Realizacje układów techniki cyfrowej

Słowo przerzutnik ma 2 znaczenia. Pierwsze już poznaliśmy. Przerzutnik to użyteczny automat elementarny lub układ sekwencyjny definiowany zależnie od typu (mamy np. przerzutniki typu D czy J-K). Czasami żeby podkreślić to znaczenie słowa przerzutnik mówimy: przerzutnik cyfrowy.

W drugim znaczeniu przerzutnik to układ elektroniczny. Z punktu widzenia układów elektronicznych przerzutniki (nazywane też multiwibratorami) dzielimy na:

• przerzutniki bistabilne
• przerzutniki monostabilne (uniwibratory)
• przerzutniki astabilne

Przerzutnik bistabilny (ang. flip-flop) to układ mający dobrze określone dwa stany stabilne.

Rys. 1. Zasadniczy pomysł na przerzutnik bistabilny: dwa inwertery w układzie dodatniego sprzężenia zwrotnego

Rys.2. Przerzutnik zbudowany z 2 bramek NAND z dwoma wejściami zapalającym $\overline S$ (poziomem aktywnym jest poziom niski) i gaszącym $\overline R$ (poziomem aktywnym jest poziom niski)

Rys. 3. Przerzutnik zbudowany z 2 bramek NOR z dwoma wejściami: zapalającym $\overline S$ (poziomem aktywnym jest poziom niski) i gaszącym $\overline R$ (poziomem aktywnym jest poziom niski)

Rys. 4. Przerzutnik CMOS: dwa inwertery w układzie dodatniego sprzężenia zwrotnego

Przerzutnik monostabilny (ang. univibrator, monostable multivibrator) to układ mający jeden stan stabilny, w którym układ może przebywać dowolnie długo, i stan quasi-stabilny, w którym układ przebywa tylko przez pewien czas.

Przerzutnik astabilny (ang. astable multivibrator) to układ mający 2 stany quasi-stabilne.

Rys. 5. Przerzutnik NMOS: dwa inwertery w układzie dodatniego sprzężenia zwrotnego

Przerzutniki astabilne są takimi układami elektronicznymi, w których można wyróżnić dwa tzw. quasi-stabilne stany układu. Oznaczmy te stany przez s_ i s_ . Układ pozostaje w stanie s_ przez czas T₁ , a następnie przechodzi regeneracyjnie dzięki silnemu dodatniemu sprzężeniu zwrotnemu do stanu s_ . W stanie s_ układ pozostaje przez czas T₂ , po czym regeneracyjnie zmienia stan na s_ i cykl pracy układu się powtarza. Przerzutniki astabilne są więc w gruncie rzeczy układami generacyjnymi. Wymagane opóźnienia T₁ i T₂ uzyskuje się z reguły za pomocą prostych układów przeładowania pojemności. Najczęściej są to układy RC lub układy ładowania pojemności stałym prądem. Układy z indukcyjnościami stosuje się stosunkowo rzadko. Uzyskiwane na wyjściu przerzutnika przebiegi napięciowe mają na ogół charakter fali prostokątnej lub trójkątnej. Chwile regeneracyjnych przerzutów wyznaczane są przez momenty, w których przebieg napięciowy wykładniczo lub liniowo zmienny osiąga ustalony próg komparacji.

Generatory przestrajane napięciem, czyli tzw. układy VCO (ang. voltage controlled oscillator) są na ogół przerzutnikami astabilnymi, w których czasy opóźnienia T₁ i T₂ zależą od napięcia sterującego. Na ogół konstruuje się układy VCO o liniowej zależności częstotliwości przebiegu generowanego f_g  1/(T₁  T₂ ) od napięcia sterującego. Różnorodność zastosowań układów VCO (np. układy PLL, przetworniki A/C, modulatory) czyni z tych układów ważny, uniwersalny blok konstrukcyjny. Przerzutniki monostabilne, przerzutniki astabilne, generatory fali prostokątnej, generatory VCO oraz układy różniczkujące cyfrowo tudzież sterowane układy opóźniające tworzą obszerną kategorię układów zwaną układami uzależnień czasowych.