Генератори на основі тригерів, або бістаабільні мультивібратори, використовуються для створення імпульсних сигналів з чітко визначеними переходами між двома стабільними станами. Вони отримали свою назву через здатність зберігати два стани (бістабільність) і переключатися між ними при подачі певного сигналу. Бістаабільні мультивібратори є основою для генерації прямокутних імпульсів у цифрових і аналогових схемах.

Принцип роботи

Бістаабільний мультивібратор має два стабільні стани: високий рівень (логічний “1”) та низький рівень (логічний “0”). Генератор на основі тригера може перебувати в одному з цих двох станів і змінювати його при подачі зовнішнього імпульсу, що спричиняє перехід в інший стан.

Основним елементом таких генераторів є тригер (найчастіше використовуються RS-тригери або JK-тригери), який реалізує логічну схему для зберігання та зміни стану.

Види бістаабільних мультивібраторів

1. RS-тригер — складається з двох логічних елементів (нор-або нанд-гейтів). Він має два входи: R (Reset) і S (Set). Коли активується сигнал на вході Set, тригер переходить в стан “1”. Коли активується сигнал на вході Reset, тригер переходить в стан “0”. Якщо обидва входи неактивні, тригер зберігає поточний стан.
2. JK-тригер — має два входи: J і K. Цей тригер комбінує функції Set і Reset, і може працювати в більш складних режимах, де кожен вхід може визначити, чи перемикається тригер в інший стан, чи зберігає поточний.
3. D-тригер — має один вхід D (Data) і один вхід Clock. Тригер змінює свій стан в залежності від рівня на вході D, коли на вхід Clock подається імпульс. Цей тип тригера використовується для синхронізації та збереження даних.
4. T-тригер — використовується для створення простих лічильників та генерації імпульсів. Перемикає свій стан на протилежний при кожному тактовому імпульсі.

Формули для генерації імпульсів

1. Для RS-тригера: Якщо вхід S активується (подається логічна “1”), тригер переходить в стан “1”. Якщо вхід R активується (подається логічна “1”), тригер переходить в стан “0”. Вихідний сигнал QQ можна описати так: Q = S * NOT(R) де:
   • SS — вхід Set,
   • RR — вхід Reset,
   • NOT(R)NOT(R) — інверсія входу R.
2. Для JK-тригера: Вихідний сигнал QQ для JK-тригера можна записати так: Q(t+1) = J * NOT(Q) + NOT(K) * Q де:
   • JJ — вхід Set,
   • KK — вхід Reset,
   • QQ — поточний стан тригера.
3. Для D-тригера: Q(t+1) = D де:
   • DD — вхід Data.
4. Для T-тригера: Q(t+1) = T * NOT(Q) + NOT(T) * Q де:
   • TT — вхід Toggle.

Застосування генераторів на основі тригерів

1. Генерація імпульсів: Вони широко використовуються в цифрових схемах для створення прямокутних імпульсів з певною частотою, що можуть бути використані для синхронізації або як тактові імпульси для інших пристроїв.
2. Частотні синтезатори: Використовуються для створення точних частот з допомогою лічильників, побудованих на основі тригерів.
3. Генерація сигналів в радіочастотних системах: Генератори на основі тригерів можуть бути частиною радіочастотних схем для генерації сигналів з фіксованою частотою.
4. Цифрові лічильники та тахометри: Вони використовуються в пристроях для вимірювання часу або обертів, де кожен імпульс відповідає одному кроку або циклу.
5. Системи управління та синхронізації: Вони можуть застосовуватись в автоматичних системах для контролю часу, частоти або для синхронізації різних компонентів.

Переваги та недоліки

Переваги:

• Простота конструкції та невисока вартість.
• Висока точність і стабільність при генерації імпульсів.
• Легкість у синхронізації з іншими частинами цифрових схем.
• Можливість реалізації в мікросхемах.

Недоліки:

• Висока чутливість до шумів на входах, що може призвести до нестабільної роботи.
• Залежність від параметрів живлення і температури, що може вплинути на точність.

Приклад: Генератор на основі JK-тригера

Розглянемо генератор на основі JK-тригера з тактовим імпульсом. Для забезпечення генерації імпульсів з постійною частотою, вхід J встановлюється на логічну “1”, а вхід K — на логічну “1”. Тригер буде перемикатися між двома станами при кожному тактовому імпульсі, генеруючи прямокутний сигнал на виході.