Klopné obvody

1. Klopné obvody Střední odborná škola Otrokovice 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

2. Charakteristika 1 DUM

3. Náplň výuky Klopné obvody Definice klopného obvodu Rozdělení klopných obvodů Zapojení klopných obvodů Druhy bistabilních klopných obvodů Schmittův klopný obvod Využití v praxi

4. Klopný obvodje elektrický obvod, který může nabývat právě dvou odlišných stavů • 0 – falseF (nepravda) log 0 • 1 – trueT (pravda) log 1 • ke změně z jednoho stavu do druhého dochází skokově • obvody se skládají ze dvou aktivních prvků pracujících ve spínacím režimu a zpětnovazebního členu • jako aktivní prvky se využívají tranzistory pracující ve spínacím režimu • zpětnovazebními členy jsou odpory nebo kondenzátory • zpětnou vazbou se rozumí propojení výstupu jednoho tranzistoru se vstupem druhého tranzistoru Definice klopného obvodu

5. klopný obvod se během své činnosti může nacházet ve stabilním nebo nestabilním stavu • stabilní stav – pracovní režim obvodu, ve kterém klopný obvod setrvává tak dlouho, dokud není vnějším napěťovým impulsem překlopen do druhého stavu • nestabilní stav – pracovní režim obvodu, ve kterém klopný obvodsetrvává pouze omezenou dobu a pak se samovolně překlopí do původního stavu stavu • stav klopného – je to stav, kdy jeden je tranzistor otevřen a druhý uzavřen • klopné obvody mohou být využívány také jako paměťové prvky nebo jako zdroje impulzů Činnost klopného obvodu

6. Rozeznáváme tři druhy klopných obvodů • astabilní− nemají žádný stabilní stav • monostabilní− mají jeden stabilní stav • bistabilní− oba stavy jsou stabilní • tyto obvody slouží jako paměťové prvky (v anglicky psané literatuře jsou označovány jako obvody typu flip-flop) • Schmittův klopný obvod − zvláštní typ klopného obvodu, který se používá především k úpravě tvaru impulzů • První tři druhy klopných obvodů se také označují jako multivibrátory. Můžeme říct, že multivibrátory jsou klopné obvody, naopak to ale neplatí. Rozdělení klopných obvodů

7. elektronické obvody, které realizují logické funkce dělíme do základních dvou skupin • kombinační – výstupní stav systému závisí pouze na kombinaci vstupních proměnných • sekvenční – generují výstupní stav na základě hodnoty vstupních logických proměnných a na základě předchozí hodnoty výstupu • výstup těchto obvodů je tedy definován pouze tehdy, je-li definována časová posloupnost (sekvence) změn vstupních hodnot • mezi tyto obvody patří i následující klopné obvody • klopný obvod R-S • klopný obvod J-K • klopný obvod D • klopný obvod D Kombinační a sekvenční obvody

8. tento obvod se neustále překlápí mezi jedním a druhým stavem podle nastavené časové konstanty • je využíván jako impulzní generátor, tónový generátor, blikač • dá se realizovat pomocí diskrétních součástek, pomocí logických členů nebo s využitím časovače 555 Astabilní klopný obvod – AKO Obr. 1: Astabilní klopný obvod

9. 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 • realizovat se dá stejně jako AKO Monostabilní klopný obvod – MKO Obr. 2: Monostabilní klopný obvod

10. má dva stabilní stavy • mezi těmito stavy lze libovolně přepínat, pomocí signálů přivedených na vstupy • tyto obvody se používají jako paměťové prvky Bistabilní klopný obvod – BKO Obr. 3: Bistabilní klopný obvod

11. Bistabilní klopný obvod má mnoho variant • mezi nejznámější patří RS, JK, D a T • RS klopný obvod • obvod má dva vstupy • S – SET • R – RESET • logická „1“ na vstupu R nastaví výstup na hodnotu logická nula • logická „1“ na vstupu S nastaví hodnotu vstupu na logickou jedna • pokud je na R a S zároveň logická 1, mluvíme o zakázaném nebo také hazardnímstavu • znamená to, že tento stav není definován a pokud nastane tato kombinace, není předem možné určit, v jakém stavu se bude nacházet výstup obvodu Varianty BKO

12. JK klopný obvod • JK má vstupy funkčně shodné s obvodem RS • vstup J nastavuje hodnotu logická „1“ • vstup K nastavuje hodnotu logická „0“ • pokud jsou oba vstupy J a K aktivní vnitřní hodnota se při hodinovém pulzu neguje • pro odstranění neurčitého stavu klopného obvodu RS byl vyvinut tzv. dvojčinný klopný obvod JK • první klopný obvod se nazývá řídicí – master • druhý klopný obvod je řízený – slave • s náběžnou hranou hodinového impulsu se nastavuje úroveň na výstupech řídícího obvodu • se sestupnou hranou hodinového impulsu se uzavírá vstup řídícího klopného obvodu a stav na jeho výstupu je kopírován řízeným klopným obvodem Varianty BKO

13. klopný obvod typu D • obvod D realizuje jednobitovou paměť • z obvodu RS se snadno vytvoří tak, že na vstup R přivedeme negovanou hodnotu vstupu S • třetí vstup je hodinový – CLK (clock) • výstupy klopného obvodu kopírují stav vstupního signálu po dobu, po kterou je na vstupu CLK logická „1“ • při hodnotě logické „0“ na vstupu CLK zůstává na výstupech zachován poslední stav • pokud je vstup CLK vybaven detekcí náběžné hrany, zapamatuje se stav vstupu „Data“ v okamžiku náběžné hrany • klopné obvody typu D mohou sloužit jako paměti binární informace, která se vybaví hodinovým impulsem k dalšímu zpracování Varianty BKO

14. klopný obvod typu T • obvod Tslouží jako přepínač paměti • s každou náběžnou hranou dojde ke změně výstupního stavu na inverzní k předchozí • z principu se jedná o frekvenční děličku • poměr výstupní a vstupní frekvence je určen vztahem • fOUT = fIN • Schmittův klopný obvod • jeho základní vlastností je hystereze • výstup je závislý nejen na hodnotě vstupu, ale i na jeho původním stavu • hystereze zabraňuje vzniku zákmitů výstupního signálu v okolí střední úrovně spínání Varianty BKO

15. Zapojení Schmittova klopného obvodu Obr. 4: Schmittův klopný obvod • Využití Schmittova klopného obvodu • úprava tvaru impulzů • jednobitový analogově číslicový převodník • komparátor

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

17. Seznam obrázků: Obr. 1: Astabilní klopný obvod. In: Klopné obvody [online]. 2012[vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://vecjeobsazena.webnode.cz/astabilni-klopny-obvod/ Obr. 2: Monostabilní klopný obvod. In: Klopné obvody [online]. 2012[vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://vecjeobsazena.webnode.cz/astabilni-klopny-obvod/ Obr. 3: Bistabilní klopný obvod. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Klopn%C3%BD_obvod Obr. 4: Schmittůvklopný obvod. In: FJFI ČVUT: Elektronické praktikum[online]. 2012 [vid. 9. 4. 2013]. Dostupné z: http://kfe.fjfi.cvut.cz/~blazej/cz/vyu/12ep/ul7.html

18. 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

19. Děkuji za pozornost 