Realizace klopných obvodů Střední odborná škola Otrokovice Realizace klopných obvodů Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika 1 DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /5 Autor Ing. Miroslav Hubáček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/13 Název DUM Realizace klopných obvodů Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-51-H/01 Obor vzdělávání Elektrikář Vyučovací předmět Elektronická zařízení Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 16 – 17 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: princip astabilního, monostabilního a bistabilního klopného obvodu, Schmittův klopný obvod, zapojení klopných obvodů s hradly Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule Klíčová slova Astabilní, monostabilní a bistabilní klopný obvod, klopný obvody RS, JK, D a T, Schmittův klopný obvod Datum 20. 4. 2013

Realizace klopných obvodů Náplň výuky Astabilní, monostabilní a bistabilní klopný obvod Princip činnosti KO Schmittův klopný obvod Zapojení klopných obvodů pomocí hradel Klopné obvody typu RS, D a JK

Klopné obvody z diskrétních součástek Astabilní klopný obvod astabilní klopný obvod je tvořen tranzistory T1 a T2 a kondenzátory C1 a C2 obvod nemá žádný stabilní stav, střídavě se jeden kondenzátor nabíjí a druhý vybíjí, klopný obvod se periodicky překlápí z jednoho stavu do druhého Obr. 1: Klopný obvod s tranzistory

Klopné obvody z diskrétních součástek Monostabilní klopný obvod jestliže nahradíme kondenzátor C1 rezistorem R1, vznikne monostabilní klopný obvod v klidové poloze bude tranzistor T1 uzavřen a tranzistor T2 otevřen v tomto stavu se bude kondenzátor C2 nabíjet na kladné napětí přivedeme-li kladný impuls do báze uzavřeného tranzistoru T1 obvod se překlopí a kondenzátor C2 se bude přes odpor RB2 a otevřený tranzistor T1 vybíjet po vybití se kondenzátor C2 začne nabíjet na napětí opačné polarity tato změna uzavření tranzistoru T1 a obvod se dostane do výchozí klidové polohy v tomto stavu obvod zůstane až do příchodu dalšího spouštěcího impulsu

Klopné obvody z diskrétních součástek Bistabilní klopný obvod oba dva kondenzátory jsou nahrazeny rezistory po připojení ke zdroji napájecího napětí se obvod ustálí tak, že jeden tranzistor bude otevřen a druhý uzavřen celý děj se spouští přivedením záporného impulzu do báze otevřeného tranzistoru otevřený tranzistor se začne zavírat, jeho kolektorové napětí se zvětšuje a tento nárůst se přenáší na bázi druhého tranzistoru, který se otevírá děj probíhá tak dlouho, dokud se původně zavřený tranzistor úplně neotevře a původně otevřený tranzistor úplně nezavře tím končí překlápění a obvod setrvá v tomto stavu až do příchodu dalšího spouštěcího impulsu

Klopné obvody z diskrétních součástek Schmittův klopný obvod obvod má dva stabilní stavy, které se mění skokem z analogového signálu tak lze získat signál číslicový Obr. 2: Schmittův klopný obvod

Činnost Schmittova klopného obvodu Schmittův klopný slouží k úpravě tvaru impulzů jeho základní vlastností je hystereze jeho výstup je závislý nejen na hodnotě vstupu, ale i na jeho původním stavu hystereze, která je jindy nežádoucí, zde zabraňuje vzniku zákmitů výstupního signálu v okolí střední úrovně spínání vstupní signál signál bez hystereze signál s hysterezí Obr. 3: Hystereze Schmittova klopného obvodu

Klopné obvody vytvořené z hradel RS klopný obvod vstup S se označuje jako SET hodnota logická „1“ na tomto vstupu nastaví hodnotu výstupu Q na logickou „1“ vstup R se označuje jako RESET hodnota logická „1“ na tomto vstupu vynuluje hodnotu na výstupu Q pokud je na R a S zároveň logická „1“, mluvíme o zakázaném nebo také hazardním stavu znamená to, že tento stav není definován a pokud nastane tato vstupní kombinace, není předem možné určit, v jakém stavu se bude nacházet výstup obvodu

Zapojení RS klopného obvodu a) obvod s hradly NOR b) obvod s hradly NAND Qn – aktuální stav, Qn-1 – předchozí stav c) pravdivostní tabulka Obr. 4: RS klopný obvod

Klopné obvody vytvořené z hradel Klopný obvod D u RS klopného se vyskytoval tzv. zakázaný stav problémům se zakázaným stavem předejdeme zapojením invertoru před vstup klopného obvodu zapojením dalších dvou hradel NAND, získáme synchronní klopný obvod D řízený úrovní klopný obvod D je řízen signálem Data, který je přiváděn na vstup S na vstup R invertovaný tím je vyloučen problematický zakázaný stav chování klopného obvodu D řízeného úrovní je principiálně podobné paměti

Zapojení klopného obvodu D Qn – aktuální stav, Qn-1 – předchozí stav a) obvod s hradly NAND b) pravdivostní tabulka c) časový diagram Obr. 5: Klopný obvod D

Klopné obvody vytvořené z hradel JK klopný obvod JK klopný obvod (angl. J-K flip-flop) představuje druhý základní typ bistabilního klopného obvodu podobně jako klopný obvod D vychází i klopný obvod JK z původního klopného obvodu RS klopný obvod JK opět představuje určité vylepšení původního klopného obvodu RS na rozdíl od klopného obvodu D zachovává klopný obvod JK oba řídící signály pro nastavení a nulování vstupy klopného obvodu se označují jako J (nastavení) a K (nulování) navíc se zavádí zpětná vazba z výstupů Q a Q non

JK klopný obvod typu master – slave zapojení sestává ze dvou klopných obvodů typu RS první klopný obvod je označován jako master, druhý jako slave tato označení mají vyjádřit nadřazenost prvního klopného obvodu nad druhým úrovně na vstupech nikdy nemohou okamžitě ovlivnit úrovně na výstupech, protože části master a slave jsou ovládány opačnou úrovní signálu C – clock (hodiny) Obr. 6: Klopný obvod JK

Kontrolní otázky: Co to je klopný obvod? Proveďte rozdělení klopných obvodů. Vysvětlete činnost AKO, MKO a BKO. Jaké má vlastnosti Schmittův klopný obvod? 5. Které klopné obvody vytvořené z hradel se nejčastěji používají?

Seznam obrázků: Obr. 1: Klopný obvod s tranzistory. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://slaboproud.sweb.cz/elt2/stranky1/elt050.htm Obr. 2: Schmittův klopný obvod. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z http://slaboproud.sweb.cz/elt2/stranky1/elt050.htm Obr. 3: Hystereze Schmittova klopného obvodu. In: Klopné obvody [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z http://slaboproud.sweb.cz/elt2/stranky1/elt050.htm Obr. 4a): RS klopný obvod z hradel NOR. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova- technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-rs/ Obr. 4b): RS klopný obvod z hradel NAND. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova- technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-rs/ Obr. 4c): Pravdivostní tabulka RS klopného obvodu .In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova- technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-rs

Seznam obrázků: Obr. 5a): D klopný obvod z hradel NAND. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova- technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-d-rizeny-urovni/ Obr. 5b): Pravdivostní tabulka D klopného obvodu. In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné zhttp://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova- technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-d-rizeny-urovni/ Obr. 5c) Časový diagram D klopného obvodu .In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova- technika/sekvencni-logicke-obvody/klopny-obvod-d-rizeny-urovni/ Obr. 6: JK klopný obvod .In: Číslicová technika [online]. 2012 [vid. 13. 4. 2013]. Dostupné z: http://mikrokontrolery-pic.cz/zaciname/cislicova-technika/sekvencni-logicke- obvody/klopny-obvod-jk/

Seznam použité literatury: [1] ANTOŠOVÁ, M., DAVÍDEK, V. Číslicová technika. Praha: KOPP, 2009. ISBN 978-80-7232-394-4. [2] HÄBERLE, H. a kol. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Praha: Europa – Sobotáles, 2003. ISBN 80-86706-04-4. [3 ] Klopné obvody. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [cit. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Klopn%C3%BD_obvod [4] Základy číslicových obvodů: In: MFF UK: Elektronika [online]. 2010 [cit. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/elektross/skripta/index.html

Děkuji za pozornost 