Bistabilní a monostabilní klopný obvod


Klopné obvody - úvod:

Klopný obvod je takový elektronický obvod, který může nabývat nejméně dvou fyzikálně odlišných stavů, přičemž ke změně stavu dochází skokem.

Stavy obvodu mohou být:

- stabilní stav obvod je pracovní režim, ve kterém obvod může setrvat neomezeně dlouhou dobu a v případě malých změn obvodových veličin se do tohoto stavu vrací;

- kvazistabilní stav obvodu je pracovní režim, ve kterém se obvod nachází pouze přechodnou dobu, závislou na vlastnostech obvodu. Do tohoto stavu přechází obvod buď působením vnějšího signálu ze stabilního stavu, nebo samovolně z druhého kvazistabilního stavu.

Klopné obvody dělíme v zásadě na 3 základní druhy:

- astabilní k.o. (se 2 kvazistabilními stavy);

- monostabilní k.o. (s 1 stabilním a s 1 kvazistabilním stavem);

- bistabilní k.o. (se 2 stabilními stavy).


Bistabilní klopný obvod (BKO)

BKO - princip činnosti:

Bistabilní klopný obvod (BKO) je klopný obvod, který má dva stabilní stavy. Obvod může být sestaven buď z diskrétních součástek anebo může být v integrované podobě, avšak princip bývá vždy podobný.


Pro vysvětlení činnosti BKO (obr. A) bude BKO zastaven v jedné z náhodně vybraných stabilních poloh (neuvažujeme přitom tečkované části):


a) 1. stabilní stav:

Tranzistor T1 je otevřen a tranzistor T2 je zavřen (zahražen).


b) 1. překlápění obvodu:

V libovolném čase t1 přivedeme na bázi otevřeného tranzistoru T1 záporný spouštěcí impuls (obr. B), který začne tranzistor T1 zavírat, jeho kolektorové napětí Uce1 roste, vzrůst napětí se přenese přes rezistor Rb2 na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T2 se otvírá, děj probíhá lavinovitě, až se tranzistor T1 úplně uzavře a tranzistor T2 úplně otevře. Tím skončilo překlápění a začíná 2. stabilní stav na libovolně dlouhou dobu.


c) 2. stabilní stav:

Tranzistor T1 je zavřen (zahražen) a tranzistor T2 otevřen.


d) 2. překlápění obvodu:

V libovolném čase t2 přivedeme na bázi otevřeného tranzistoru T2 záporný spouštěcí impuls (obr. B), který začne tranzistor T2 zavírat, jeho kolektorové napětí Uce2 roste, vzrůst napětí se přenese přes rezistor Rb1 na bázi tranzistoru T1. Tranzistor T1 se otvírá, děj probíhá lavinovitě, až se tranzistor T2 úplně uzavře a tranzistor T1 úplně otevře. Tím skončilo překlápění a začíná opět 1. stabilní stav na libovolně dlouhou dobu (do přivedení dalšího spouštěcího impulsu).


Pro urychlení přechodných jevů při překlápění, tj. pro zkrácení spínacích dob tranzistorů, se k rezistorům v bázích tranzistorů Rb1 a Rb2 připojují paralelně tzv. urychlovací kondenzátory C1 a C2 (naznačen tečkovaně) o poměrně malé kapacitě, proto nezaměňovat s AKO!!!


Spouštění BKO je nejvhodnější provádět záporným impulsem na bázi otevřeného tranzistoru NPN (neboť střídavé překlápění lze při střídající se polaritě impulsů uskutečnit v jedné bázi, neboť spouštět se dá i přivedením kladného impulsu na uzavřený tranzistor), popř. přivedením záporného impulsu na kolektor uzavřeného tranzistoru NPN.

Spouštění může být souměrné (spouštění má společný vstup), nebo nesouměrný ( spouštění má oddělené vstupy pro každý vstup).



BKO - vlastnosti, užití:

Vlastnosti: přivádíme-li na vstup (při souměrném spouštění) obdélníkové impulsy o dané frekvenci, pak na každém ze dvou možných výstupů bude frekvence o poloviční velikosti - dělička frekvencí

Užití: binární dělička frekvence impulsů; statický paměťový prvek s kapacitou 1 bit; součástí čítačů, registrů, pamětí, apod.


Monostabilní klopný obvod (MKO)

MKO - princip činnosti:

Monostabilní klopný obvod (MKO) je klopný obvod, který má jeden stabilní stav, v němž může setrvat libovolně dlouho, a jeden kvazistabilní stav, ve kterém může setrvat pouze přechodně - tzv. doba kyvu (kmitu). Obvod může být sestaven buď z diskrétních součástek anebo může být v integrované podobě, avšak princip bývá vždy podobný.


Pro vysvětlení činnosti MKO (obr. A) bude MKO zastaven právě v stabilní poloze (neuvažujeme tečkované části):


a) stabilní stav:

Tranzistor T1 je zavřen (zahražen) a tranzistor T2 je otevřen kladným bázovým předpětím získaným rezistorem Rb2. Kondenzátor C2 je nabitý s naznačenou polaritou.


b) 1. překlápění obvodu:

V libovolném čase t2 přivedeme na bázi otevřeného tranzistoru T2 záporný spouštěcí impuls (obr. B), který začne tranzistor T2 zavírat, jeho kolektorové napětí Uce2 roste, vzrůst napětí se přenese přes rezistor Rb1 na bázi tranzistoru T1. Tranzistor T1 se otevírá, pokles jeho kolektorového napětí Uce1 přenese kondenzátor C2 na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T2 se ještě více uzavírá, děj probíhá lavinovitě, až se tranzsitor T2 úplně uzavře a tranzistor T1 úplně otevře. Tím skončilo překlápění a začíná kvazistabilní stav.


c) kvazistabilní stav:

Tranzistor T1 je otevřen a tranzistor T2 je zavřen (zahražen).

Kondenzátor C2 se začne vybíjet v obvodu (1):

(1) +Ucc - Rb2 - C2 - otevřený T1 (přechod C - E) - zem

Časová konstanta vybíjecího obvodu je určena rezistorem Rb2 a kondenzátorem C2 (v Rb2*C2). Při vybíjení se záporné napětí Ube2 exponenciálně zmenšuje až k nule, kondenzátor C2 se potom začne ve stejném obvodu ze zdroje Ucc nabíjet s obrácenou polaritou (než je naznačeno).

V bodě t2 (obr. B), kdy se kondenzátor C2 nabil na hodnotu prahového napětí přechodu B - E tranzistoru T2, se tranzistor T2 začne otvírat. Tím končí kvazistabilní stav a začíná překlápění obvodu.


d) 2. překlápění obvodu:

Pokles kolektorového napětí Uce2 tranzistoru T2 se rezistorem Rb1 přenese na bázi tranzistoru T1. Tranzistor T1 se tím uzavírá, jeho kolektorové napětí Uce1 roste, vzrůst napětí se kondenzátorem C2 přenese na bázi tranzistoru T2. Tranzistor T2 se ještě více otvírá, děj probíhá lavinovitě, až se tranzistor T1 úplně uzavře a tranzistor T2 úplně otevře. Tím skončilo překlápění a začíná opět stabilní stav na libovolně dlouhou dobu (do přivedení dalšího spouštěcího impulsu).

Kondenzátor C2 se bude nabíjet v obvodu (2):

(2) +Ucc - Rc1 - C2 - otevřený T2 (přechod B - E) - zem

Časová konstanta nabíjecího obvodu n je určena rezistorem Rc1 a kondenzátorem C2 (n Rc1*C2) a určuje tzv. dobu obnovy klidového stavu (dobu zotavení) (Tzot = (3 až 5)*n). Před uplynutím doby zotavení by neměl přijít další spouštěcí impulsu, aby nedošlo ke zkrácení doby kyvu (kmitu), než je jeho skutečná hodnota.


Pro urychlení přechodného jevu při překlápění, tj. pro zkrácení spínací doby tranzistoru, se k rezistoru Rb1 v bázi tranzistoru T1 připojuje paralelně tzv. urychlovací kondenzátor C1 (naznačen tečkovaně) o poměrně malé kapacitě, proto nezaměňovat s AKO!!!


Spouštění MKO je nejvhodnější provádět záporným impulsem na bázi otevřeného tranzistoru T2 (NPN), popř. přivedením záporného impulsu na kolektor nebo kladného impulsu na bázi uzavřeného tranzistoru T1 (NPN).


MKO - vlastnosti, užití:

Vlastnosti: přivedeme-li na vstup zpožďovaný impuls, který překlopí obvod do kvazistabilního stavu, zpožděný impuls (zpoždění se nechá nastavit v širokých mezích) se pak odvodí z týlu výstupního impulsu na kolektoru tranzistoru T2 - zpožďovač impulsů; v impulsové technice vytvoří široké obdélníkové impulsy z úzkých a nepravidelných tvarů impulsů

Užití: zpožďovač impulsů, dělič impulsů; v čítačích impulsů


dlabos.wz.cz