavu nestabilního. Obvod se sám po určité době přepne zpět do stabilního stavu. Tento typ obvodu je možné použít například jako zpožďovací prvek.

Obvod je možno použít jako generátor impulsu definované délky, lze také realizovat pomocí časovače 555, viz MKO pomocí obvodu 555. Dále jako zpožďovač impulsů, dělička impulsů, nebo v čítačích impulsů.

Odkazy

Reference
  1. HÁJEK, Jan. 2x časovač 555. Praha: BEN - technická literatura, 1998. ISBN 80-86056-27-9. Kapitola 2.4, s. 13–15. (česky)
  2. MALINA, Václav. Digitální technika. České Budějovice: KOPP, 2001. ISBN 80-85828-70-7. Kapitola 2.3, s. 59–69. (česky)

Literatura
  • HÁJEK, J.: 2× ČASOVAČ 555: praktická zapojení, nakladatelství BEN - technická literatura, ISBN 80-86056-27-9.
  • MALINA, V.: Digitální technika, nakladatelství KOPP, ISBN 80-85828-70-7
  • Mašláň, M., D. Žák : Logické obvody I., PřF UP Olomouc, 1993
  • Doc. Ing. Jiří Bayer, CSc; Dr.Ing. Zdeněk Hanzálek; Ing. Richard Šusta: Logické systémy pro řízení, Vydavatelství ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Praha, 2000, ISBN 80-01-02147-5

Související články

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.